江圓，陳亞，謝楊陽，黃信羽，趙健，梁蓓蓓

0 引言

代謝重編程可控制腫瘤能量和生物合成途徑的變化。葡萄糖代謝重編程是腫瘤中最具代表的代謝表征。腫瘤細(xì)胞具有獨(dú)特的能量代謝方式，即使在有氧情況下也不利用線粒體氧化磷酸化產(chǎn)能，其表現(xiàn)出活躍的有氧糖酵解現(xiàn)象，被稱為Warburg效應(yīng)（有氧糖酵解）。越來越多的研究證實(shí)腫瘤葡萄糖有氧糖酵解途徑是腫瘤治療的潛在靶點(diǎn)?；谀[瘤葡萄糖代謝的檢測技術(shù)如PET/CT、同位素示蹤檢測、代謝流等已被廣泛應(yīng)用于腫瘤臨床診斷和治療中。本文將綜述腫瘤葡萄糖代謝重編程及相關(guān)檢測技術(shù)，進(jìn)一步挖掘腫瘤葡萄糖代謝在臨床應(yīng)用中的潛在價(jià)值。

1 腫瘤葡萄糖代謝的特點(diǎn)

葡萄糖代謝是機(jī)體最重要的物質(zhì)代謝，主要包括細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行的糖酵解途徑、磷酸戊糖途徑（pentose phosphate pathway,PPP）、絲氨酸生物合成途徑（serine synthesis pathway,SSP）和線粒體基質(zhì)中進(jìn)行的三羧酸循環(huán)（tricarboxylic acid cycle,TCA）途徑。在腫瘤細(xì)胞中，這些代謝途徑能夠被重新編輯，快速提供腺苷三磷酸（adenosine triphosphate,ATP）及谷氨酰胺、絲氨酸、精氨酸、脂肪酸和脂類物質(zhì)促進(jìn)自身增殖，被稱為葡萄糖代謝重編程，也是腫瘤標(biāo)志之一。Warburg效應(yīng)[1]是腫瘤發(fā)生葡萄糖代謝重編程最為顯著的表型，它是腫瘤細(xì)胞具有的獨(dú)特能量代謝方式，在有氧和無氧的條件下均表現(xiàn)出活躍的有氧糖酵解現(xiàn)象。與正常的細(xì)胞相比，腫瘤細(xì)胞獲取能量的方式發(fā)生了改變，其代謝方式也被重新編輯，表現(xiàn)在腫瘤細(xì)胞通過有氧糖酵解途徑產(chǎn)生了大量的乳酸造成了乳酸堆積，同時(shí)獲得了有利于其自身異常生長、增殖及轉(zhuǎn)移的能量及微環(huán)境；其次，大量攝取葡萄糖會(huì)積聚糖酵解通路中其他中間代謝產(chǎn)物，增加PPP代謝水平[2]，同時(shí)抑制細(xì)胞內(nèi)TCA途徑，見圖1。糖酵解與磷酸戊糖途徑的大幅增加，分別以ATP和NADPH的形式為細(xì)胞提供能量和電子，這是建立細(xì)胞大分子所必需的[3]。Li等[4]發(fā)現(xiàn)線粒體氧化磷酸化受到氧和丙酮酸可用性的調(diào)節(jié)，氧和丙酮酸分別是終端電子受體和主要碳源，線粒體丙酮酸代謝受丙酮酸脫氫酶激酶（PDHK或PDK）和丙酮酸脫氫酶（PDH）的調(diào)控（PDHK1-4亞型），乏氧誘導(dǎo)因子1α（HIF1α）上調(diào)PDHK1的表達(dá)，使PDHE1α亞基的S293磷酸化，并抑制丙酮酸脫氫酶（PDH）。這導(dǎo)致丙酮酸代謝和三羧酸（TCA）循環(huán)耦合電子傳遞受到抑制，從而減少線粒體丙酮酸的利用，抑制活性氧ROS的產(chǎn)生，通過排除線粒體消耗丙酮酸，PDHK1的誘導(dǎo)可以促進(jìn)糖酵解，并提高丙酮酸向乳酸轉(zhuǎn)化的速度，從而促進(jìn)腫瘤的發(fā)展。并且通過氧化磷酸化（如缺氧、用寡霉素抑制ATP合酶或氫離子）抑制ATP的產(chǎn)生將導(dǎo)致糖酵解通量增加[5]。

