李陽 綜述 張瑾 審校

·綜 述·

基于糖酵解途徑的乳腺癌治療研究進(jìn)展*

李陽 綜述 張瑾 審校

細(xì)胞所需的能量主要由葡萄糖的氧化供應(yīng)，乳腺癌細(xì)胞的葡萄糖氧化途徑與正常的乳腺細(xì)胞有較大差異，這種差異集中表現(xiàn)在乳腺癌細(xì)胞糖酵解顯著增強(qiáng)，并以此作為供能的主要途徑，是乳腺癌向惡性進(jìn)展的重要特征之一。造成癌細(xì)胞糖酵解效應(yīng)增強(qiáng)的主要原因是細(xì)胞中糖酵解酶及糖酵解途徑調(diào)節(jié)因子活性的增強(qiáng)，通過對這些酶及調(diào)節(jié)因子的活性靶向抑制，可以抑制癌細(xì)胞糖酵解的進(jìn)行，促使癌細(xì)胞死亡。本文主要綜述近些年以糖酵解途徑調(diào)節(jié)因子和關(guān)鍵酶為靶點(diǎn)的乳腺癌治療研究進(jìn)展。

乳腺癌 糖酵解 糖酵解酶 治療 抑制劑

細(xì)胞所需的能量主要由葡萄糖的氧化供應(yīng)，與大多數(shù)癌細(xì)胞相似，乳腺癌細(xì)胞的糖代謝較相應(yīng)的正常細(xì)胞有很大的差異，其表現(xiàn)的主要特征是糖酵解顯著增強(qiáng)。乳腺癌細(xì)胞更加依賴糖酵解途徑產(chǎn)生的ATP供能，這為研發(fā)通過抑制糖酵解途徑來優(yōu)先殺死乳腺癌細(xì)胞的藥物提供了生化基礎(chǔ)，也使得以糖酵解途徑中代謝酶為靶點(diǎn)開發(fā)抗腫瘤藥物成為一種可行策略。本文對抑制乳腺癌糖酵解途徑中關(guān)鍵酶及該途徑調(diào)節(jié)因子的靶向藥物進(jìn)行綜述。

1 乳腺癌細(xì)胞的能量代謝研究

癌細(xì)胞主要依靠葡萄糖氧化供能，其糖代謝與正常組織來源的細(xì)胞有較大差異，即使在氧供充足的條件下，也主要通過糖酵解途徑獲得能量，這一現(xiàn)象被稱為“Warburg效應(yīng)”［1］。糖酵解途徑是指細(xì)胞在細(xì)胞質(zhì)中通過一系列酶催化將葡萄糖降解成丙酮酸的過程（圖1）［2］。細(xì)胞質(zhì)中的葡萄糖首先通過己糖激酶（hexokinase，HK）磷酸化為葡萄糖-6-磷酸（glu?cose-6-phosphate，G-6-P），G-6-P又通過磷酸果糖激酶（phosphofructokinase，PFK）、丙酮酸激酶（pyru?vate kinase，PK）等酶的作用轉(zhuǎn)化為丙酮酸。糖酵解途徑產(chǎn)生的丙酮酸可直接進(jìn)入三羧酸循環(huán)途徑或者由乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）轉(zhuǎn)化為乳酸。在葡萄糖經(jīng)糖酵解途徑生成乳酸的過程中，HK、PFK、PK和LDH等關(guān)鍵代謝酶與腫瘤有關(guān)，且受到致癌因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中轉(zhuǎn)錄因子如乏氧誘導(dǎo)因子-1α（hypoxia induciblefactor-1α，HIF-1α）等的調(diào)控。

圖1 糖酵解途徑示意圖Figure 1 Illustration of glycolytic pathway

研究表明，乳腺癌細(xì)胞的細(xì)胞骨架重組及運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)移所需的能量主要來自糖酵解而非氧化磷酸化［3］。生物化學(xué)和分子學(xué)研究表明活躍的糖酵解途徑參與乳腺癌細(xì)胞增殖的幾個(gè)可能代謝途徑：線粒體損傷和功能障礙，對缺氧微環(huán)境的適應(yīng)，腫瘤信號轉(zhuǎn)導(dǎo)以及代謝酶的異常表達(dá)。此外應(yīng)用免疫熒光技術(shù)在PET-CT下測量全身病灶糖酵解總量，還可以作為轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者的一項(xiàng)獨(dú)立預(yù)后因素［4］。

