莫楠 李艷純 岳娟清 楊慧 童樂 王瑩*

多發(fā)性骨髓瘤是一種惡性漿細胞的克隆性增殖性疾病，是第二常見的血液系統(tǒng)惡性腫瘤，其特征是單克隆漿細胞在骨髓內(nèi)積聚。多發(fā)性骨髓瘤會導(dǎo)致轉(zhuǎn)化的漿細胞分泌無功能的單克隆免疫球蛋白（Ig）。這種異常的Ig 會導(dǎo)致與多發(fā)性骨髓瘤相關(guān)的并發(fā)癥，如腎功能障礙、神經(jīng)病變和高粘血癥。另外，骨髓中的骨髓瘤細胞生長以及轉(zhuǎn)化細胞和骨髓微環(huán)境中的其他細胞產(chǎn)生的細胞因子會導(dǎo)致活動性多發(fā)性骨髓瘤的典型臨床癥狀：溶骨性骨病變、高鈣血癥、貧血、腎功能損害［1-2］。雖然目前有可行的治療方法，如蛋白酶體抑制劑、免疫調(diào)節(jié)藥物、靶向腫瘤細胞的單克隆抗體、自體干細胞移植，但由于不可避免的復(fù)發(fā)和化療耐藥性的存在，多發(fā)性骨髓瘤仍被認(rèn)為是無法治愈的［3］。研究發(fā)現(xiàn)，改變的葡萄糖和谷氨酰胺代謝是多發(fā)性骨髓瘤中研究最充分的途徑。本文探討多發(fā)性骨髓瘤的能量代謝模式的改變，及其在多發(fā)性骨髓瘤發(fā)展中的作用，為多發(fā)性骨髓瘤的個性化治療提供思路。

1 腫瘤的能量代謝轉(zhuǎn)換類型

能量代謝是指有機體在物質(zhì)代謝過程中能量的產(chǎn)生、釋放、轉(zhuǎn)換及利用的過程。腫瘤細胞的能量代謝轉(zhuǎn)換包括有氧糖酵解、谷氨酰胺分解、三羧酸循環(huán)（TCA 循環(huán)）等。正常細胞主要以葡萄糖的有氧氧化作為供能方式，而腫瘤細胞的能量代謝特點則明顯有別于正常細胞，即使在氧氣充足的情況下，腫瘤細胞仍以糖酵解作為主要的產(chǎn)能方式，即Warburg效應(yīng)。此外，雖然腫瘤細胞偏好于利用糖酵解作為主要的產(chǎn)能方式，但線粒體氧化磷酸化仍為一種高效的產(chǎn)能方式，為腫瘤細胞的生長提供能量供應(yīng)。