圖1 腫瘤葡萄糖代謝過程Figure 1 Glucose metabolism in tumors

2 腫瘤葡萄糖代謝重編程發(fā)生的驅(qū)動(dòng)因素

2.1 基因水平的改變

癌基因和抑癌基因可以通過多種機(jī)制影響腫瘤細(xì)胞的葡萄糖代謝，被認(rèn)為是導(dǎo)致腫瘤發(fā)生并驅(qū)動(dòng)葡萄糖代謝重編程的首要因素。大鼠肉瘤（rat sarcoma,RAS）是酵母和哺乳動(dòng)物細(xì)胞增殖的主要調(diào)節(jié)因子，也是主要的原癌基因產(chǎn)物。在RAS基因中，KRAS對(duì)人類癌癥影響最大,癌基因KRAS能夠通過多種方式改變腫瘤細(xì)胞的代謝進(jìn)程[6]，包括增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的葡萄糖攝取和糖酵解過程，即使腫瘤組織中含有大量的氧氣（Warburg效應(yīng)）[7]。研究顯示，KRAS基因?qū)δ[瘤代謝的影響能通過轉(zhuǎn)錄調(diào)控葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白以及糖酵解酶來實(shí)現(xiàn)[8]。腫瘤抑制因子P53是癌癥的主要調(diào)控因子，可通過直接或間接調(diào)控幾種關(guān)鍵酶的表達(dá)來調(diào)控葡萄糖代謝[9]。例如，通過降低HK2 mRNA的穩(wěn)定性來下調(diào)HK2蛋白的水平，并通過下調(diào)磷酸甘酸突變酶1（PGAM1）的蛋白水平，抑制糖酵解，具體機(jī)制有待研究。P53激活劑APR-246（2-(Hydroxymethyl）-2-(methoxymethyl)-1-azabicyclo[2.2.2]octan-3-one,2-(羥甲基)-2-(甲氧基甲基)奎寧-3-酮）和小分子COTI-2（將突變型P53轉(zhuǎn)化為野生型P53）正用于臨床試驗(yàn)中，這些藥物的研究開發(fā)對(duì)腫瘤的治療具有重要的參考價(jià)值[10-11]。Ohnishi等[12]發(fā)現(xiàn)成骨細(xì)胞分化降低了腫瘤抑制因子P53的表達(dá)，增加葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（glucose transporter type 1,GLUT1）的表達(dá)，增強(qiáng)了由PI3K調(diào)控的Akt磷酸化，從而使其代謝途徑轉(zhuǎn)換為糖酵解。綜上，這些癌基因或抑癌基因會(huì)導(dǎo)致癌細(xì)胞葡萄糖代謝變化，在癌癥進(jìn)展過程中起關(guān)鍵作用，靶向這些基因的藥物研發(fā)為抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展及治療提供有效前景。

