付成偉，張勇，董金凱，張景云，周禮，李學超，左世棟，孔令生，陳立軍

(1.解放軍總醫(yī)院第三醫(yī)學中心泌尿外科醫(yī)學部，北京 100853； 2.解放軍總醫(yī)院第五醫(yī)學中心泌尿外科，北京 100071；3.陸軍軍醫(yī)大學軍事預防醫(yī)學系，重慶 400038)

前列腺癌細胞具有高度異質(zhì)性和可變性，表現(xiàn)為良性生長、致命侵襲性生長以及介于兩者之間的生長方式[1-2]。據(jù)美國癌癥協(xié)會統(tǒng)計，2020年美國新增前列腺癌病例191 930例，死亡約33 330例[3]。目前前列腺癌篩查手段主要包括經(jīng)直腸前列腺指檢、直腸超聲檢查和血清前列腺特異性抗原定量測定等，雖然其檢出率有所提高，但假陽性、假陰性結果仍較常見，且目前的檢查手段并不能鑒別前列腺癌的良、惡性程度[4]。我國約60%前列腺癌患者入院時已處于晚期，喪失了根治性手術的機會[5]。對于晚期前列腺癌患者，目前臨床常應用抗雄激素、化療等方法治療[6-7]，但會出現(xiàn)治療抵抗。因此，尋找更精準的診斷前列腺癌的方法迫在眉睫。隨著代謝組學在腫瘤研究領域的發(fā)展，研究者開始通過分析腫瘤細胞自身的代謝變化探究前列腺癌的發(fā)病機制[8-11]。腫瘤細胞可通過代謝重組適應自身的快速生長，且高度依賴特定的代謝途徑，因此明確這些特定的代謝途徑即可開發(fā)基于前列腺癌代謝的靶向治療[12-15]。前列腺癌中存在大量蛋白質(zhì)原性、非蛋白質(zhì)原性氨基酸代謝以及生物合成的差異，而代謝變化可反映前列腺癌細胞在缺氧、氧化應激以及應對高代謝等不利條件下的生存能力[16]。因此，氨基酸的代謝異常與前列腺癌的疾病進展密切相關?，F(xiàn)就特異性氨基酸代謝在前列腺癌中的研究進展予以綜述。

1 谷氨酰胺與前列腺癌

1.1谷氨酰胺(glutamine，Gln)的生理功能 Gln是一種非必需的蛋白原氨基酸，在某些生理條件下，Gln是條件性必需氨基酸，尤其在代謝途徑和細胞信號轉導中具有重要作用；同時，Gln也是嘌呤和嘧啶核苷酸合成以及其他氨基酸的氮供體，由Gln轉化生成的谷氨酸的代謝過程受細胞因子的密切調(diào)節(jié)，如Myc、p53和Ras等，這些細胞因子對腫瘤細胞的生長、維持起重要作用，是致癌的重要誘因之一[17]。在Gln代謝過程中，Gln轉化為谷氨酸是Gln分解的第一步，然后谷氨酸再轉化為酮戊二酸進入三羧酸循環(huán)，生產(chǎn)檸檬酸鹽和蘋果酸鹽，用于合成脂肪酸和核苷酸[18]。

1.2Gln在前列腺癌代謝調(diào)控中的作用 線粒體DNA突變頻繁可導致前列腺癌患者三羧酸循環(huán)和(或)氧化磷酸化受損，迫使腫瘤細胞通過替代途徑代謝[19]。而這一過程受多種癌基因的調(diào)控，如Myc、雄激素受體、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)等，這些癌基因可通過上調(diào)Gln轉運蛋白的表達增加Gln的攝取，表明致癌驅(qū)動因素對Gln攝取及代謝影響顯著，Gln對前列腺癌細胞的增殖具有重要作用[20]。研究發(fā)現(xiàn)，高侵襲性、轉移性前列腺癌PC-3細胞系可顯著增加Gln的利用，表明侵襲性、轉移性前列腺癌細胞需要Gln分解[21-22]。

