陸雅， 張君瑩， 張圓， 馬蓉， 吳建中， 馮繼鋒

自2010年以來，癌癥已然成為嚴重威脅我國人民健康的重大公共衛(wèi)生問題，其中結(jié)直腸癌一直占據(jù)著“緊要”位置[1]。我國結(jié)直腸癌發(fā)病率位居第三，死亡率位居第五[2]，多數(shù)確診患者首次發(fā)現(xiàn)已至疾病中晚期。目前，晚期結(jié)直腸癌的治療以化療和靶向治療為主，雖然已取得突破性進展，但其復發(fā)率和耐藥率仍然較高，5年生存率較低，因此，積極尋找新的結(jié)直腸癌治療突破至關(guān)重要。

自20世紀20年代“Warburg效應”的提出[3]，腫瘤細胞葡萄糖代謝過度活躍的特征已被廣泛認可。同時越來越多的研究表明，結(jié)直腸癌細胞的有氧糖酵解過程與其增殖、凋亡、侵襲、遷移、耐藥等生物學行為息息相關(guān)[4]。不同于體內(nèi)正常細胞主要通過氧化磷酸化途徑進行能量轉(zhuǎn)化，腫瘤細胞即使在氧氣充沛的情況下依然更傾向于通過糖酵解途徑獲取能量，從而營造出更利于自身生長的酸性環(huán)境和中間物質(zhì)需要[5]。盡管腫瘤細胞這種獨特的能量轉(zhuǎn)化方式的具體機理尚未被完全闡明，但是近年來，關(guān)于糖酵解途徑在腫瘤進程中的分子機制已被不同程度地挖掘。本文通過回顧近年來有關(guān)糖酵解途徑中的關(guān)鍵分子在結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮生物學功能的研究文獻，總結(jié)了其中潛在的分子調(diào)控機制，以期為結(jié)直腸癌的臨床診療提供更多的思路和可能。

1 糖酵解途徑中的關(guān)鍵分子與結(jié)直腸癌

腫瘤細胞為了達到為自身創(chuàng)造更為合適的生長環(huán)境和條件的目的，往往會加速消耗葡萄糖，以獲得更多的乳酸堆積和中間大分子產(chǎn)物[6-7]。研究表明，體內(nèi)糖酵解活性的異常升高通常預示著結(jié)直腸癌的高患病風險和不良預后[8-9]，而其中相關(guān)的代謝參數(shù)[10]和關(guān)鍵酶[11]則可以作為結(jié)直腸癌患病風險和療效評估的指標。

在糖酵解途徑中，葡萄糖大分子由葡萄糖轉(zhuǎn)運體蛋白(glucose transporter，GLUT)轉(zhuǎn)運進入細胞，經(jīng)由己糖激酶(hexokinase，HK)、磷酸果糖激酶(phosphofructokinase，PFK)、丙酮酸激酶(pyruvate kinase，PK)、丙酮酸脫氫酶激酶(pyruvate dehydrogenase kinase，PDK)和乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase，LDH)等關(guān)鍵酶的催化，最終生成乳酸。而這些在糖酵解途徑中承擔重要作用的關(guān)鍵分子被報道在人體結(jié)直腸癌組織中異常表達，且與結(jié)直腸癌的臨床分期、療效、預后等密切相關(guān)。例如，GLUTs作為腫瘤細胞汲取葡萄糖能量的第一關(guān)鍵蛋白，在結(jié)直腸癌中特異性高表達，被認為是評估結(jié)直腸癌預后的獨立因素[12-13]，而HKs[14-15]、PFKs[16]、PKs[17-19]、PDKs[20-21]以及LDHs[22]等則被提出可以充當促癌因子，在結(jié)直腸癌細胞的增殖、轉(zhuǎn)移和耐藥過程中扮演重要角色。

2 靶向糖酵解途徑中的關(guān)鍵分子影響結(jié)直腸癌進程

結(jié)直腸癌細胞的命運和轉(zhuǎn)歸與細胞的糖酵解代謝密切相關(guān)，越來越多的研究著眼于糖酵解途徑中的關(guān)鍵分子以探究結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展的分子機制。

