高先春 聶勇戰(zhàn)

多數(shù)胰腺導(dǎo)管腺癌(pancreatic ductal adenocar-cinoma, PDAC)診斷時已處于晚期，失去了手術(shù)治療機(jī)會，且對化療、放療和靶向治療等均反應(yīng)較差，急需尋求新的治療方法以改善目前的治療困境。PDAC作為乏血供腫瘤，腫瘤細(xì)胞需要面對營養(yǎng)物質(zhì)剝奪、低氧、高氧化應(yīng)激等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為滿足新陳代謝和增殖生長的能量需求，癌細(xì)胞需要進(jìn)行代謝重編程，重塑其能量代謝途徑。該途徑與正常組織細(xì)胞代謝間的差異表現(xiàn)為葡萄糖有氧糖酵解增強(qiáng)，谷氨酰胺分解代謝活躍，自噬增強(qiáng)等[1]。近幾年大量研究結(jié)果表明，靶向PDAC的癌細(xì)胞獨(dú)立依賴的代謝途徑將可能為胰腺癌治療提供新的方向。

一、PDAC的代謝特征

1．組織學(xué)特征：PDAC組織內(nèi)除癌細(xì)胞外還存在大量的成纖維細(xì)胞、炎癥細(xì)胞等非腫瘤細(xì)胞，其周圍包繞了由I型膠原、透明質(zhì)酸等纖維化成分構(gòu)成的致密的細(xì)胞外基質(zhì)，使胰腺癌組織內(nèi)的壓力升高達(dá)正常胰腺組織的近10倍[2]。較高的腫瘤內(nèi)壓力，加之PDAC組織內(nèi)微血管密度較低，導(dǎo)致PDAC組織內(nèi)灌注不足，造成癌細(xì)胞內(nèi)氧供不足和營養(yǎng)缺乏的腫瘤微環(huán)境，因此癌細(xì)胞需要更加高效地利用有限的能源以維持腫瘤細(xì)胞新陳代謝和生長增殖。

2．代謝重編程的分子基礎(chǔ)：K-ras、p16/CDKN2A、p53和SMAD4等多種基因突變與PDAC的發(fā)生關(guān)系密切，其中K-ras是PDAC發(fā)生過程中最早突變的基因之一，90%以上的浸潤性胰腺癌存在K-ras點突變[3]。K-ras基因編碼的蛋白是一種在細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮重要作用的小GTP酶，其主要通過絲裂原激活蛋白激酶改變PDAC癌細(xì)胞代謝途徑以適應(yīng)腫瘤微環(huán)境[4]。因此K-ras基因突變在代謝重編程中發(fā)揮重要作用。

3．葡萄糖代謝：葡萄糖是重要的能源物質(zhì)，PDAC癌細(xì)胞通過改變多種關(guān)鍵代謝酶的活性調(diào)控葡萄糖流向。正常細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖主要在線粒體中進(jìn)行氧化磷酸化，為細(xì)胞提供能量。而PDAC腫瘤細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖則大量進(jìn)入產(chǎn)能效率較低的糖酵解途徑生成乳酸，即使是在有氧條件下也如此。這種有氧糖酵解或Warburg效應(yīng)[5]的代謝途徑不僅可以為細(xì)胞提供能量，同時產(chǎn)生大量碳源用于合成氨基酸、脂類和核酸等物質(zhì)。K-ras突變一方面可以通過上調(diào)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白GLUT1表達(dá)，增加對細(xì)胞外葡萄糖的攝取能力，另一方面可通過上調(diào)己糖激酶表達(dá)，促進(jìn)糖酵解的發(fā)生[6]。此外，低氧和K-ras突變可促進(jìn)葡萄糖流向氨基自己糖途徑和磷酸戊糖途徑，分別為蛋白糖基化和核酸合成提供底物[6]。丙酮酸激酶催化糖酵解的最后一步反應(yīng)中的M2型丙酮酸激酶(PKM2)在促進(jìn)PDAC癌細(xì)胞增殖中具有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，近70%的PDAC高表達(dá)PKM2，而阻斷PKM2表達(dá)可抑制腫瘤細(xì)胞增殖并促進(jìn)細(xì)胞凋亡[7]?；诎┘?xì)胞對葡萄糖攝取增加的原理設(shè)計的18-氟脫氧葡萄糖(FDG)PET/CT可通過觀察腫瘤細(xì)胞對18-FDG的攝取能力判斷腫瘤性質(zhì)，但僅50% PDAC為陽性，說明PDAC能量供應(yīng)除了利用葡萄糖外，可能還利用其他能源物質(zhì)。