2.2 腫瘤微環(huán)境

腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment,TME）的改變是驅(qū)動(dòng)腫瘤代謝重編程的關(guān)鍵因素。TME是由細(xì)胞外基質(zhì)、造血來源細(xì)胞（免疫細(xì)胞和炎性細(xì)胞）和間充質(zhì)來源細(xì)胞（成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、脂肪細(xì)胞）組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，腫瘤及其微環(huán)境之間的相互作用對(duì)腫瘤的發(fā)展至關(guān)重要[13]。缺氧條件促進(jìn)腫瘤血管生成，也促進(jìn)乏氧誘導(dǎo)因子-1（hypoxia inducible factor-1,HIF-1）誘導(dǎo)糖酵解發(fā)生[14]。研究發(fā)現(xiàn)，HIF-1參與非小細(xì)胞肺癌的血管生成，在肺癌組織中HIF-1和血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）表達(dá)水平顯著高于癌旁正常肺組織，且HIF-1與VEGF表達(dá)呈正相關(guān)[15]。HIF-1調(diào)控糖代謝表現(xiàn)為上調(diào)糖酵解關(guān)鍵酶并同時(shí)抑制線粒體的生物合成，HIF-1高表達(dá)調(diào)控編碼己糖激酶與葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因促進(jìn)糖酵解[16]。Wong等[17]證實(shí)缺氧刺激了RE1-沉默轉(zhuǎn)錄因子（RE1-silencing transcription factor,REST）的表達(dá)，REST是一種HIF-1誘導(dǎo)基因，也是蛋白質(zhì)精氨酸N甲基轉(zhuǎn)移酶6（protein arginine N-methyltransferase 6,PRMT6）的轉(zhuǎn)錄抑制因子，刺激丙酮酸激酶2（pyruvate kinase 2,PKM2）入核，驅(qū)動(dòng)糖酵解相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄。HIF-1主要通過VEGF調(diào)節(jié)血管生成，通過鈉氫泵調(diào)節(jié)pH值，上調(diào)己糖激酶（hexo-kinase,HK）、醛縮酶、丙酮酸激酶（pyruvate kinase,PKM），下調(diào)丙酮酸脫氫酶（pyruvate dehydrogenase,PDH），促進(jìn)丙酮酸轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A，進(jìn)入檸檬酸循環(huán)來調(diào)節(jié)糖酵解[17]。TME中低pH也被發(fā)現(xiàn)顯著促進(jìn)單核細(xì)胞來源的樹突狀細(xì)胞的分化，表現(xiàn)出減少葡萄糖消耗、上調(diào)線粒體呼吸基因和抑制mTORC1活性[19]。因此，中和TME中的低pH值可能對(duì)提高腫瘤治療療效有重要影響。Gómez團(tuán)隊(duì)[20]發(fā)現(xiàn)抗炎性腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子TGF-β減少了琥珀酸脫氫酶的表達(dá)，而琥珀酸脫氫酶是乳腺癌細(xì)胞中氧化磷酸化的關(guān)鍵酶。這種代謝酶的減少增強(qiáng)了轉(zhuǎn)錄因子HIF-1的穩(wěn)定性促進(jìn)了糖酵解通路，從而增強(qiáng)了腫瘤血管形成和免疫抑制。由于腫瘤微環(huán)境的變化，巨噬細(xì)胞和髓樣抑制細(xì)胞的促炎性活化增加腫瘤CD8+T細(xì)胞中干擾素-γ的表達(dá)，使髓樣抑制細(xì)胞中的一般性調(diào)控阻遏蛋白激酶2（general control nonderepressible 2,GCN2）缺失促進(jìn)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞和髓樣抑制細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)變，從而促進(jìn)了抗腫瘤免疫反應(yīng)[21]。

2.3 代謝酶活性改變

腫瘤細(xì)胞糖酵解途徑中代謝酶的活性及蛋白質(zhì)表達(dá)水平顯著上調(diào)，其中包括HK、6-磷酸果糖激酶-1（phosphofructose kinase,PFK）、PKM和乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase,LDH）等[22-23]。越來越多的研究證實(shí)腫瘤葡萄糖代謝的關(guān)鍵酶是腫瘤治療的潛在靶點(diǎn)（如GLUT1、HK2、PFKFB3、PKM2等），抑制其糖代謝酶的活性，有利于抑制腫瘤的生長[24]。

2.3.1 己糖激酶 HK是糖酵解的第一個(gè)限速酶，該酶主要包括HK1、HK2、HK3、HK4和己糖激酶結(jié)構(gòu)域蛋白1（hexokinase domain containing 1,HKDC1）5個(gè)亞型，其中HK2在多種癌細(xì)胞中表達(dá)異常升高，且HK2高表達(dá)與肝癌患者不良預(yù)后顯著相關(guān)，相關(guān)研究表明，沉默HK2表達(dá)可有效地降低糖酵解活性[25]。Liu等[26]發(fā)現(xiàn)，抑制HK2有助于抑制人乳頭瘤病毒16e7蛋白（human papilloma virus 16e7 protein,HPV16e7）誘導(dǎo)的腫瘤糖酵解代謝表型，減少對(duì)糖酵解的依賴，抑制腫瘤生長，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，阻斷癌細(xì)胞能量來源可提高人乳頭瘤病毒（human papilloma virus,HPV）（+）宮頸癌細(xì)胞對(duì)放療敏感度。肝癌中HK2缺乏顯著增加了索拉非尼誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡，并增強(qiáng)了索拉非尼對(duì)體內(nèi)腫瘤生長的抑制作用[27]。HK2小分子抑制劑3-溴丙酮酸（3-Bromopyruvic acid,3bp）可以殺死在組織培養(yǎng)中生長的癌細(xì)胞，根除動(dòng)物體內(nèi)的腫瘤，防止腫瘤轉(zhuǎn)移，也是一種正在進(jìn)行臨床開發(fā)的抗癌新藥[28]。近年來關(guān)于HK2作為腫瘤治療靶點(diǎn)的研究不斷涌現(xiàn)，有研究指出在肝癌細(xì)胞中減少HK2表達(dá)不但可以抑制有氧糖酵解、促進(jìn)氧化磷酸化，而且還可以增加細(xì)胞對(duì)二甲雙胍治療的敏感度[27]。