1.1 糖酵解 （1）概述：腫瘤特異性代謝改變是由德國生物化學(xué)家Otto Warburg 及其同事于1920 年首次發(fā)現(xiàn)。對于普通細胞而言，當(dāng)氧氣充足時葡萄糖經(jīng)徹底氧化產(chǎn)生32 分子三磷酸腺苷（ATP），當(dāng)氧氣供應(yīng)不足時僅通過糖酵解產(chǎn)生2 分子ATP，因此，普通細胞只有在缺氧情況下才使用糖酵解這種低效率的產(chǎn)能途徑，而大多數(shù)腫瘤細胞即使在氧氣存在的情況下也傾向于主要通過糖酵解產(chǎn)生能量，而不是線粒體氧化磷酸化（OXPHOS），這是一種重新編程的代謝，因此，“Warburg效應(yīng)”也被稱為“有氧糖酵解”。（2）ATP 供應(yīng)：與線粒體氧化磷酸化相比，“Warburg 效應(yīng)”在ATP 的生產(chǎn)效率較低。目前研究表明，大多數(shù)腫瘤細胞的線粒體功能未受損。那為什么腫瘤細胞仍選擇低效的糖酵解來進行能量生產(chǎn)［4-8］？事實上，不僅是糖酵解，TCA 循環(huán)、脂肪酸β-氧化和合成代謝都被重新編程以適應(yīng)腫瘤細胞的新功能。為了增殖腫瘤細胞，復(fù)制所有細胞成分，其對核苷酸、脂質(zhì)和氨基酸有大量需求，如果主要通過OXPHOS 產(chǎn)生ATP，生物大分子合成的碳源將受到嚴(yán)重限制。另一方面，如果利用有氧糖酵解為主要的能量來源，源自“Warburg 效應(yīng)”的過量乳酸也可用于ATP 生產(chǎn)和生物大分子合成，以此來提高能量效率，滿足腫瘤細胞增殖的能量需求。這是腫瘤細胞以有氧糖酵解為主要能量代謝的原因［9-10］。（3）調(diào)節(jié)糖酵解的相關(guān)蛋白：腫瘤細胞具有獨特的能量代謝現(xiàn)象，其特點是腫瘤細胞內(nèi)參與氧化代謝的相關(guān)蛋白下調(diào)，葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白和單羧酸轉(zhuǎn)運蛋白上調(diào)。哺乳動物正常細胞（紅細胞、骨骼肌細胞、心肌細胞、肝細胞）中糖酵解通量的主要控制步驟是葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白（GLUT）、己糖激酶（HK）和磷酸果糖激酶1（PFK-1）。在快速生長的腫瘤細胞中，這三種蛋白質(zhì)數(shù)倍過表達且活性增強，對腫瘤細胞糖酵解調(diào)控起主要作用，其余的糖酵解酶也在腫瘤細胞中過度表達，但程度較低。

