白小芳綜述 張俊萍審校

作者單位：030001 太原1山西醫(yī)科大學；2山西醫(yī)科大學附屬大醫(yī)院腫瘤內(nèi)二科

綜述

乳酸對惡性腫瘤生物學行為的影響

白小芳1綜述 張俊萍2審校

作者單位：030001 太原1山西醫(yī)科大學；2山西醫(yī)科大學附屬大醫(yī)院腫瘤內(nèi)二科

高速率的糖酵解是腫瘤細胞代謝的標志。正常細胞將葡萄糖代謝為丙酮酸，在有氧條件下轉換為二氧化碳并用于氧化磷酸化，在缺氧條件下，丙酮酸代謝為乳酸。而癌細胞具有有氧糖酵解的特點，在氧氣充分供應的條件下，癌細胞會產(chǎn)生大量乳酸，即“Warburg效應”。研究表明，乳酸有助于腫瘤的生長，且高水平的乳酸與臨床不良預后相關。本文就乳酸對惡性腫瘤的生物學行為進行綜述。

腫瘤代謝；有氧糖酵解；乳酸；單羧酸轉運蛋白

有氧糖酵解是腫瘤細胞普遍存在的一個特征。在超過70%的癌癥中，糖酵解相關基因呈過度表達［1］。為了滿足快速增長的需要，癌細胞通過增加葡萄糖攝取產(chǎn)生大量乳酸。這一現(xiàn)象表明，乳酸并不僅僅是一種代謝產(chǎn)物，還與腫瘤的侵襲、轉移、血管生成和免疫逃逸等相關［2］。本文就乳酸對惡性腫瘤的生物學行為作一綜述。

1 乳酸的來源與代謝

乳酸（2-羥基丙酸）是一種羥基酸，以兩種同分異構體的形式存在于人體內(nèi)：一種為L-乳酸，產(chǎn)生于體內(nèi)丙酮酸的無糖酵解，哺乳類動物細胞產(chǎn)生的乳酸幾乎全是L-乳酸；另一種為D-乳酸，為L-乳酸濃度的1%～5%，主要由胃腸道細菌發(fā)酵產(chǎn)生。其他生成D-乳酸的途徑包括從食物中攝取、甲基乙二醛通過乙二醛的途徑產(chǎn)生。通常情況下，哺乳動物組織不能或僅能緩慢代謝D-乳酸，這是因為哺乳類動物體內(nèi)只有L-乳酸脫氫酶，缺乏D-乳酸脫氫酶，D-乳酸通過D-α-乳酸脫氫酶代謝為丙酮酸鹽，后者在丙酮酸脫氫酶的作用下變?yōu)橐阴］o酶A而進入三羧酸循環(huán)，少量經(jīng)尿液排出［3］。腫瘤細胞具有高速率糖酵解的特點，其中間產(chǎn)物磷酸二羥丙酮和3-磷酸甘油糖不僅通過糖酵解途徑生成L-乳酸，也在甲基乙二醛合酶的作用下生成甲基乙二醛［4-5］。雖然甲基乙二醛具有細胞毒性作用，可通過多種途徑發(fā)揮抗腫瘤的作用［6-11］，但腫瘤細胞普遍存在乙二醛酶1高表達，部分還高表達乙二醛酶2［12］，生成的甲基乙二醛與還原性谷胱甘肽在乙二醛酶1的作用下生成S-D-乳酸谷胱甘肽，然后在乙二醛酶2的作用下生成D-乳酸［13］。D-乳酸通過單羧酸轉運蛋白（monocarboxylate transporter，MCTs）轉運到細胞內(nèi)，使DNA修復基因上調(diào)，提高化療后腫瘤細胞的存活，導致腫瘤細胞對化療藥物耐藥［14］。另外，腫瘤細胞還可以在有氧條件下通過上調(diào)非葡萄糖依賴途徑獲取能量。因此，腫瘤細胞通過有氧糖酵解及增加谷氨酰胺生成和分泌乳酸，導致腫瘤細胞微環(huán)境酸化，其pH值可從正常細胞的7.5降至6～6.5，從而妨礙機體正常的免疫功能［15-17］。

