肾透明细胞癌代谢重编程的研究进展△

李悦，林春华

1滨州医学院第二临床医学院，山东 烟台 264003

2烟台毓璜顶医院泌尿外科，山东 烟台 264000

肾细胞癌每年影响全球超过40 万人，男性发病率约为女性的2 倍，其中约70%的患者被诊断为肾透明细胞癌（clear cell renal cell carcinoma，ccRCC），并以von Hippel-Lindau 肿瘤抑制基因（von Hippel-Lindau tumor suppressor，VHL）失活和低氧相关信号异常为特征[1]。ccRCC 是一种代谢性疾病，通常伴随葡萄糖代谢、脂代谢及色氨酸、精氨酸和谷氨酰胺等氨基酸代谢的重编程过程，这些物质的代谢过程促进了肿瘤的发生发展。本文主要对ccRCC代谢重编程的研究进展进行综述。

1 葡萄糖代谢与ccRCC

人体正常细胞中，葡萄糖通过糖酵解转化为丙酮酸，然后进入线粒体，进行三羧酸循环。在线粒体中，丙酮酸通过氧化磷酸化驱动腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）产生。与正常细胞不同，肿瘤细胞利用乳酸发酵和乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH）将丙酮酸转化为乳酸[2]。参与糖酵解的酶如己糖激酶1（hexokinase 1，HK1）、丙酮酸激酶2（pyruvate kinase 2，PK2）和乳酸脱氢酶A（lactate dehydrogenase A，LDHA）在ccRCC 组织和细胞中的表达显着升高，这与恶性肿瘤有氧糖酵解增强有关。RNA 结合蛋白（RNA-binding protein，RBP）Musashi-2 是一种保守蛋白，主要表达于正常远端肾小管细胞和集合管细胞中，而在ccRCC 细胞中表达明显减少；Musashi-2 表达水平越高，ccRCC 患者的总生存期就越长，Musashi-2 在三羧酸循环和其他碳代谢相关通路中表达上调，但在细胞因子受体相互作用和白细胞迁移调控通路中表达下调，这些发现提示Musashi-2 可能通过影响ccRCC 代谢重编程调节肿瘤免疫和侵袭[3]。de Carvalho 等[4]应用培养的ccRCC 细胞进行体外实验，结果表明，肿瘤细胞和内皮细胞均表达单羧酸转运体（monocarboxylate transporter，MCT）1 和MCT4，其可诱导肿瘤细胞增殖、迁移和侵袭。此外，抑制MCT 的活性会降低细胞外乳酸含量，减少肿瘤细胞增殖、迁移和侵袭。MCT1 是MYC 转录因子的直接靶点，MYC是一种重要的致癌基因，可促进多种基因的表达。MYC 通过诱导LDH 和MCT1 的表达，在肿瘤代谢重编程、促进乳酸生成过程中发挥重要作用。Lucarelli 等[5]采用免疫组化法检测MUC1基因在正常组织和肿瘤组织中的表达情况，根据染色强度将标本分为MUC1 高表达肿瘤（MUC1H）和MUC1 低表达肿瘤（MUC1L），MUC1H的糖原分解被部分抑制，糖原降解产物明显减少。MUC1H中发现的乳酸生成增加可能与该肿瘤中表达的特殊LDH 亚型有关，其中LDHA 和LDHB 两种亚基的四聚体作用不同，LDHA 对丙酮酸具有亲和力，优先将丙酮酸转化为乳酸，而LDHB 对乳酸具有亲和力，优先将乳酸转化为丙酮酸[6]。MUC1H中LDHB 表达减少，而LDHA 表达增加，从而提高了LDH5（LDHA4）水平，而LDH5 是产生乳酸最有效的同工酶。正常情况下，在线粒体膜内，呼吸链复合体Ⅰ将电子从还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）转移到泛素，这一关键反应能够将糖酵解和三羧酸循环与氧化磷酸化联系起来，但在ccRCC 中，这种反应被抑制[6]。在ccRCC 患者中，不活跃的VHL 与组蛋白乳糖化呈正相关，高水平的组蛋白乳糖化提示患者预后不良。VHL 触发的组蛋白乙酰化通过激活血小板衍生生长因子受体β（platele derived growth factor receptor β，PDGFRβ）的转录促进ccRCC 发展。反过来，PDGFRβ信号通路可刺激组蛋白乳酸化，从而在ccRCC 中形成致癌的正反馈。Zheng 等[7]通过转录组学和代谢组学分析将赖氨酸去甲基化酶5C（lysine demethylase 5C，KDM5C）基因与代谢相关的生物学过程联系起来，KDM5C 主要通过组蛋白去甲基化酶活性，特异性调控几个参与糖原生成或分解的缺氧诱导因子相关基因和葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（glucose-6-phosphate dehydrogenase，G6PD）的表达。值得注意的是，KDM5C基因敲除小鼠肾脏组织中糖原水平升高，脂质过氧化水平降低，提示铁死亡具有抗肿瘤作用。