2.1 葡萄糖轉(zhuǎn)運體蛋白(GLUT) GLUTs因作為腫瘤細胞利用葡萄糖的第一關(guān)鍵載體而備受關(guān)注，針對GLUTs的研究也在不斷深入。據(jù)報道，過氧化物酶體增殖物激活受體α(PPARα)的拮抗劑Wy14,643能夠有效增加PPARα末端與GLUT1啟動子區(qū)域的結(jié)合效率，通過抑制GLUT1的轉(zhuǎn)錄活性降低GLUT1蛋白表達，從而減少葡萄糖內(nèi)流，并抑制mTOR信號通路，達到抑制結(jié)直腸癌生長和化療耐藥的目的[23]。另外，組蛋白去甲基化酶KDM4B被發(fā)現(xiàn)可與泛素連接酶TRAF6相互作用，以激活AKT在結(jié)直腸癌細胞中的膜定位和磷酸化，使得其靶基因GLUT1表達增加，從而提高葡萄糖的攝取和ATP的產(chǎn)生，最終促進結(jié)直腸癌細胞的生長發(fā)育[24]。

眾所周知，PI3K/Akt/mTOR是影響腫瘤細胞生長發(fā)育的重要信號通路，不難發(fā)現(xiàn)，這一信號通路也在結(jié)直腸癌細胞糖代謝過程中發(fā)揮重要作用。例如，人組織激肽釋放酶10(KLK10)[25]、S100鈣結(jié)合蛋白A2(S100A2)[26]、死亡結(jié)構(gòu)域沉默子(SODD)[27]以及細胞型朊蛋白(PrPC)[28]等均被發(fā)現(xiàn)可以通過PI3K/Akt/mTOR信號通路靶向GLUT1，從而影響糖酵解途徑介導的結(jié)直腸癌細胞的發(fā)生發(fā)展。除此之外，環(huán)狀RNA和miRNA也被發(fā)現(xiàn)參與其中。研究表明，環(huán)狀RNA circDENND4C可以通過海綿吸附miR-760來激活其下游靶點GLUT1，以加速葡萄糖攝取和乳酸堆積，促進結(jié)直腸癌細胞的增殖和轉(zhuǎn)移[29]。而在化療耐藥的結(jié)直腸癌細胞中，特異性高表達的toll樣受體(TLR)則通過激活AKT1/3下調(diào)miR-125b-5p的表達，繼而調(diào)控miR-125b-5p的下游靶基因GLUT5，以致加速糖酵解代謝并促進結(jié)直腸癌細胞的EMT轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移活性[30]。

2.2 己糖激酶(HK) HKs是糖酵解途徑中生成6-磷酸葡萄糖的關(guān)鍵限速酶，有HK1、HK2、HK3和HK4這四個亞型。最近，Li等[31]發(fā)現(xiàn)HK1與長鏈非編碼RNA lncARSR在結(jié)直腸癌組織中呈特異性正相關(guān)高表達，均預示著結(jié)直腸癌不良預后。LncARSR主要通過海綿化miR-34a-5p，靶向HK1介導的有氧糖酵解來推動結(jié)直腸癌的進展。同時Li等還提出lncARSR/miR-34a-5p/HK1復合體可能是潛在的評估結(jié)直腸癌預后的生物標志物。

HK2是HKs中被研究最多的亞型。MiR-513a-3p[32]、免疫調(diào)節(jié)蛋白B7-H3[33]、叉頭框蛋白E1(FOXE1)[34]等均被報道可以直接靶向HK2并調(diào)控其表達，從而影響結(jié)直腸癌細胞的增殖和耐藥。另外，Ou等[35]發(fā)現(xiàn)HK2作為STAT3的下游靶基因，可以被miR-106b/Polo樣激酶3(PLK3)復合物抑制，使得miR-106b實現(xiàn)了阻礙結(jié)直腸癌細胞有氧糖酵解和生物學進程的作用。