1.2 線粒體氧化磷酸化 （1）概述：線粒體是真核生物進行氧化代謝的部位，是糖類、脂肪和氨基酸最終氧化釋放能量的場所。線粒體負(fù)責(zé)的最終氧化的共同途徑是TCA 循環(huán)與OXPHOS。OXPHOS 代謝在較多腫瘤中功能良好，甚至以5'-三磷酸腺苷（ATP）的形式提供比糖酵解更多的生物能量。OXPHOS 的多種代謝程序在基因轉(zhuǎn)錄水平由關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄共激活因子控制，這些共激活因子通過增加多個代謝基因的表達來整合和輸出上游致癌信號，提供了關(guān)閉致癌代謝過程的機會。且這些共激活因子與各種轉(zhuǎn)錄因子（TF）相互作用并增強轉(zhuǎn)錄活性。另外，能量穩(wěn)態(tài)、線粒體生物發(fā)生和OXPHOS 的轉(zhuǎn)錄程序由多個TF 介導(dǎo)，其激活統(tǒng)一需要轉(zhuǎn)錄輔激活因子的參與，即過氧化物酶體增殖物激活受體γ 輔激活因子-1α（PGC-1α）。因此，PGC-1α 被認(rèn)為是OXPHOS 的核心調(diào)節(jié)因子，且在包括癌癥在內(nèi)的各種疾病中失調(diào)［11］。（2）乳酸：乳酸僅被認(rèn)為是有氧糖酵解產(chǎn)生的“代謝廢物”，然而，現(xiàn)在有明確證據(jù)證明，乳酸可以納入TCA 循環(huán)并成為能量來源。葡萄糖是大多數(shù)實體瘤中產(chǎn)生乳酸的主要來源，谷氨酰胺也是腫瘤細胞中少量乳酸的來源之一。綜上，乳酸被視為癌癥代謝重編程中的重要致癌代謝物，由于乳酸的大量存在，腫瘤微環(huán)境中的細胞外pH 值酸化，這種酸中毒有利于轉(zhuǎn)移、血管生成以及免疫抑制等過程，并且與較差的臨床預(yù)后有關(guān)。因此，乳酸在促進腫瘤細胞增殖和致癌信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)移和腫瘤耐藥性方面起著關(guān)鍵作用［12-13］。（3）谷氨酰胺：谷氨酰胺是血液循環(huán)中最豐富的氨基酸，其對大多數(shù)細胞的增殖和一些對谷氨酰胺成癮的癌細胞的生存至關(guān)重要。谷氨酰胺代謝可以支持ATP 的產(chǎn)生和蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸的生物合成，促進癌細胞持續(xù)生長和增殖，還可以調(diào)節(jié)氧化還原穩(wěn)態(tài)并影響信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的活性。其是癌癥治療中成功靶向的代謝途徑之一，較多血液學(xué)和實體腫瘤對谷氨酰胺的依賴性與線粒體谷氨酰胺酶（GLS）活性有關(guān)，谷氨酰胺酶使谷氨酰胺能夠進入TCA 循環(huán)，產(chǎn)生ATP 和NADPH，并調(diào)節(jié)谷胱甘肽穩(wěn)態(tài)和活性氧（ROS），一些癌癥可以重新編程其代謝以避免這種代謝陷阱，如硼替佐米耐藥的骨髓瘤細胞系顯示出主要由谷氨酰胺增強的線粒體功能增強。因此，谷氨酰胺代謝的改變可能與治療效果和耐藥性有關(guān)［14-15］。（4）脂肪和氨基酸合成：脂肪酸由長鏈烴和位于烴末端的羧酸基團組成，其功能是穩(wěn)定細胞膜，也是長期能量儲備的重要組成部分。脂肪酸/脂質(zhì)代謝是對能量產(chǎn)生很重要的第三條代謝途徑，合成以乙酰-CoA 和丙二酰-ACP 之間的反應(yīng)開始，產(chǎn)生乙酰-ACP 和CO2，最終結(jié)束于甘油磷脂、甘油三酯、磷脂和磷脂酰膽堿的合成。脂肪酸的代謝主要取決于能量庫，每當(dāng)需要增加能量時，就會產(chǎn)生ATP 分子以加速脂肪酸降解。氨基酸參與蛋白質(zhì)和激素的合成，在能量饑餓的情況下，脂肪酸先被耗盡，然后蛋白質(zhì)被降解以平衡能量缺口。增加的脂肪酸和氨基酸合成可能是由于谷氨酰胺分解增加并促進癌細胞存活。此外，源自骨髓脂肪細胞的脂肪酸可以維持骨髓瘤細胞的存活和繁殖［16］。