2.3.2 丙酮酸激酶 PKM是一種限速酶，負(fù)責(zé)催化糖酵解的最后一步。PKM2在肺癌、肝癌、膠質(zhì)瘤、腎癌等組織中均有高表達(dá)，且與腫瘤分期、臨床分期、預(yù)后等密切相關(guān)[29]。最近發(fā)現(xiàn)將PKM2抑制劑化合物3K注射到小鼠尾靜脈可以抑制小鼠移植瘤的生長，導(dǎo)致細(xì)胞死亡[29]，從而證實(shí)了降低PKM2的表達(dá)可有效抑制腫瘤生長。多項(xiàng)研究表明，降低PKM2表達(dá)會(huì)導(dǎo)致癌細(xì)胞死亡、代謝活性降低和減少腫瘤發(fā)生，并同時(shí)提高腫瘤細(xì)胞對(duì)多西紫杉醇、順鉑等藥物的敏感度，從而促進(jìn)腫瘤組織死亡，降低腫瘤發(fā)生[30]。

2.3.3 6-磷酸果糖激酶-1 PFK是糖酵解的另一種限速酶，能催化6-磷酸果糖反應(yīng)生成1,6-二磷酸果糖。2,6-二磷酸果糖激酶（phosphofructokinase-2/fructose-2,6-bisphosphatase,PFKFB）是PFK的最強(qiáng)變構(gòu)激活劑，它的亞型PFKFB3變構(gòu)激活磷酸果糖激酶-1（PFK-1），促進(jìn)了2,6-二磷酸果糖的合成，進(jìn)而促進(jìn)了腫瘤的糖酵解，參與腫瘤細(xì)胞的生存和增殖，已被發(fā)現(xiàn)在多種腫瘤中高表達(dá)[31]。Li等[32]證明PFKFB3在保護(hù)化療藥物誘導(dǎo)的癌細(xì)胞凋亡中起關(guān)鍵作用，DNA損傷劑可以刺激PFKFB3在賴氨酸472（K472）處的乙?；?，從而增加PFKFB3的細(xì)胞質(zhì)積累和促進(jìn)糖酵解的能力，這對(duì)于細(xì)胞在DNA損傷化療藥物作用下的生存是非常重要的。此外，基于PFKFB3的抑制使細(xì)胞對(duì)順鉑誘導(dǎo)的凋亡敏感，有研究提出了一種以PFKFB3為靶點(diǎn)的潛在的抗癌化學(xué)治療策略[32]。經(jīng)研究證實(shí)PFKFB3的小分子拮抗劑3PO（3-（3-pyridinyl）-1-（4-pyridinyl）-2-propen-1-one,3-（3-吡啶基）-1-（4-吡啶基）-2-丙烯-1）可促進(jìn)微管毒物誘導(dǎo)的有絲分裂阻滯期乳腺癌細(xì)胞的死亡[33]。

2.3.4 葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體GLUTs GLUTs是負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖的重要載體蛋白。在腫瘤細(xì)胞中，葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白GLUT1的表達(dá)明顯上調(diào)，增加了葡萄糖攝取和參與糖代謝的多條途徑。Yakisich等[34]發(fā)現(xiàn)雙胍類抗腫瘤藥物可以與GLUT1抑制劑WZB-117（3-hydroxy-benzoic acid，3-羥基-苯甲酸）聯(lián)合使用，增強(qiáng)對(duì)肺癌干細(xì)胞的靶向作用。根皮素可以抑制耐藥結(jié)腸癌細(xì)胞株中過表達(dá)的GLUT1，并通過激活P53介導(dǎo)的信號(hào)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，從而抑制耐藥癌細(xì)胞的生長[35]。最近，Chen等[36]證實(shí)肺癌細(xì)胞GLUT5的特異性小分子抑制劑2,5-脫水-D-甘露醇（2,5-Anhydro-D-mannitol），可在體外和體內(nèi)模型中抑制肺癌細(xì)胞的果糖利用，從而下調(diào)其脂肪酸合成活性，抑制肺癌細(xì)胞的體內(nèi)惡性生長，為肺癌的治療提供了新策略。