對于結(jié)直腸癌糖酵解途徑中的HK2限速酶的研究并不局限于細胞生物學水平，在臨床方面的探索也在不斷深入。目前，多種HK2相關(guān)的藥物和抑制劑被不同程度的開發(fā)和研究。例如，薯蕷皂苷是一種提取自幾種植物的天然類固醇皂苷，能夠通過縮短S期激酶相關(guān)蛋白2(SKP2)的半衰期，減弱SKP2在S72位上的磷酸化，促進其與T-鈣黏蛋白1(CDH1)的互作關(guān)系，增強SKP2的K48位多聚泛素化和降解，進而誘導HK2的表達降低，從而減緩結(jié)直腸癌細胞的生長[36]。而芐絲肼作為一種多巴脫羧酶抑制劑，同時也是一種選擇性HK2抑制劑，可以通過特異性結(jié)合HK2抑制其激酶活性，從而誘導結(jié)直腸癌細胞的凋亡[37]。另外，黃腐酚[38]、姜黃素[39]、五氟利多[40]等也都被發(fā)現(xiàn)可以通過完全或部分結(jié)合或靶向HK2抑制結(jié)直腸癌細胞的生長發(fā)育，為臨床結(jié)直腸癌的新藥應用提供了理論依據(jù)。

2.3 丙酮酸激酶(PK) PKs是催化磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸的關(guān)鍵限速酶，其中丙酮酸激酶M2型(PKM2)是最常見高表達于腫瘤細胞的同工酶亞型[41]。研究表明，多種RNA結(jié)合蛋白參與了PKM2在結(jié)直腸癌細胞中生物學功能的發(fā)揮。例如，在結(jié)直腸癌細胞中異位表達的RNA結(jié)合蛋白Sam68通過加速PKM2 mRNA的核質(zhì)轉(zhuǎn)運，增加PKM2的蛋白表達和活性狀態(tài)[42]。而另一種RNA結(jié)合蛋白，核不均一核糖核蛋白A1(hnRNPA1)的Ser6位點當受到核糖體蛋白S6激酶2(S6K2)的磷酸化激活后，能夠與PKM剪接位點結(jié)合，隨后引起PKM后續(xù)一系列的轉(zhuǎn)錄活性和蛋白功能的改變，直接影響結(jié)直腸癌細胞的葡萄糖代謝重編和細胞生長[43]。

此外，miR-124、miR-137、miR-340、lncRNA-FEZF1-AS1、lncRNA-SNHG6以及ciRS-122等也都可以通過靶向PKM1/2作用于結(jié)直腸癌的糖酵解途徑[44-47]。此外，有一種持久性有機污染物二氯二苯三氯乙烷(DDT)被發(fā)現(xiàn)可通過細胞內(nèi)活性氧(ROS)介導ERK/PKM2軸誘導結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展[48]，引起了研究者們的關(guān)注，為“有機污染物致癌”話題提供又一分子生物學佐證。

2.4 丙酮酸脫氫酶激酶(PDK) PDKs是葡萄糖代謝途徑中促進丙酮酸和乳酸進行逆向糖異生的催化酶。PDKs作為丙酮酸脫氫酶的調(diào)控酶，在糖酵解途徑中也同樣不可或缺。研究發(fā)現(xiàn)，PDK1是miR-138的直接靶點，miR-138能夠抑制其激酶活性和蛋白表達，有效增加結(jié)直腸癌細胞對奧沙利鉑的化療敏感性[49]，但其中具體作用機制尚不清楚。同時，PDK1還可以與線粒體膜蛋白ANKRD22相互作用，推動ANKRD22協(xié)同脂質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白和突觸結(jié)合蛋白1(E-Syt1)，促進結(jié)直腸癌細胞的糖酵解過程，導致ATP/ADP的下降和AMP/ATP的升高[50]。另外，Liang等[51]最近發(fā)現(xiàn)，一種應用于治療代謝性疾病的代謝調(diào)節(jié)劑二氯乙酸(DCA)，能夠在結(jié)直腸癌細胞中通過靶向p53/miR-149-3p/PDK2軸介導糖酵解途徑，增加結(jié)直腸癌細胞對5-氟尿嘧啶的化療敏感性。