2 乳腺癌糖酵解途徑靶點(diǎn)及其靶向治療

2.1 抑制HIF-1α

HIF是哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)一類介導(dǎo)缺氧適應(yīng)性反應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子，在介導(dǎo)缺氧適應(yīng)性反應(yīng)和促進(jìn)糖酵解的過程中起到重要作用。HIF-1α表達(dá)可降低線粒體的合成，致使細(xì)胞耗氧量減少；HIF-1α啟動(dòng)的特殊轉(zhuǎn)錄程序可觸發(fā)癌細(xì)胞的糖酵解，使處于缺氧狀態(tài)下的癌細(xì)胞仍能不斷增殖、浸潤；HIF-1α還可直接抑制三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化。HER-2/neu信號通路可上調(diào)HIF-1α，增強(qiáng)細(xì)胞糖酵解。

HIF-1α的上述作用為靶點(diǎn)治療乳腺癌提供了理論依據(jù)。PX-478抑制癌細(xì)胞HIF-1α的翻譯，也可降低HIF-1α的mRNA、蛋白水平的轉(zhuǎn)錄活性；PX-478在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中已取得較好的抗癌療效，該藥目前處于臨床Ⅰ期試驗(yàn)階段［5］。另外，木蝴蝶素A還可以促進(jìn)SIRT-3介導(dǎo)的HIF-1α去穩(wěn)態(tài)，抑制糖酵解［6］。

2.2 抑制HK

HK是糖酵解途徑的第一個(gè)限速酶，與線粒體外膜結(jié)合，催化葡萄糖磷酸化生成G-6-P。選擇性抑制HK活性，可抑制G-6-P的產(chǎn)生，從而阻斷癌細(xì)胞的糖酵解。

2-脫氧葡萄糖（2-deoxyglucose，2-DG）是一種葡萄糖類似物，能夠競爭性抑制HK2活性。研究表明，2-DG可通過抑制乳腺微球體形成，抑制乳腺癌干細(xì)胞糖酵解［7］。2-DG聯(lián)合阿霉素可增高細(xì)胞內(nèi)的活性氧水平，并可降低乳腺癌干細(xì)胞對阿霉素的化療耐藥性，并還可以提升曲妥單抗耐藥性乳腺癌細(xì)胞對曲妥單抗的敏感性，表明聯(lián)合用藥可能是一種有效的乳腺癌治療策略［8］。2-DG目前正處于臨床Ⅰ～Ⅱ期試驗(yàn)階段，其耐受性較佳且毒性較小。

3-溴丙酮酸（3-BrPA）是一種乳糖類似物，能夠?qū)K2中巰基烷基化而直接抑制HK2活性，阻止ATP產(chǎn)生，誘導(dǎo)癌細(xì)胞大量凋亡［9］。3-BrPA在高濃度下有較高的糖酵解抑制作用，雖然3-BrPA不是一個(gè)高選擇性的HK2抑制劑，但可單獨(dú)使用。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明其單獨(dú)使用即可對乳腺癌細(xì)胞生長發(fā)揮抑制作用，聯(lián)合阿霉素可進(jìn)一步增強(qiáng)其誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞的凋亡作用，3-BrPA是一種處于臨床開發(fā)中有潛力的抗癌藥物［10］。

氯尼達(dá)明是一種選擇性HK2抑制劑。在體外環(huán)境中，氯尼達(dá)明可抑制HK2與線粒體結(jié)合，從而抑制糖酵解，導(dǎo)致癌細(xì)胞死亡。該藥目前已進(jìn)入臨床前研究階段，氯尼達(dá)明單獨(dú)使用時(shí)抑瘤效果不明顯。但研究顯示，在人乳腺癌MCF-7細(xì)胞系中，氯尼達(dá)明可提高順鉑、4-氫過氧化環(huán)磷酰胺、馬法蘭以及卡莫司汀等烷基化藥物的細(xì)胞毒性［11］，聯(lián)合表柔比星使用可緩解乳腺癌對表柔比星的耐藥性。說明氯尼達(dá)明可提高其他抗腫瘤藥物的活性，與其他藥物聯(lián)合治療乳腺癌。