2.4 其他

腫瘤中被異常激活的癌基因和促癌相關(guān)通路也被認(rèn)為是潛在的分子靶標(biāo)。研究表明，抑制致癌基因YAP/TAZ（yes associated protein,YAP/transcriptional coactivator with PDZ-binding motif,TAZ）的表達(dá)和轉(zhuǎn)錄活性可以顯著抑制腫瘤細(xì)胞的生長和侵襲，并誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，用其靶向藥物維替普芬治療腫瘤細(xì)胞，顯著逆轉(zhuǎn)了腫瘤細(xì)胞的惡性生物學(xué)行為[37]。此外，二甲雙胍可以激活單磷酸腺苷活化蛋白激酶（adenosine 5’-monophosphate（AMP）-activated protein kinase,AMPK）通路、抑制哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合體1（mammalian target of rapamycin complex-1,mTORC1）通路及腫瘤糖酵解活性，增強(qiáng)葡萄糖氧化磷酸化，從而抑制腫瘤的發(fā)生、發(fā)展[27]。從代謝方向?qū)@些生物靶點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性檢測治療，或可為腫瘤臨床診斷治療提供有效的方法。

3 基于腫瘤葡萄糖代謝的檢測技術(shù)及其臨床應(yīng)用

3.1 分子影像成像技術(shù)

分子影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展就是通過大通量篩選和開發(fā)新的分子探針，定位特異性的新靶點(diǎn)；通過新的成像技術(shù)如正電子發(fā)射體層攝影術(shù)（positron emission computed tomography,PET）、磁共振成像（magnetic resonance imaging,MRI）、X射線計(jì)算機(jī)體層攝影術(shù)（computed tomography,CT）和超聲成像（ultrasound,US）等成像定量方法，不斷提高成像的敏感度、特異性和分辨率，更早期、準(zhǔn)確地獲取生物細(xì)胞分子信息，從而達(dá)到預(yù)測醫(yī)學(xué)、定量醫(yī)學(xué)、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的目的?；诖蠖鄶?shù)腫瘤表現(xiàn)出明顯的糖酵解活性，PET/CT技術(shù)被廣泛應(yīng)用于腫瘤臨床治療。PET/CT的出現(xiàn)是醫(yī)學(xué)影像的又一次革命，其中氟代脫氧葡萄糖（2-Deoxy-2-[18F]fluoroglucose,18F-FDG）PET/CT顯影技術(shù)是分子影像學(xué)技術(shù)在目前臨床腫瘤學(xué)研究中最成功的應(yīng)用之一。18F-FDG是18F標(biāo)記的葡萄糖類似物，被廣泛用于腫瘤的定位和表征[38]且被FDA批準(zhǔn)用于可疑或現(xiàn)有癌癥的診斷。在早期和局部晚期非小細(xì)胞肺癌（non-small cell lung cancer,NSCLC）中，18F-FDG PET/CT分別是臨床診斷和分期的推薦檢測技術(shù)[39]。18F-FDG PET和3’-脫氧-3’-18F-氟代胸苷（3’-deoxy-3’-18Ffluorothymidine,18F-FLT）PET被廣泛用于腫瘤良惡性程度、分期及轉(zhuǎn)移監(jiān)測診斷，并可有效地檢測藥物對(duì)腫瘤治療的早期臨床反應(yīng)。針對(duì)分化程度較好的腫瘤診斷的假陽性現(xiàn)象，18F-FDG PET和11C-乙酸聯(lián)合應(yīng)用進(jìn)行PET顯像，極大提高了診斷的準(zhǔn)確度。此外，18F-FDG PET聯(lián)合單氨基酸螯合（99mTc）偶聯(lián)磷脂酰絲氨酸結(jié)合肽（SAAC（99mTc）-PSBP-6）凋亡顯像能更快速地反映腫瘤對(duì)化學(xué)治療藥物的敏感度[40]。