2 多發(fā)性骨髓瘤發(fā)生發(fā)展的能量代謝模式改變

2.1 調(diào)節(jié)多發(fā)性骨髓瘤能量代謝的關(guān)鍵蛋白 （1）葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白（GLUT）：與癌細胞相似，骨髓瘤細胞依賴于將葡萄糖轉(zhuǎn)化為乳酸的有氧糖酵解，且容易受到糖酵解抑制劑的影響，如GLUT 抑制劑［17］。研究表明，多發(fā)性骨髓瘤細胞中mRNA 和蛋白質(zhì)的GLUT 水平高于正常健康組織，主要的過表達亞型是GLUT1，GLUT1 亞型的上調(diào)提高葡萄糖攝取，因此GLUT1 抑制可能會誘導(dǎo)骨髓瘤細胞死亡［16］。CD28 是典型的T 細胞共刺激分子，在骨髓瘤疾病進展期間增加，與不良預(yù)后相關(guān)，并在體外和體內(nèi)為骨髓瘤細胞提供促生存信號，在骨髓瘤細胞系中，CD28 能夠增加葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白GLUT1 的表達。另外，CD28 的激活誘導(dǎo)多發(fā)性骨髓瘤中的線粒體生物合成，且增加基礎(chǔ)耗氧量和最大呼吸能力，其中研究發(fā)現(xiàn)用FDA批準(zhǔn)的類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎藥物阿巴西普阻斷CD28 介導(dǎo)的代謝適應(yīng)性可能會增強硼替佐米和其他利用多發(fā)性骨髓瘤在疾病進展過程中的代謝需求的治療策略的療效。且GLUT1 的上調(diào)也依賴于磷酸肌醇3-激酶（PI3k）。PI3K/AKT 信號通路的激活，可以上調(diào)GLUT）的表達并增強己糖激酶（HK）對葡萄糖進入細胞質(zhì)的捕獲，以及激活磷酸果糖激酶（PFK），在一定程度上導(dǎo)致多發(fā)性骨髓瘤細胞對高水平葡萄糖的依賴，進而促進有氧糖酵解［18-19］。多發(fā)性骨髓瘤細胞表現(xiàn)出依賴組成型細胞表面定位的GLUT4 來消耗基礎(chǔ)葡萄糖。研究發(fā)現(xiàn)了一種對GLUT4 具有脫靶抑制作用的HIV 蛋白酶抑制劑利托那韋。用生理上可達到的濃度利托那韋處理多發(fā)性骨髓瘤細胞會阻斷葡萄糖進入，從而導(dǎo)致多發(fā)性骨髓瘤細胞死亡或生長抑制，這也為多發(fā)性骨髓瘤的治療提供了可能的發(fā)展方向［9］。（2）AMP 活化蛋白激酶（AMPK）：AMPK 是能量狀態(tài)的重要傳感器，其充當(dāng)代謝檢查點，調(diào)節(jié)細胞對能量可用性的反應(yīng)，通常在細胞能量水平較低時被激活。一些致癌基因能夠抑制AMPK 信號，使多發(fā)性骨髓瘤細胞即使在高能應(yīng)激條件下也能分裂。研究發(fā)現(xiàn)，AMPK 的缺失導(dǎo)致哺乳動物雷帕霉素靶標(biāo)（mTOR）的激活，隨后激活HIF-1。因此，AMPK 的失活有助于轉(zhuǎn)變?yōu)橛醒跆墙徒?，促進多發(fā)性骨髓瘤細胞的生長、繁殖［20］。（3）HK：哺乳動物細胞具有4 種HK 同工酶，定義為HK-I-V［4］。糖酵解的第一個酶促步驟，即葡萄糖轉(zhuǎn)化為6-磷酸葡萄糖，由己糖激酶（HK）家族的成員催化。由于HK2 在大多數(shù)正常組織中不表達，因此靶向HK2 已成為癌癥治療方法的熱門目標(biāo)。研究表明來自幾乎所有組織的癌癥都有HK1-HK2+腫瘤的子集。把線粒體復(fù)合物I 抑制劑二苯碘鎓（DPI）、臨床藥物perhexiline（PER）作為抑制HK1-HK2+腫瘤進展的協(xié)同伙伴，發(fā)現(xiàn)通過HK2shRNA/DPI/PER 組合可以有效阻斷HK1 HK2+腫瘤進展。再使用HK2 反義寡核苷酸（ASO）HK2-ASO1 來抑制人類HK2 的表達，用FDA 批準(zhǔn)的線粒體復(fù)合物I 抑制劑二甲雙胍（MET）替代DPI。綜上，HK2-ASO/MET/PER 組合可能是治療HK1 HK2+多發(fā)性骨髓瘤的一種有前途的轉(zhuǎn)化精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)療法［21］。