2.3 抑制PFK

PFK1是糖酵解途徑3個(gè)限速酶中最重要的1個(gè)。研究表明PFK-L亞型為PFK的活性亞型，PFK的濃度可以影響其寡聚化反應(yīng)，低濃度時(shí)PFK多以二聚體形式存在，活性低、穩(wěn)定性差；高濃度時(shí)則以四聚體形式存在，活性高、穩(wěn)定性好，此時(shí)藥物對其抑制作用減弱［12］。

白藜蘆醇是植物中提取的一種多元酚，目前已廣泛用于食品、保健品、醫(yī)藥等領(lǐng)域，其為一種PFK抑制劑，可抑制PFK1活性，促進(jìn)該酶從四聚體形式解離為二聚體形式，并降低乳腺癌細(xì)胞的生存能力，減少細(xì)胞的耗糖量以及降低細(xì)胞內(nèi)ATP水平。

克霉唑是一種廣譜抗真菌藥，作為一種可逆性PKF1抑制劑，可降低ATP和催化底物6-磷酸果糖在該酶分解位點(diǎn)的親和力，提高ATP在該酶抑制位點(diǎn)的親和力，抑制細(xì)胞糖酵解。另外，克霉唑還可使PFK1與肌動(dòng)蛋白絲解離，從而抑制人乳腺癌組織細(xì)胞的糖酵解，并且不對正常組織產(chǎn)生影響［13］。研究表明，乳腺癌細(xì)胞系的侵襲性越強(qiáng)，克霉唑的有效率越高［14］。

2.4 抑制PK

PK是糖酵解途徑的最后1個(gè)關(guān)鍵酶。所有癌細(xì)胞均表達(dá)PKM2亞型。同PFK相似，PKM2也分為高活性的四聚體形式和低活性的二聚體形式［15］。癌細(xì)胞中PKM2主要以二聚體形式存在。

PK是糖酵解途徑中另外一個(gè)有可能成為靶點(diǎn)的具有亞型選擇性的糖酵解酶。研究發(fā)現(xiàn)，將針對PKM2的小干擾RNA聯(lián)合阿霉素用于三陰性乳腺癌時(shí)，阿霉素的治療效果明顯增強(qiáng)［16］。一些多肽配體能夠選擇性抑制PKM2，并促使其轉(zhuǎn)化成低活性PK，從而導(dǎo)致能量應(yīng)激和培養(yǎng)的癌細(xì)胞死亡［17］。TT-232是一種生長激素抑制劑類似物，可靶向抑制PKM2，有較好的抑瘤效果。

2.5 抑制LDH

LDH能催化丙酮酸轉(zhuǎn)化成乳酸。LDH分為A、B、C亞型，LDHA亞型在很多癌細(xì)胞中均有表達(dá)，但LDHA基因缺乏者在正常情況下卻基本無任何癥狀。提示LDHA有可能成為腫瘤治療中一個(gè)有效靶點(diǎn)。研究表明，HER-2陽性乳腺癌患者的糖酵解效應(yīng)增強(qiáng)，部分原因是HER-2通過熱休克因子1（HSF1）使LDHA表達(dá)上調(diào)［18］。抑制LDHA有望成為改善乳腺癌患者曲妥珠單抗抵抗的方法之一。

蓋洛黃素是一種新型LDH抑制劑，可介導(dǎo)非侵襲性乳腺癌細(xì)胞的凋亡及侵襲性乳腺癌細(xì)胞的壞死。其半數(shù)抑制濃度（half maximal inhibitory concen?tration，IC50）平均為125 μM，遠(yuǎn)高于常用化療藥物的有效劑量［19］。目前，鑒于能夠作用于LDH的藥物相對匱乏，蓋洛黃素仍是一個(gè)具有潛力的藥物。

LDHA活化區(qū)域高度極化、不易觸及，因此目前以LDHA為靶點(diǎn)，通過抑制其活性治療乳腺癌仍處于理論階段。另外有研究表明，在糖酵解的逆向反應(yīng)中，正常組織中LDH對底物的親和力高于癌組織中LDH，從酶的動(dòng)力學(xué)角度提示，提高LDH的親和力、促進(jìn)乳酸轉(zhuǎn)化為丙酮酸，可抑制依賴乳酸的癌細(xì)胞增殖、傳代［20］。