2.5 乳酸脫氫酶(LDH) LDHs是糖酵解途徑中催化丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗岬年P(guān)鍵限速酶，是細胞糖酵解途徑中舉足輕重的分子。LDHs的不同同工酶的作用不盡相同。其中，LDHA的表達水平被認為與結(jié)直腸癌的腫瘤分化、淋巴結(jié)和遠處轉(zhuǎn)移、血管密度和血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、缺氧誘導因子(HIF) 1和2等密切相關(guān)[22]。LDHA的C端區(qū)域能夠與在結(jié)直腸癌中高表達的腺苷酸激酶hCINAP結(jié)合，使得自身磷酸化增強，從而誘導結(jié)直腸癌細胞糖酵解代謝活躍度增加，為結(jié)直腸癌干細胞的不斷自我更新助力[52]。除此之外，LncRNA GLCC1可以通過HSP90/c-Myc/LDHA軸完成對結(jié)直腸癌細胞的代謝重編[53]。而腫瘤抑制因子drs[54]和Krüppel樣因子14(KLF14)[55]則是通過靶向LDHB影響結(jié)直腸癌的有氧糖酵解途徑。

2.6 多個關(guān)鍵酶 腫瘤細胞的糖代謝是一個多中心多環(huán)節(jié)的過程，其中涉及的多個步驟都具有成為潛在腫瘤治療靶點的可能。近來，Shen等[56]發(fā)現(xiàn)m6A甲基轉(zhuǎn)移酶METTL3可以通過依賴m6A解讀器IGF2BP2/3的方式，直接與HK2的5’/3’UTR區(qū)以及GLUT1的3’區(qū)結(jié)合并相互作用，通過維持HK2和GLUT1的穩(wěn)定性，激活糖酵解通路，促進結(jié)直腸癌細胞的發(fā)生發(fā)展。另一方面，在結(jié)直腸占位從腺瘤到癌的過程中逐漸減少的CD36則可以通過磷脂酰肌醇蛋白聚糖4(GPC4)泛素化抑制β-catenin/c-myc通路，集體下調(diào)靶基因GLUT1、HK2、PKM2、LDHA，以此介導結(jié)直腸癌糖酵解途徑[57]。而HK2和LDHA也是circ_0136666/miR-383/CREB1軸的下游效應基因[58]。除此之外，研究還發(fā)現(xiàn)，lncRNA MAFG-AS1能夠通過海綿吸附miR-147b，激活Ⅰ型輔酶脫氫酶1α亞復合物4(NDUFA4)，促進靶基因PDK1、PFK1、PKM2介導的糖酵解過程，以致造成結(jié)直腸癌的不良預后[59]。

3 總結(jié)與展望

高度活躍的有氧糖酵解代謝是結(jié)直腸癌細胞的特征之一，相關(guān)分子機制的探索也在不斷深入。糖酵解途徑中涉及的諸如GLUT1s、HKs、PKs、PDKs以及LDHs等多種關(guān)鍵分子，或是轉(zhuǎn)運蛋白或是限速酶，都被發(fā)現(xiàn)在結(jié)直腸癌中不同程度的異常高表達，這些關(guān)鍵分子的過量表達推動著糖酵解代謝過程的不斷加速。葡萄糖的快速攝取、能量的加倍轉(zhuǎn)化、酸性環(huán)境的充分積累以及大分子代謝產(chǎn)物的持續(xù)供給，給予了腫瘤細胞長足的生長動力。因此，針對結(jié)直腸癌糖酵解途徑中的關(guān)鍵分子，探究其中潛在的分子機制，將為臨床上尋找行之有效的靶向藥物奠定理論基礎(chǔ)。目前，雖然針對這些關(guān)鍵分子的研究正在逐步進行，但很多還處于“淺嘗輒止”的階段，深入全面的機理研究仍須進行。在糖酵解途徑介導的結(jié)直腸癌進程中，研究除了以糖酵解途徑中的關(guān)鍵分子為靶向，還涉及到諸如線粒體損傷、微環(huán)境改變、癌基因或者抑癌基因突變等多方面的復雜過程，本文不能一一詳述，其中的具體機制也有待進一步挖掘和探索。針對結(jié)直腸癌糖酵解途徑，無論是老藥新用還是新藥合成，都在被不斷地發(fā)現(xiàn)和開發(fā)中，勢必將會為尋求結(jié)直腸癌新的臨床診療突破提供幫助。