2 絲氨酸與前列腺癌

2.1絲氨酸對前列腺癌合成、代謝的影響 研究證實，絲氨酸生物合成和代謝途徑對前列腺癌代謝非常重要，谷胱甘肽、核苷酸、磷脂及其他代謝產(chǎn)物均由絲氨酸和甘氨酸組成，其中絲氨酸合成增加是前列腺癌患者預后不良的標志[11]。研究顯示，磷酸甘油酸脫氫酶是從頭合成絲氨酸途徑的第一種酶，在不同類型的腫瘤中可擴增[20]，因此磷酸甘油酸脫氫酶被認為是開發(fā)小分子抑制劑的另一個藥物靶點。Pacold等[23]的研究也證實，磷酸甘油酸脫氫酶抑制劑可通過直接靶向作用抑制葡萄糖來源的絲氨酸的合成。

2.2絲氨酸在前列腺癌代謝調(diào)控中的作用 研究發(fā)現(xiàn)，Myc及其下游靶標的表達、跨膜絲氨酸蛋白酶2-成紅細胞病毒E26致癌物融合以及Gleason評分均與前列腺癌細胞的信號通路呈正相關；四氫葉酸在絲氨酸轉化為甘氨酸的過程中被消耗，應用四氫葉酸抗代謝藥甲氨蝶呤可抑制絲氨酸向甘氨酸的轉化，進而導致轉移性前列腺癌細胞的劑量依賴性抗增殖效應[12]。此外，絲氨酸/精氨酸富有剪接因子1(serine and arginine rich splicing factor 1，SRSF1)可通過影響腫瘤細胞轉導通路中相關基因的剪接方式促進腫瘤細胞的異常轉錄和腫瘤細胞核DNA的分裂，在前列腺癌組織中SRSF1陽性表達率較高，且SRSF1表達與前列腺癌TNM分期、淋巴結轉移以及Gleason評分相關[24]。因此，SRSF1有可能成為評估前列腺癌患者預后的潛在指標。

3 脯氨酸與前列腺癌

脯氨酸是一種非必需氨基酸，在碳和氮的最初代謝、抗?jié)B透以及氧化應激保護、細胞信號轉導、細胞凋亡和營養(yǎng)適應中起重要作用。脯氨酸代謝可影響動、植物的許多調(diào)控靶點，同時也是蛋白質(zhì)、氨基酸和多胺的生物合成以及傷口愈合、活性氧清除、免疫反應中所必需的[25]。脯氨酸分解代謝途徑發(fā)生在線粒體中，通過脯氨酸脫氫酶/脯氨酸氧化酶和吡咯啉-5-羧酸脫氫酶催化發(fā)生酶促反應而被氧化為葡萄糖；而吡咯啉-5-羧酸合成酶和吡咯啉-5-羧酸還原酶則可將葡萄糖轉化為脯氨酸，因此該途徑既可通過啟動活性氧介導的細胞凋亡抑制前列腺癌進展，又可通過產(chǎn)生ATP或活性氧誘導的自噬使腫瘤存活[26]。此外，脯氨酸生物合成被認為是維持吡啶核苷酸水平的關鍵，可能成為前列腺癌治療的靶點[27]。脯氨酸還是一種高效的活性氧清除劑，可抑制氧化誘導的細胞凋亡[28]。

4 精氨酸與前列腺癌

4.1精氨酸的生理功能 精氨酸是一種半必需氨基酸，由Gln、谷氨酸和脯氨酸經(jīng)腸-腎軸合成。精氨酸降解通過精氨酸酶、甘氨酸脒基轉移酶和精氨酸脫羧酶啟動的多種途徑實現(xiàn)，在此過程中產(chǎn)生的一氧化氮、多胺、脯氨酸、谷氨酸、肌酸以及胍丁胺等均具有重要的生物學作用。精氨酸被一氧化氮合酶代謝，可產(chǎn)生自由基一氧化氮和瓜氨酸，其中一氧化氮對前列腺平滑肌張力和正常分泌功能均具有至關重要的生理作用[27]。因此，刺激前列腺腫瘤組織中的精氨酸代謝，有助于腫瘤的生長、血管生成、轉移以及腫瘤相關的免疫抑制[29]。與前列腺增生相比，前列腺腫瘤中的誘導型一氧化氮合酶和精氨酸酶水平均上調(diào)[30]。因此，誘導型一氧化氮合酶高表達可作為前列腺癌患者生存率低的預測因素[31]。