2 乳酸對惡性腫瘤生物學行為的影響

2.1 促進腫瘤血管生成

血管生成是腫瘤生長、浸潤和轉移的前提之一。腫瘤血管生成不僅有利于腫瘤細胞的分裂繁殖，而且增加了腫瘤轉移的可能性。在腫瘤血管形成過程中，血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）發(fā)揮著關鍵作用。乳酸可通過刺激巨噬細胞分泌VEGF促進內(nèi)皮細胞遷移和聚集血管中的祖細胞影響促血管生成活動，從而促進腫瘤的轉移。Milovanova等［18］研究發(fā)現(xiàn)乳酸通過刺激基質(zhì)細胞衍生因子-1、VEGF的合成引起血管內(nèi)皮細胞聚集，促進腫瘤血管形成。另外，把一些腫瘤細胞株暴露于乳酸中，可使VEGF生成增加。Sonveaux等［19］發(fā)現(xiàn)腫瘤細胞排到組織間隙的乳酸可以借助MCT1被內(nèi)皮細胞攝取，細胞內(nèi)乳酸抑制非乏氧狀態(tài)下內(nèi)皮細胞缺氧誘導因子-1α的降解，使內(nèi)皮細胞產(chǎn)生的VEGF和成纖維細胞生長因子顯著上調(diào)。Vegran等［20］將乳酸誘導內(nèi)皮細胞NF-κB活化與IL-8自分泌血管生成聯(lián)系起來，表明乳酸可通過這一通路驅(qū)動體外內(nèi)皮細胞遷移和血管形成，誘導體內(nèi)腫瘤血管生成。該研究還發(fā)現(xiàn)通過給免疫缺陷小鼠注射含人臍靜脈內(nèi)皮細胞和Warburg WiDr腫瘤細胞，使用MCT4缺陷的腫瘤細胞（不能釋放乳酸）、MCT1缺乏的內(nèi)皮細胞（無法攝取乳酸）或IL-8阻斷抗體，都能抑制腫瘤血管生成與腫瘤生長。

2.2 促進腫瘤侵襲及轉移

腫瘤微環(huán)境的變化賦予腫瘤細胞增殖優(yōu)勢從而有利于侵犯癌旁正常組織。在細胞外低pH環(huán)境下通過誘導VEGF和IL-8的表達促進血管生成，通過激活蛋白水解酶促進細胞外基質(zhì)降解，以及抑制抗腫瘤免疫反應，從而促進腫瘤的侵襲及轉移。其中最重要的是細胞外酸化促進細胞外基質(zhì)的降解及重塑，從而促進腫瘤的轉移。細胞外低pH值為蛋白酶的激活提供一個良好的微環(huán)境，包括基質(zhì)金屬蛋白酶、尿激酶纖溶酶原激活劑、組織蛋白酶-B、組織蛋白酶-D和組織蛋白酶-L。通過激活這些酶，可促進細胞外基質(zhì)的降解及重塑，促進腫瘤轉移。例如，基質(zhì)金屬蛋白酶-3的最適pH值為5.75～6.25，當癌細胞生成的乳酸導致微環(huán)境酸化時，通過激活蛋白水解酶的級聯(lián)反應轉換前基質(zhì)金屬蛋白酶為基質(zhì)金屬蛋白酶，可促進癌細胞外基質(zhì)的降解和癌細胞侵襲及轉移，因此，通過提高癌細胞外的pH值可以抑制腫瘤的轉移［21］。pH值調(diào)節(jié)劑的質(zhì)子泵、鈉質(zhì)子交換家族、碳酸氫鹽轉運蛋白家族和MCT家族已被證實在腫瘤細胞中呈高表達［22］。調(diào)節(jié)碳酸氫鹽已被證明能增加腫瘤的pH值，降低轉移性乳腺癌小鼠模型自發(fā)轉移的形成，降低淋巴結轉移率［23］。組蛋白乙?；材苷{(diào)節(jié)細胞內(nèi)pH值。由于pH值下降，組蛋白通過組蛋白乙酰化酶全部脫乙?；⑶裔尫乓宜彡庪x子，通過MCTs與質(zhì)子共輸出細胞外，防止pH值進一步降低［24］。但Xu等［25］利用MDA-MB231和MCF-7細胞株構建的小鼠移植瘤，發(fā)現(xiàn)低轉移能力的MCF-7小鼠移植瘤可產(chǎn)生更多的乳酸，表明惡性腫瘤細胞的侵襲轉移與乳酸之間的關系受兩種細胞株乳酸脫氫酶活性以及攝取丙酮酸的能力不同而不同，仍有待進一步研究。