(聶勇戰(zhàn)，主任醫(yī)師、 教授，西京消化病醫(yī)院十科腫瘤病區(qū)主任、消化內(nèi)科副主任，腫瘤生物學(xué)國家重點實驗室副主任。2002年至2009年留學(xué)美國耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院。長江學(xué)者特聘教授、國家杰出青年基金獲者、首屆國家萬人計劃入選者、國家百千萬人才工程入選者，中華醫(yī)學(xué)會消化學(xué)分會青委副主任委員、中國抗癌協(xié)會整合腫瘤學(xué)分會主任委員、中國醫(yī)師協(xié)會結(jié)直腸癌專委會常委、中國臨床腫瘤學(xué)會(CSCO)理事和腫瘤免疫治療專家委員會委員。國家十三五重點研發(fā)計劃慢病專項消化道腫瘤標(biāo)志物研發(fā)首席負(fù)責(zé)人，國家自然科學(xué)基金重點項目和國際合作項目負(fù)責(zé)人， 牽頭和參與多項國家級多中心臨床試驗。臨床專長于消化系統(tǒng)病診治、胃腸道腫瘤診治療及其臨床研究。主要研究方向為肝臟糖脂代謝調(diào)控機(jī)制、消化道腫瘤診斷標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)驗證和機(jī)制研究、腫瘤細(xì)胞免疫治療的臨床轉(zhuǎn)化研究。以通信作者或第一作者在Nature Cell Biology、Journal of Cell Biology、Hepatology、Journal of Hepatology、Oncogene等發(fā)表SCI論著110余篇。被引用3 400余次。)

4．谷氨酰胺代謝：谷氨酰胺(Glutamine, Glu)是體內(nèi)含量最豐富的非必需氨基酸，高度依賴谷氨酰胺提供碳源和氮源用于合成代謝是PDAC癌細(xì)胞區(qū)別于正常細(xì)胞的又一重要代謝特征[8]。對于18-FDG PET/CT陰性的胰腺癌可能就是利用谷氨酰胺作為主要的能源物質(zhì)[9]。K-ras基因可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞非標(biāo)準(zhǔn)化利用谷氨酰胺調(diào)節(jié)氧化還原平衡，支持腫瘤細(xì)胞增殖[8,10]。大多數(shù)細(xì)胞利用谷氨酸脫氫酶在線粒體中將谷氨酰胺來源的谷氨酸鹽轉(zhuǎn)化成α-酮戊二酸以促進(jìn)三羧酸循環(huán)，而PDAC癌細(xì)胞卻依靠不同的途徑，表現(xiàn)為谷氨酰胺來源的天冬氨酸被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)，在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)被天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜?，隨后轉(zhuǎn)化成蘋果酸，最終轉(zhuǎn)化成丙酮酸，增加可能維持細(xì)胞氧化還原狀態(tài)NADPH/NADP+比例，若抑制這一系列反應(yīng)中任何組分酶的活性可顯著抑制PDAC的生長[8]。此外，缺氧也可誘導(dǎo)谷氨酰胺轉(zhuǎn)化為谷胱甘肽，其作為一種重要的還原劑對抗線粒體產(chǎn)生的活性氧[9]。這種胰腺癌細(xì)胞獨(dú)特依賴的而非正常細(xì)胞所必須的通路，將可能成為新的治療靶點。