4.2精氨酸剝奪在前列腺癌中的作用 近年，隨著對聚乙二醇修飾的精氨酸脫亞胺酶研究的深入，腫瘤中精氨酸剝奪的可能性逐漸增大[32]。研究證實，前列腺癌組織缺乏精氨酸琥珀酸合成酶的表達，精氨酸琥珀酸合成酶是一種普遍存在的酶，參與瓜氨酸兩步合成精氨酸；由于不能合成自身的精氨酸，精氨酸琥珀酸合成酶缺陷型細胞只能依賴相對低效的氨基酸轉運蛋白合成精氨酸[33]。此外，由于缺乏精氨酸琥珀酸合成酶，聚乙二醇修飾的精氨酸脫亞胺酶不依賴細胞凋亡蛋白酶也可誘導CWR22Rv1細胞凋亡，但在體外則不會誘導LNcap細胞死亡[34]。2018年聚乙二醇修飾的精氨酸脫亞胺酶在肝細胞癌中的Ⅲ期臨床試驗顯示，精氨酸成功耗竭的患者總生存期顯著延長[35]。

5 亮氨酸與前列腺癌

5.1亮氨酸的生理功能 亮氨酸是一種必需氨基酸，對蛋白質(zhì)合成非常重要[34]。亮氨酸可通過激活mTOR信號通路控制信使RNA翻譯、核糖體生物發(fā)生、自噬以及細胞代謝，抑制mTOR信號通路可導致前列腺癌進展和去勢抵抗的發(fā)生[36]。線粒體代謝異常可促進前列腺癌的發(fā)生發(fā)展和藥物抵抗，富含亮氨酸的三角狀五肽重復結構蛋白是一種主要定位于線粒體的核編碼蛋白質(zhì)，可通過調(diào)控細胞色素氧化酶基因的表達促進氧化磷酸化、抑制線粒體自噬，維持細胞正常能量代謝[37-39]。

5.2亮氨酸在前列腺癌治療中的作用 亮氨酸屬于L型氨基酸轉運蛋白(L-type amino acid transporters，LATs)家族一員，LATs基因敲除可抑制前列腺癌細胞周期進程和腫瘤生長，并導致腫瘤轉移的自發(fā)消退[40]。經(jīng)亮氨酸類似物2-氨基雙環(huán)-[2，2，1]-庚烷-2-羧酸處理的轉移性前列腺癌細胞的細胞生長和生存能力均顯著降低，且出現(xiàn)G0～G1期細胞周期停滯；給予2氨基雙環(huán)-[2，2，1]-庚烷-2-羧酸可導致前列腺癌細胞系細胞周期檢查點基因(如泛素結合酶E2C、細胞分裂周期蛋白20和細胞周期蛋白依賴性激酶1)表達下調(diào)，而轉移性前列腺癌標本中的細胞周期檢查點基因表達卻上調(diào)[41]。以上研究表明，靶向LAT1/3可通過抑制mTOR活性治療轉移性、去勢抵抗性前列腺癌。

6 甲硫氨酸與前列腺癌

6.1甲硫氨酸的生理功能 甲硫氨酸是哺乳動物細胞生長、發(fā)育和體內(nèi)平衡所需的一種必需氨基酸。甲硫氨酸是在甜菜堿輔因子和5-甲基-四氫葉酸存在下，通過同型半胱氨酸甲基化內(nèi)源性合成或通過多胺生物合成途徑合成。甲硫氨酸的分解代謝產(chǎn)物是肌氨酸，而肌氨酸是一種非侵入性前列腺癌生物標志物和代謝產(chǎn)物[41]。甲硫氨酸可參與多種生化途徑，為蛋白質(zhì)合成、染色質(zhì)和蛋白質(zhì)甲基化以及谷胱甘肽合成提供分子化合物[42]。研究證實，甲硫氨酸可抑制雄激素不敏感的前列腺癌細胞增殖并誘導其凋亡[43]。甲硫氨酸代謝物在前列腺切除術后快速生化復發(fā)的多變量預測模型中具有較高的靈敏度和特異度，且甲硫氨酸分解代謝產(chǎn)物的數(shù)量與前列腺癌進展狀態(tài)相關[44]。因此，將甲硫氨酸代謝物定量分析作為預測前列腺癌疾病進展的生物標志物，可顯著提高臨床預測侵襲性前列腺癌及早期復發(fā)風險的能力。