2.3 免疫逃逸作用

腫瘤細胞通過糖酵解生成的大量乳酸，通過增加Ⅰ型精氨酸酶的表達抑制機體的免疫反應、激活IL-23/IL-17通路，促進腫瘤微環(huán)境中的慢性炎性反應，從而促進腫瘤的進展［26］。一方面高濃度的乳酸使M2型巨噬細胞標志分子Ⅰ型精氨酸酶表達水平增加、M1型巨噬細胞標志分子一氧化氮合酶減少和M1型細胞因子分泌減少；另一方面乳酸降低腫瘤相關巨噬細胞MHC I和MHCⅡ分子的表達，削弱巨噬細胞的抗原遞呈能力，從而使腫瘤細胞逃脫免疫殺傷作用［27］。另外，乳酸還可以通過抑制CD8+T細胞的增殖，減少細胞因子IFN-γ的分泌，削弱CD8+T細胞的細胞毒性，以及抑制NK細胞的活性［28-29］，從而削弱機體的免疫功能。腫瘤微環(huán)境中的pH值低至6.0～6.5時可使T細胞以及小鼠浸潤淋巴細胞的活性喪失［30］。

2.4 誘導耐藥

Wagner等［14］研究發(fā)現(xiàn)L-乳酸和D-乳酸通過單羧酸轉運蛋白轉運到細胞內(nèi)抑制Ⅰ、Ⅱ類組蛋白去乙酰化酶的活性，使組蛋白H3和H4乙?；?、染色質(zhì)松弛、DNA修復基因上調(diào)、DNA-PKcs激活，使乳酸創(chuàng)建的微環(huán)境能刺激DNA修復，并能顯著增強化療后腫瘤細胞的存活。這種乳酸誘導腫瘤細胞DNA修復的作用受羥基酸受體1/單羧酸轉運蛋白軸的調(diào)節(jié)，因此乳酸受體下調(diào)或抑制MCT對乳酸的轉運，可以顯著影響DNA修復效率，從而延緩耐藥。

3 展望

腫瘤細胞通過重組能量代謝生成乳酸，乳酸作為一種免疫抑制代謝產(chǎn)物和血管生成啟動子對腫瘤的生長起關鍵的作用。另外，已經(jīng)證實MCT1和MCT4是不同代謝行為的癌細胞之間、癌細胞和間質(zhì)細胞之間的乳酸轉運體，能選擇性抑制乳酸轉運蛋白，與調(diào)節(jié)乳酸的多種生物活性相關，如抑制腫瘤免疫反應及抗腫瘤血管生成等。因此，靶向改變腫瘤細胞產(chǎn)生乳酸的代謝途徑、抑制乳酸轉運蛋白的活性及表達可作為腫瘤治療的一種方法。目前有氧糖酵解抑制劑（如miR-34a制劑）已經(jīng)進入I期臨床試驗（http://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT01829971），第一個MCT1抑制劑AZD3965已進入I期晚期實體腫瘤的臨床試驗（NCT01791595），LDH抑制劑AT-101已進入Ⅱ期臨床試驗［31］，這些研究結果將為乳酸作為腫瘤治療新靶點的臨床應用奠定更堅實的基礎。

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［2016-08-19收稿］［2016-10-21修回］［編輯 江德吉］

R730.2

A

1674-5671（2016）06-03

10.3969/j.issn.1674-5671.2016.06.15

張俊萍。E-mail：junpingzhang_118@163.com