5．營養(yǎng)物質(zhì)再利用的大自噬：大自噬(以下稱為自噬)是指由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)來源的膜包繞細(xì)胞器及等待降解的細(xì)胞內(nèi)大分子成分形成自噬體，隨后與溶酶體融合并降解其內(nèi)容物重新變?yōu)榧?xì)胞的營養(yǎng)物質(zhì)[11]。對正常細(xì)胞而言，自噬是免疫監(jiān)視的必備成分，幫助抑制細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化；對于已經(jīng)惡變的細(xì)胞，自噬有助于腫瘤細(xì)胞應(yīng)對細(xì)胞內(nèi)外各種應(yīng)激，增加腫瘤細(xì)胞的抵抗力和支持腫瘤進(jìn)展。PDAC的K-ras、p53等基因突變及低氧均可誘導(dǎo)自噬發(fā)生[12-13]。從胰腺上皮內(nèi)瘤演變到PDAC，自噬水平逐漸增加[14]。PDAC癌細(xì)胞的自噬在維持細(xì)胞內(nèi)氨基酸庫穩(wěn)定、嘌呤核苷酸補(bǔ)救合成中具有重要作用[14]，抑制或清除自噬可導(dǎo)致癌細(xì)胞死亡和癌移植瘤體積縮小，降低化療抵抗[14]。新近研究發(fā)現(xiàn)，PDAC癌細(xì)胞自噬的發(fā)生部分依賴于MiT/TFE家族轉(zhuǎn)錄因子的驅(qū)動，沉默MiT/TFE基因表達(dá)可阻礙癌細(xì)胞生長[15]。

6．營養(yǎng)物質(zhì)攝取的巨胞飲：巨胞飲是一種高度保守的內(nèi)吞過程，通過細(xì)胞膜皺褶形成大且不規(guī)則的內(nèi)吞小泡，可以非選擇性地內(nèi)吞細(xì)胞外液體和其中溶解物。K-ras基因可促進(jìn)PDAC癌細(xì)胞以巨胞飲方式攝取細(xì)胞外蛋白質(zhì)，隨后通過溶酶體將這些蛋白質(zhì)分解為氨基酸，維持細(xì)胞內(nèi)氨基酸池的穩(wěn)定[16]。最近有學(xué)者將攜帶白蛋白的微型裝置植入到活體小鼠胰腺癌組織內(nèi)直接觀測到腫瘤細(xì)胞通過巨胞飲攝取蛋白質(zhì)的現(xiàn)象，而癌旁組織和非癌性組織均未觀察到這種現(xiàn)象[17]。抑制巨胞飲可降低PDAC癌細(xì)胞內(nèi)氨基酸水平，阻礙癌細(xì)胞生長。雖然90%以上的PDAC存在K-ras基因突變，但目前多種試圖通過藥物靶向K-ras基因的特異性殺傷癌細(xì)胞的治療效果令人失望[18]，而通過外泌體攜帶靶向K-ras基因的小干擾RNA或短發(fā)夾RNA對小鼠PDAC癌細(xì)胞移植瘤具有顯著的抗腫瘤作用，其作用機(jī)制可能與PDAC癌細(xì)胞的巨胞飲密切相關(guān)[19]。

二、靶向代謝治療的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

1．靶向葡萄糖代謝酶：糖酵解最后一步是通過乳酸脫氫酶(LDHA)將丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸，同時將NADH氧化為糖酵解途徑生成丙酮酸過程中能量轉(zhuǎn)換的必須物質(zhì)——NAD+。FX11是一種靶向LDHA的小分子抑制劑，可抑制糖酵解，阻礙乳酸生成，導(dǎo)致氧化還原失衡，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡和抑制生長，然而其療效與p53狀態(tài)密切相關(guān)。野生型p53移植瘤對FX11完全耐藥，而p53突變的移植瘤則細(xì)胞凋亡增加、增殖指數(shù)減低，生長減慢[20]。使用LDHA抑制劑GNE-140干預(yù)后，大部分癌細(xì)胞通過激活A(yù)MPK-mTOR-S6K通路增強(qiáng)線粒體內(nèi)葡萄糖氧化磷酸化(OXPHOS)進(jìn)行代償，但這些細(xì)胞對OXPHOS抑制劑苯乙雙胍非常敏感[21]。同屬雙胍類降糖藥的二甲雙胍可以抑制NADH脫氫酶和線粒體呼吸，對胰腺癌具有抗腫瘤效果[22]。但最近一項評估常規(guī)降糖劑量的二甲雙胍(1 000 mg，每日2次)聯(lián)合吉西他濱和埃羅替尼治療局部晚期或轉(zhuǎn)移性胰腺癌臨床研究顯示，其6個月整體生存率與安慰劑組的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(56.7%比63.9%)[23]。最近已有基礎(chǔ)研究證實更加強(qiáng)效的雙胍類藥物或二甲雙胍類似物顯示出更強(qiáng)的抗增殖效果[24]，但該類藥物能否轉(zhuǎn)化應(yīng)用于臨床值得進(jìn)一步研究。