6.2甲硫氨酸在前列腺癌治療中的作用 與正常細胞不同，腫瘤細胞大多不能利用同型半胱氨酸作為甲硫氨酸前體，甲硫氨酸可阻斷細胞周期并誘導轉移性前列腺癌細胞凋亡[44-45]。Poirson-Bichat等[46]證實，在無甲硫氨酸培養(yǎng)基中，PC-3細胞增殖速率顯著降低，而DU-145細胞的增殖速率僅受到輕微影響；加入同型半胱氨酸則PC-3細胞的增殖率輕度增加、DU-145細胞的增殖率完全恢復。給予異種移植模型小鼠富含同型半胱氨酸且無甲硫氨酸飲食或應用甲硫氨酸類似物乙硫氨酸替代甲硫氨酸喂養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，小鼠前列腺癌細胞生長較慢，表明甲硫氨酸剝奪飲食療法可用于去勢抵抗性前列腺癌的治療[44]。

7 色氨酸與前列腺癌

7.1色氨酸的生理功能 色氨酸是一種用于蛋白質(zhì)合成的必需氨基酸，也是血清素生物合成的前體分子。色氨酸參與多種生理過程，包括神經(jīng)元功能、免疫和腸道穩(wěn)態(tài)等。在人類中，色氨酸通過犬尿氨酸和血清素途徑代謝，并產(chǎn)生生物活性化合物，如血清素、褪黑激素和煙酸等。血清素可作為促有絲分裂因子參與腫瘤細胞的生長、血管生成以及細胞遷移等[46]。產(chǎn)生血清素的神經(jīng)內(nèi)分泌細胞主要存在于正常前列腺組織和前列腺癌標本中，且更常見于高級別前列腺癌中，尤其是去勢抵抗性前列腺癌[47]。

7.2色氨酸在前列腺癌診斷中的作用 除內(nèi)源性色氨酸代謝外，常駐腸道菌群也有助于產(chǎn)生特定的色氨酸代謝產(chǎn)物，并間接影響宿主生理。由色氨酸調(diào)節(jié)的各種生理功能可反映與體內(nèi)平衡改變相關的復雜疾病模式。色氨酸代謝產(chǎn)物合成失衡與慢性免疫激活以及腫瘤免疫逃逸的病理生理機制有關[48]。色氨酸缺乏可導致T淋巴細胞增殖停滯[49]。因此，多種人類腫瘤產(chǎn)生的吲哚胺2，3-雙加氧酶對色氨酸的降解被認為是一種有利于腫瘤逃避免疫反應的機制[50]。與良性前列腺增生相比，前列腺癌患者的吲哚胺2，3-雙加氧酶表達升高，且與血清犬尿素/色氨酸比值相關，這種分子機制有助于前列腺癌的診斷[51]。

8 肌氨酸與前列腺癌

肌氨酸是甘氨酸合成和降解途徑中的中間體，也是一種差異代謝物，在前列腺癌進展至轉移期間肌氨酸的表達顯著增加；此外，與良性前列腺上皮細胞相比，浸潤性前列腺癌細胞系中的肌氨酸水平也增加[41]。肌氨酸廣泛存在于尿液中，被認為是非侵入性的前列腺癌標志物，但這一結論目前尚存在爭議[52]。

調(diào)節(jié)肌氨酸代謝的酶主要包括甘氨酸N-甲基轉移酶、肌氨酸脫氫酶和L-哌啶酸氧化酶。肌氨酸的生成由甘氨酸N-甲基轉移酶催化，甘氨酸N-甲基轉移酶在哺乳動物肝臟、外分泌胰腺和前列腺中均高水平表達[53]。肌氨酸代謝酶肌氨酸脫氫酶和L-哌啶酸氧化酶均可催化肌氨酸氧化脫甲基，將其轉化為甘氨酸[54]。而甘氨酸是一種腫瘤相關代謝物，可顯著影響前列腺細胞的氨基酸模式，前列腺癌患者尿液中的甘氨酸水平與肌氨酸水平呈負相關[28]，表明前列腺癌細胞需要利用甘氨酸進行肌氨酸生物合成。產(chǎn)生和分解肌氨酸的酶失調(diào)，可導致有非侵襲性前列腺癌且肌氨酸產(chǎn)生能力較低的老年患者肌氨酸水平顯著降低[55]。以上研究表明，細胞內(nèi)肌氨酸聚集是影響前列腺癌發(fā)展以及向更具侵襲性表型進展的關鍵，但具體分子機制目前尚未明確。