3 結(jié)語

乳腺癌細(xì)胞中糖酵解酶的活性受腫瘤微環(huán)境的影響而產(chǎn)生變化，僅抑制該過程中某一個(gè)靶點(diǎn)可能不足以抑制腫瘤增殖，甚至可能引起癌細(xì)胞耐藥，因此，以多個(gè)糖酵解酶為靶點(diǎn)的聯(lián)合治療策略值得關(guān)注。細(xì)胞的能量供應(yīng)減少至一定水平才能誘發(fā)細(xì)胞凋亡及壞死。由于乳腺癌細(xì)胞中因線粒體仍然存在，糖酵解途徑受抑后，細(xì)胞仍可通過氧化磷酸化途徑產(chǎn)生ATP［21］，這一代償途徑將會削弱糖酵解抑制劑對乳腺癌的治療效果。將多種機(jī)制不同的抑制ATP產(chǎn)生的藥物聯(lián)合使用可能成為治療乳腺癌的新途徑。一些正常組織如腦、視網(wǎng)膜、睪丸等均以糖酵解途徑為主要的能量來源，應(yīng)用糖酵解抑制劑治療乳腺癌有可能對這些正常組織產(chǎn)生影響，因此研發(fā)更加特異、穩(wěn)定、高效、安全的藥物成為靶向糖酵解途徑治療乳腺癌的重要研究方向。聯(lián)合抑制糖酵解、戊糖循環(huán)及硫氧還原蛋白可增強(qiáng)細(xì)胞對氧應(yīng)激的敏感性，導(dǎo)致乳腺癌細(xì)胞死亡率增加［22］，且部分糖酵解途徑抑制劑可降低癌細(xì)胞的化療耐藥、放療抵抗。因此，以糖酵解酶為靶點(diǎn)的抑制劑聯(lián)合放、化療有望成為乳腺癌治療的新方向。

[1] Warburg O.On the origin of cancer cells[J].Science,1956,123 (3191):309-314.

[2] Pelicano H,Martin DS,Xu RH,et al.Glycolysis inhibition for an ticancer treatment[J].Oncogene,2006,25(34):4633-4646.

[3] Shiraishi T,Verdone JE,Huang J,et al.Glycolysis is the primary bioenergetic pathway for cell motility and cytoskeletal remodeling in human prostate and breast cancer cells[J].Oncotarget,2015,6 (1):130-143.

[4] Satoh Y,Nambu A,Ichikawa T,et al.Whole-body total lesion glycolysis measured on fluorodeoxyglucose positron emission to mography/computed tomography as a prognostic variable in met astatic breast cancer[J].BMC cancer,2014,14:525.

[5] Lee K,Kim HM.A novel approach to cancer therapy using PX-478 as a HIF-1α inhibitor[J].Arch Pharm Res,2011,34(10):1583-1585.

[6] Wei L,Zhou Y,Qiao C,et al.Oroxylin A inhibits glycolysis-de pendent proliferation of human breast cancer via promoting SIRT3-mediated SOD2 transcription and HIF-1α destabilization[J]. Cell Death Dis,2015,6:e1714.

[7] Ciavardelli D,Rossi C,Barcaroli D,et al.Breast cancer stem cells rely on fermentative glycolysis and are sensitive to 2-deoxy glucose treatment[J].Cell Death Dis,2014,5:e1336.

[8] Zhao Y,Butler EB,Tan M.Targeting cellular metabolism to im prove cancer therapeutics[J].Cell Death Dis,2013,4:e532.

[9] Cardaci S,Desideri E,Ciriolo MR.Targeting aerobic glycolysis: 3-bromopyruvate as a promising anticancer drug[J].J Bioenerg Biomembr,2012,44(1):17-29.

[10]Ko YH,Verhoeven HA,Lee MJ,et al.A translational study "case report"on the small molecule"energy blocker"3-bromopy ruvate(3BP)as a potent anticancer agent:from bench side to bed side[J].J Bioenerg Biomembr,2012,44(1):163-170.

[11]Rosbe KW,Brann TW,Holden SA,et al.Effect of lonidamine on the cytotoxicity of four alkylating agents in vitro[J].Cancer Chemother Pharmacol,1989,25(1):32-36.

[12]Gomez LS,Zancan P,Marcondes MC,et al.Resveratrol decreases breast cancer cell viability and glucose metabolism by inhibiting 6-phosphofructo-1-kinase[J].Biochimie,2013,95(6):1336-1343.