2 氨基酸代谢与ccRCC

氨基酸的体内代谢主要包括两个方面，一方面用来合成机体自身所需要的蛋白质、多肽及其他含氮物质，另一方面可通过脱氨作用、转氨作用、联合脱氨或脱羧作用分解成α-酮酸、胺类及二氧化碳。氨基酸是所有生物细胞所必需的生物活性物质，其代谢水平受到严格调控，肾脏在氨基酸代谢过程中发挥重要作用，包括氨基酸合成转运、排泄及重吸收等。谷氨酰胺分解可产生能量，并通过为谷胱甘肽的生物合成提供谷氨酸来调节氧化还原平衡。丙氨酸-丝氨酸-半胱氨酸转运蛋白2（alanine- serine- cysteine transporter 2，ASCT2，又称SLC1A5）是许多类型肿瘤中过表达的主要谷氨酰胺转运蛋白。在ccRCC 患者中，ASCT2 高表达与较短的总生存期有关，并被确定为独立的预后因子。Pollard 等[8]研究报道了一种新型ASCT2 抑制剂V-9302，它可抑制结直肠动物模型中的肿瘤生长，但其在肾癌中的应用有待开发。Wang 等[9]研究发现，谷氨酰胺来源的氮在缺氧条件下不用于精氨酸、天冬酰胺或天冬氨酸的合成。Czyzyk-Krzeska 等[10]研究确定了苹果酸-天冬氨酸穿梭（malate-aspartate shuttle，MAS）处于氨基酸代谢重编程的中心。MAS 在代谢途径中定位于线粒体氧化磷酸化、细胞质糖酵解和尿素循环的交叉点，有助于细胞质和线粒体之间烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）/NADH的转移，以及为生物合成途径输出天冬氨酸。谷氨酰胺不仅是肿瘤细胞必需的营养物质，还为己糖胺、核苷酸和氨基酸的合成提供氮原子，促进肿瘤细胞的存活和生长，并且天冬酰胺合成酶的表达与神经胶质瘤和神经母细胞瘤的不良预后相关，主要是因为快速增殖的肿瘤细胞对蛋白质合成的需求增加。L-天冬酰胺酶已被用于肿瘤治疗，因此，选择性抑制氨基酸代谢在肿瘤治疗中显示出很好的潜力[11]。4-氨基丁酸氨基转移酶（4-aminobutyrate aminotransferase，ABAT）基因编码γ-氨基丁酸转氨酶（γ-aminobutyric acid，GABA），它是线粒体基质分解代谢GABA 的关键酶，GABA 是一种主要的抑制性神经递质，ABAT 在神经代谢紊乱中具有重要作用，ccRCC 中ABAT 表达下调，从而抑制成瘤能力[12]。此外，在代谢组学中最重要的发现之一是ccRCC 可调节谷胱甘肽代谢，这有助于细胞防御氧化应激，这可能是为了应对肿瘤的高代谢及其产生的活性氧负担，而还原型谷胱甘肽呈指数级增长，这表明，为了达到最高的Fuhrman分级，ccRCC 巧妙地增加其氧化应激耐受性，而削弱其耐受性将具有治疗潜力[13]。Fang 等[14]研究发现，GA 结合蛋白转录因子α亚基（GA binding protein transcription factor alpha subunit，GABPA）可作为肿瘤抑制因子，刺激转化生长因子β受体2（transforming growth factor beta receptor 2，TGFBR2）基因转录和转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）信号转导，而肿瘤代谢产物L-2-羟基戊二酸（L-2-hydroxyglutarate，L-2-HG）可在表观遗传学上抑制GABPA 的表达，阻断GABPA/TGF-β信号通路，从而驱动ccRCC 的侵袭性，临床上较高水平的GABPA 与ccRCC 患者较长的生存期显着相关，这些发现可能对了解ccRCC 的发病机制具有重要意义。