3.2 同位素檢測技術(shù)

同位素示蹤法是利用放射性核素（或穩(wěn)定性核素）及其化合物，作為一種標(biāo)記，將糖代謝通路相關(guān)靶點(diǎn)進(jìn)行同位素標(biāo)記，檢測其中間代謝產(chǎn)物的標(biāo)記情況，從而反映出癌細(xì)胞的代謝調(diào)控因素，為疾病的診斷、治療提供策略，為臨床藥物的開發(fā)提供思路。You等[41]使用同位素標(biāo)記葡萄糖（1，2-13C2-葡萄糖葡萄糖）結(jié)合葡萄糖攝取和乳酸分泌來確定糖酵解和PPP兩條通路的相對(duì)活性。證明了在索拉菲尼耐藥細(xì)胞中，增強(qiáng)了糖酵解途徑，而通過PPP的葡萄糖通量減少。超極化的[1-13C]丙酮酸代謝的13C磁共振波譜成像（magnetic resonance spectroscopy imaging,MRSI）已被證明可以作為腫瘤治療反應(yīng)的早期指標(biāo)[42]。Hesketh等[43]研究證實(shí)超極化的[1-13C]丙酮酸和內(nèi)源性乳酸鹽之間的標(biāo)記通量減少會(huì)導(dǎo)致腫瘤體積的變化，并能可靠地檢測到治療反應(yīng)。Vinaixa等[44]提出了一種基于核磁共振（nuclear magnetic resonance,NMR）的穩(wěn)定同位素示蹤研究的代謝組學(xué)方法——質(zhì)子定位富集分析（positional enrichment by proton analysis,PEPA），PEPA檢測碳標(biāo)記在同位素富集代謝物中的位置，并通過使用1D-1H-NMR譜間接測定13C峰來定量其分級(jí)富集的代謝物，擴(kuò)大了在細(xì)胞提取物中檢測到的同位素富集代謝物的范圍。

3.3 代謝流檢測技術(shù)

近年來基于穩(wěn)定同位素示蹤的腫瘤代謝流分析技術(shù)，將腫瘤發(fā)生、發(fā)展的代謝通路及產(chǎn)物作為一個(gè)整體進(jìn)行分析，成為了研究腫瘤代謝重編程機(jī)制及個(gè)性化精準(zhǔn)治療的重要工具。代謝流檢測是同位素標(biāo)記的又一次進(jìn)步，首先確定細(xì)胞糖代謝通路，在此基礎(chǔ)上了解其調(diào)控機(jī)制和影響因素（即代謝控制分析）；最后確定代謝設(shè)計(jì)的靶點(diǎn)（同位素標(biāo)記）根據(jù)標(biāo)志物代謝流分布和調(diào)控結(jié)果，便可得到腫瘤細(xì)胞代謝狀態(tài)對(duì)其影響及代謝通路的活躍狀態(tài)。Reyes-Caballero等[45]使用穩(wěn)定同位素分析和代謝組學(xué)檢測在空氣污染顆粒PM2.5條件下的小鼠對(duì)13C6葡萄糖肝臟代謝途徑的影響，通過離子色譜儀-傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜（ion chromatography-Fourier-transform mass spectrometry,IC-FTMS）或氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS）分析肝臟中13C進(jìn)入不同代謝狀態(tài)的情況。結(jié)果顯示13C在糖酵解中間產(chǎn)物的相對(duì)量降低，提示糖酵解減弱，而PPP途徑的氧化分支增加和13C的合并，提示脂肪酸合成能力的增強(qiáng)。Jiang等[46]為了量化由溶質(zhì)載體家族25成員1（solute carrier family 25 member 1,SLC25A1）編碼的線粒體檸檬酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（citrate transport,CTP）缺陷對(duì)代謝通量的影響，實(shí)驗(yàn)中用一組13C-葡萄糖和13C-谷氨酰胺示蹤劑對(duì)細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，結(jié)果數(shù)據(jù)通過對(duì)代謝通量分析（metabolic flux analysis,MFA）進(jìn)行整合，發(fā)現(xiàn)缺乏CTP的細(xì)胞抑制PDH和丙酮酸羧化酶（pyruvate carboxylase,PC）誘導(dǎo)的葡萄糖依賴性貧血，還發(fā)現(xiàn)了在CTP缺陷細(xì)胞中，抑制異檸檬酸脫氫酶1（isocitrate dehydrogenase（NADP (+) 1）,IDH1）可以抑制葡萄糖或谷氨酰胺的脂肪生成。Trefely等[47]以[13C6]-葡萄糖摻入乙酰輔酶A和HMG-CoA為例。來自葡萄糖的碳可以以2個(gè)13C為單位結(jié)合到乙酰輔酶A中，然后以2個(gè)13C為單位結(jié)合到HMG-CoA中。因此，可以將2、4或6個(gè)標(biāo)記的13C添加到HMG-CoA分子中，分別產(chǎn)生M2、M4或M6同位素同系物，見圖2[47]。13C和12C的不同組合（同位素）的相對(duì)豐度反映了標(biāo)記底物與其他潛在底物的競爭。由此可見，代謝流分析可檢測腫瘤細(xì)胞代謝活性，對(duì)發(fā)現(xiàn)腫瘤關(guān)鍵治療靶點(diǎn)也有巨大潛力。