[13]Coelho RG,Calaca Ide C,Celestrini Dde M,et al.Clotrimazole disrupts glycolysis in human breast cancer without affecting non-tumoral tissues[J].Mol Genet Metab,2011,103(4):394-398.

[14]Furtado CM,Marcondes MC,Sola-Penna M,et al.Clotrima zole preferentially inhibits human breast cancer cell proliferation, viability and glycolysis[J].PloS One,2012,7(2):e30462.

[15]Christofk HR,Vander Heiden MG,Wu N,et al.Pyruvate ki nase M2 is a phosphotyrosine-binding protein[J].Nature,2008, 452(7184):181-186.

[16]Wang F,Yang Y.Inhibition of PKM2 sensitizes triple-negative breast cancer cells to doxorubicin[J].Biochem Biophys Res Com mun,2014,454(3):465-470.

[17]Christofk HR,Vander Heiden MG,Harris MH,et al.The M2 splice isoform of pyruvate kinase is important for cancer metabo lism and tumour growth[J].Nature,2008,452(7184):230-233.

[18]Zhao YH,Zhou M,Liu H,et al.Upregulation of lactate dehydro genase a by ErbB2 through heat shock factor 1 promotes breast cancer cell glycolysis and growth[J].Oncogene,2009,28(42):3689-3701.

[19]Farabegoli F,Vettraino M,Manerba M,et al.Galloflavin,a new lactate dehydrogenase inhibitor,induces the death of human breast cancer cells with different glycolytic attitude by affecting distinct signaling pathways[J].Eur J Pharm Sci,2012,47(4):729-738.

[20]Talaiezadeh A,Shahriari A,Tabandeh MR,et al.Kinetic charac terization of lactate dehydrogenase in normal and malignant hu man breast tissues[J].Cancer Cell Int,2015,15:19.

[21]Lu CL,Qin L,Liu HC,et al.Tumor cells switch to mitochondrial oxidative phosphorylation under radiation via mTOR-mediated hexokinaseⅡinhibition-a Warburg-reversing effect[J].PloS One,2015,10(3):e0121046.

[22]Li L,Fath MA,Scarbrough PM,et al.Combined inhibition of gly colysis,the pentose cycle,and thioredoxin metabolism selectively increases cytotoxicity and oxidative stress in human breast and prostate cancer[J].Redox Biol,2015,4:127-135.

（2015-06-24收稿）

（2015-08-18修回）

Research progress in breast cancer treatment based on glycolytic pathway

Yang LI,Jin ZHANG

The Third Department of Breast Cancer,Tianjin Medical University Cancer Institute and Hospital;National Clinical Research Center for Cancer,Tianjin Key Laboratory of Cancer Prevention and Therapy;Tianjin Key Laboratory of Breast Cancer Prevention and Therapy,Ministry of Education,Tianjin 300060,China.
This work was supported by the National Key Technology Research and Development Program of the Ministry of Science and Technology of China(No.2015BAI12B15)and the Tianjin Municipal Key Project of Scientific Planning(No.12ZCDZSY15700).

Breast cancer cells are largely different in terms of energy metabolism,which refers to energy transformation from mitochondrial oxidative phosphorylation to glycolysis.However,energy supply of breast cancer cells is practically the same as that of normal breast cells.The metabolic pathway is used to generate ATP as a main source of energy supply.This phenomenon is one of the most fundamental metabolic alterations during malignant transformation.This phenomenon mainly contributes to the over-activity of the key enzymes and some regulatory factors involved in the process,the targeting treatment of which provides a potential way to inhibit glycolysis and leads to cell death consequently.This review mainly summarizes the reported modulators and the key enzymes of glycolysis in breast cancer treatment over the past few years.

breast cancer,glycolysis,glycolytic enzymes,treatment,inhibitor

10.3969/j.issn.1000-8179.2015.21.674

天津醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院乳腺腫瘤三科，國家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津市腫瘤防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，乳腺癌防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（天津市300060）

*本文課題受天津市科技計(jì)劃項(xiàng)目（編號：12ZCDZSY15700）資助

張瑾 zhangjin@tjmuch.com

李陽 專業(yè)方向?yàn)槿橄倌[瘤外科。

E-mail：xiaoliyang_1991@163.com