9 羥脯氨酸與前列腺癌

9.1羥脯氨酸的生理功能 羥脯氨酸是脯氨酸的翻譯后代謝產(chǎn)物，對維持細胞結構和功能至關重要。由于具有獨特的環(huán)結構，因此脯氨酸和羥脯氨酸在化學穩(wěn)定性以及生化反應方面不同于其他氨基酸。羥脯氨酸是合成甘氨酸、丙酮酸和葡萄糖的底物，也可清除氧化劑、調(diào)節(jié)細胞的氧化還原狀態(tài)[56]。既往研究證明，尿羥脯氨酸較其他標志物更可靠，尿羥脯氨酸水平升高提示前列腺癌存在骨轉移[57]。前列腺癌侵入骨骼后，羥脯氨酸被釋放入循環(huán)，并經(jīng)肝臟代謝或通過尿液排出[58]。在前列腺癌骨轉移中，不僅腫瘤組織附近有類骨質(zhì)形成，而且骨吸收也加快。骨吸收加速可通過尿羥脯氨酸排泄增加、骨組織形態(tài)計量學以及X線片上溶解骨的存在證明，為臨床將尿羥脯氨酸指數(shù)作為轉移性前列腺癌的生物標志物提供了理論依據(jù)[59]。

9.2羥脯氨酸在前列腺癌治療中的作用 研究表明，在轉移性前列腺腫瘤的一個子集中脯氨酰4-羥化酶1拷貝數(shù)增加，且脯氨酰4-羥化酶1表達受miR-124調(diào)節(jié)，而miR-124又受果蠅zeste基因增強子同源物2和C端結合蛋白1的負調(diào)控，果蠅zeste基因增強子同源物2和C端結合蛋白1在侵襲性前列腺癌中均過表達[60]。此外，雞胚絨毛尿囊膜測定和小鼠異種移植研究表明，脯氨酰4-羥化酶1為腫瘤生長和轉移所必需[61]。以上研究表明，脯氨酰4-羥化酶1在前列腺癌進展中起關鍵作用，可作為一個可行的治療靶點。

10 牛磺酸與前列腺癌

?；撬釁⑴c生物體膽汁酸的結合、抗氧化、滲透調(diào)節(jié)、膜穩(wěn)定以及鈣信號調(diào)節(jié)等，對心血管功能、發(fā)育以及骨骼系統(tǒng)、視網(wǎng)膜、中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能至關重要。Madhu等[62]應用醋酸地加瑞克治療前列腺癌，結果發(fā)現(xiàn)，隨著睪酮水平降低，牛磺酸水平也顯著降低。此外，Tang等[63]研究證實，?；撬峥赏ㄟ^降低前列腺特異性抗原和轉移相關蛋白的表達抑制細胞遷移。雖然誘導腫瘤細胞凋亡和前列腺特異性抗原的機制仍需進一步研究，但N-?；；撬崾且环N具有廣泛生物活性的信號分子，對轉移性前列腺癌細胞具有抗腫瘤和抗增殖作用[64]。以上研究為前列腺癌的輔助治療提供了堅實的理論基礎，攝入?；撬峥裳泳徢傲邢侔┻M展，但還需進一步研究證實。

11 小 結

特異性氨基酸代謝的差異改變在前列腺癌診斷、治療、預后中的應用已取得一定進展。飲食、藥物抑制或氨基酸代謝剝奪等均可抑制前列腺癌細胞的增殖，但對非惡性細胞卻無影響。抑制氨基酸代謝在體外抗癌藥物研發(fā)方面已獲得成功，但在體內(nèi)研究中仍面臨諸多問題。為了加強飲食剝奪療法的療效，還可采用體外化學去除代謝物結合標準化療的方法。總之，前列腺癌是一種特異性氨基酸代謝異常的高度異質(zhì)性疾病，未來深入了解其代謝特征、鑒定出更多的治療靶標，可以為前列腺癌患者的治療提供新的思路，實現(xiàn)腫瘤的精準治療。