2.2 通過調(diào)節(jié)因子改變多發(fā)性骨髓瘤的能量代謝方向 （1）FOXM1：FOXM1 是骨髓瘤代謝的正向調(diào)節(jié)因子，主要影響糖酵解和細胞呼吸，通過上調(diào)糖酵解和生物能量供應(yīng)來調(diào)控骨髓瘤的代謝?；衔颋OXM1 抑制劑NB73 通過促進FOXM1降解來抑制骨髓瘤，HSP90 抑制劑GDA 與NB73 協(xié)同下調(diào)FOXM1 并抑制骨髓瘤，聯(lián)合FOXM1 和HSP90 抑制可能是多發(fā)性骨髓瘤的新的治療途徑［22］。（2）PGC-1α：SR18292 是一種新開發(fā)的小分子化合物，已被證明可選擇性誘導(dǎo)PGC-1α 乙?；瑥亩种? 型糖尿病小鼠的PGC-1α 依賴性糖異生基因表達。研究結(jié)果表明，PGC-1α 抑制劑SR18292 表現(xiàn)出與OXPHOS 抑制相關(guān)的抗骨髓瘤功效，且在體內(nèi)未表現(xiàn)出明顯的毒性。此外，SR18292 在多發(fā)性骨髓瘤模型小鼠中以耐受良好的劑量有效抑制腫瘤生長，這為SR18292 在臨床的應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)［21］。（3）HIF-1α：研究發(fā)現(xiàn)能量代謝在有氧和厭氧條件下最重要的傳感器是缺氧誘導(dǎo)因子（HIF），其是缺氧條件下負(fù)責(zé)基因表達變化的主要轉(zhuǎn)錄因子，骨髓瘤細胞缺氧微環(huán)境中厭氧呼吸的增加也被認(rèn)為與HIF1-a 轉(zhuǎn)錄因子有關(guān)，并導(dǎo)致乳酸產(chǎn)量增加。通常，在含氧量正常的條件下，HIF-1α 會經(jīng)歷永久性的氧依賴性羥基化，然后被von HippelLindau 腫瘤抑制因子（VHL）識別和泛素化，并最終被降解。然而，HIF-1α 也可以在含氧量正常的情況下被激活，在激活后，HIF-1α 會刺激編碼葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白和許多糖酵解酶的基因轉(zhuǎn)錄，并激活丙酮酸脫氫酶激酶（PDK），從而減少葡萄糖衍生的丙酮酸流入TCA 循環(huán)。在多發(fā)性骨髓瘤中，HIF1-a 活性增加糖酵解代謝物，抑制TCA 中間體的產(chǎn)生，并激活I(lǐng)L-6，從而促進腫瘤生長和存活。綜上，針對HIF-1α 的靶向藥物治療也可能是多發(fā)性骨髓瘤有希望的治療途徑［20］。

3 展望

多發(fā)性骨髓瘤是一種異質(zhì)性疾病，雖然有多種治療選擇可以延長患者的生存期，但由于其耐藥性，多發(fā)性骨髓瘤仍然被認(rèn)為是不可治療的疾病。在過去的幾十年中，研究者發(fā)現(xiàn)了與正常細胞相比，腫瘤細胞的能量代謝變化，這也同樣適用于多發(fā)性骨髓瘤細胞，在過去十年中，在多發(fā)性骨髓瘤中發(fā)現(xiàn)了幾種促進疾病進展的代謝改變。這為之后靶向骨髓瘤中的代謝途徑阻斷骨髓瘤細胞的增殖和進展提供有前途的方法，如葡萄糖是最重要的能量化合物，對所有正常功能都是必不可少的。因此，針對上述葡萄糖代謝的各個方面可能會產(chǎn)生新的治療選擇。同樣，針對脂質(zhì)、乳酸、谷氨酰胺代謝的各個方面也可能存在新的治療方法。另外，抗骨髓瘤治療與靶向相關(guān)代謝途徑的藥物相結(jié)合的聯(lián)合療法可能是未來治愈該疾病的潛在策略，但需要進一步研究以適應(yīng)影響細胞代謝的復(fù)雜相互作用。針對GLUT 等上調(diào)的轉(zhuǎn)運蛋白有望成為多發(fā)性骨髓瘤治療的藥物靶點，這些轉(zhuǎn)運蛋白不但是腫瘤細胞進行能量代謝的必要條件，還對腫瘤微環(huán)境起著重要的調(diào)控作用，對其進行靶向干預(yù)可為多發(fā)性骨髓瘤的臨床治療提供新的思路與契機。