2．靶向谷氨酰胺代謝酶：在谷氨酰胺的分解代謝中，首先由谷氨酰胺酶將谷氨酰胺轉(zhuǎn)化為谷氨酸鹽，抑制谷氨酰胺酶活性可降低PDAC癌細(xì)胞抗氧化能力，抑制細(xì)胞增殖。雖然靶向谷氨酰胺代謝途徑中關(guān)鍵酶的方法在體外細(xì)胞實驗中顯示出良好的效果，但體內(nèi)試驗卻幾乎無效[10,25]。無論是體外還是體內(nèi)試驗，使用單一藥物抑制谷氨酰胺代謝途徑中的關(guān)鍵酶，PDAC癌細(xì)胞均顯示出強(qiáng)大的代謝補(bǔ)償能力，故難以取得持久的抗腫瘤效果[10]。β-拉帕醌可作為醌氧化還原酶1(NQO1)的底物，在NQO1作用下通過無效的氧化還原循環(huán)反應(yīng)產(chǎn)生大量活性氧自由基，耗竭NAD+。谷氨酰胺酶抑制劑(BPTES或 CB-839)聯(lián)合β-拉帕醌的抗腫瘤作用顯著增強(qiáng)[26]，谷氨酰胺酶抑制劑(BPTES納米顆粒)聯(lián)合二甲雙胍應(yīng)用也顯示出良好的抗腫瘤療效[27]，提示谷氨酰胺代謝酶抑制劑與其他抗代謝藥物聯(lián)合應(yīng)用是一個很好的進(jìn)一步探索方向。

3．抑制自噬途徑：第一項關(guān)于抑制自噬治療胰腺癌的臨床試驗是使用羥氯喹單藥治療轉(zhuǎn)移性胰腺癌，但2個月無進(jìn)展生存率僅10%，未見顯著性治療效果[28]。單純抑制自噬，PDAC仍然可通過其他的能量替代途徑進(jìn)行代償[13]，因此抑制自噬的單一療法潛在功效很低。另一項術(shù)前給予羥氯喹聯(lián)合吉西他濱行新輔助化療的治療方案在術(shù)后無病生存率和無進(jìn)展生存率方面均顯示出積極的效果[29]。

4．利用巨胞飲的富集效應(yīng)：目前紫杉醇白蛋白結(jié)合型已被推薦為胰腺癌化療的一線藥物，它是采用納米技術(shù)將紫杉醇與人血白蛋白結(jié)合形成納米顆粒，利用癌細(xì)胞通過巨胞飲大量攝取白蛋白的機(jī)制達(dá)到紫杉醇在腫瘤細(xì)胞內(nèi)特異性富集的效果[30]。

三、展望

雖然近年來我們對胰腺癌代謝改變的問題有了全新的認(rèn)識，但是將靶向代謝發(fā)展為一種有效的抗癌療法應(yīng)用于臨床仍面臨諸多挑戰(zhàn)。紫杉醇白蛋白結(jié)合型是目前利用腫瘤細(xì)胞不同于正常組織代謝方式所研制的抗腫瘤法的成功范例。由于PDAC中存在復(fù)雜的反饋環(huán)路以及平行和相互影響的能量供給網(wǎng)絡(luò)，抑制PDAC能量代謝途徑中的單一通路可能難以獲得滿意的效果。聯(lián)合應(yīng)用多種抗代謝藥物和多靶點作用具有廣闊的發(fā)展?jié)摿?，基于PDAC腫瘤細(xì)胞代謝方式的個體化治療將可能進(jìn)一步提高PDAC的治療效果。

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