圖2 [13C6]-葡萄糖摻入乙酰輔酶A和HMGCoA的示意圖[47]Figure 2 Schematic of incorporation of [13C6]-glucose into acetyl-CoA and HMGCoA[47]

4 展望

利用細(xì)胞中的高葡萄糖通量可能會(huì)成為癌癥治療的創(chuàng)新方法。多個(gè)研究表明，靶向腫瘤細(xì)胞異常表達(dá)的代謝酶、癌基因及相關(guān)通路可顯著抑制腫瘤生長、轉(zhuǎn)移及改善腫瘤耐藥。以腫瘤代謝為靶點(diǎn)的研究呈現(xiàn)出良好的臨床應(yīng)用前景。本課題組之前研究了關(guān)于P53促凋亡蛋白2（apoptosis stimulating protein of p53 2,ASPP2）調(diào)控肝癌甲羥戊酸代謝途徑，發(fā)現(xiàn)抑制ASPP2表達(dá)促進(jìn)該代謝途徑相關(guān)酶表達(dá)，腫瘤細(xì)胞膽固醇水平增加，促進(jìn)其生長[48]。其中GC/MS圖譜中發(fā)現(xiàn)抑制ASPP2表達(dá)可以提高肝癌細(xì)胞的葡萄糖攝取和乳酸的產(chǎn)生，這對(duì)我們對(duì)肝癌葡萄糖代謝的后續(xù)研究有重大意義。目前相關(guān)腫瘤代謝的藥物研發(fā)主要是腫瘤代謝通路中特異變化的轉(zhuǎn)運(yùn)體及關(guān)鍵代謝酶，靶向葡萄糖代謝研究中的關(guān)鍵代謝酶，已有多個(gè)藥物進(jìn)入臨床研究階段，如2-脫氧-D-葡萄糖（2-Deoxy-D-glucose,2-DG）和3-溴丙酮酸（3-Bromopyruvic acid3-bp）（靶向HK2）、3PO（靶向PFK2）、二氯乙酸鈉（sodium dichloroacetate，DCA）（靶向PDK）等[49]。但這些通過靶向腫瘤糖代謝關(guān)鍵酶的藥物對(duì)正常細(xì)胞可能也有不利影響。因此，有待進(jìn)一步開發(fā)安全有效的代謝靶向抑制劑。此外，基于腫瘤葡萄糖代謝的檢測方式已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于腫瘤的基礎(chǔ)研究和臨床診療中，如18F-FDG、18F-FLT、代謝流等，為腫瘤體內(nèi)復(fù)雜的生物化學(xué)過程及形態(tài)變化檢測及腫瘤臨床診療提供了良好的方式。這些方式將腫瘤發(fā)生、發(fā)展的代謝通路和產(chǎn)物作為一個(gè)整體進(jìn)行分析，成為了研究腫瘤葡萄糖代謝重編程機(jī)制及探討個(gè)性化精準(zhǔn)治療的重要工具，為腫瘤代謝靶向藥物的研發(fā)及腫瘤精準(zhǔn)治療方案的制訂等創(chuàng)造了有利條件，值得深入探討。