3 脂代谢与ccRCC

脂类是三大营养物质之一，具有储存和提供能量的作用，也是细胞膜的重要组成成分之一。在肿瘤的发生发展过程中，脂质代谢发生了重编程，并促进肿瘤细胞侵袭和转移。脂质代谢的改变会影响细胞膜的流动性及细胞内信号转导，并参与细胞增殖、黏附和运动[15]。Chen 等[16]研究发现，抑制原始广泛存在蛋白1（ancient ubiquitous protein 1，AUP1）的表达可显着降低细胞内甘油三酯和胆固醇含量，并通过阻滞细胞周期、促进细胞凋亡和逆转上皮-间充质转化来调节细胞生长。AUP1 通过调控ccRCC 细胞中胆固醇酯和脂肪酸合成，部分促进ccRCC 的进展。AUP1 还可以促进脂肪酸从头合成，抑制脂肪酸β氧化的限速酶肉毒碱棕榈酰基转移酶1A（carnitine palmitoyltransferase 1A，CPT1A），调节脂质分解的关键酶单甘油酯脂肪酶（monoglyceride lipase，MGLL），抑制StAR 相关脂质转移结构域蛋白5（StAR related lipid transfer domain containing 5，STARD5）表达，从而诱导ccRCC中脂质积累。Liao 等[17]研究发现，脂肪酸受体CD36 在ccRCC 中高表达，CD36 过表达促进了ccRCC细胞的脂肪酸摄取和脂滴形成，并以二酰甘油O-酰基转移酶1（diacylglycerol O-acyltransferase 1，DGAT1）依赖的方式促进ccRCC 细胞增殖和迁移。在ccRCC 中，脂肪酸被延长酶或去饱和酶进一步修饰为更复杂的脂肪酸，促进肿瘤细胞增殖和侵袭。ccRCC 细胞通过提高关键酶的活性，如ATP 柠檬酸裂解酶（ATP citrate lyase，ACLY）、乙酰辅酶A 羧化酶（acetyl-CoA carboxylase，ACC）、脂肪酸合酶（fatty acid synthase，FASN）和硬脂酰辅酶A去饱和酶1（stearoyl-CoA desaturase 1，SCD1），形成脂肪酸代谢机制[18]。研究表明，肥胖与体重指数（body mass index，BMI）正常的肾细胞癌患者的免疫细胞浸润程度无明显差异，但肥胖患者肿瘤中免疫分子表达水平较低，且程序性死亡受体配体1（programmed cell death 1 ligand 1，PDCD1LG1，也称PD-L1）表达水平也较低[19]。在脂肪酸β氧化过程中，脂肪酸与细胞质中的辅酶A 结合后被激活和降解，抑制脂肪酸β氧化可降低脂质代谢，脂肪酸通过依赖谷胱甘肽或谷胱甘肽过氧化物酶的方式防止氢过氧化物形成和铁死亡[20]。Xu 等[21]研究发现，FASN 表达水平与肾癌细胞增殖、迁移、凋亡、脂滴形成均呈正相关，并调控ccRCC 微环境的代谢紊乱。此外，FASNmRNA 表达升高与腹部肥胖显着相关，这也是ccRCC 患者预后不良的重要预测因素。

4 其他代谢重编程与ccRCC

早中期肾癌以外科手术治疗为主，晚期转移性肾癌以内科治疗为主。沉默调节蛋白3（sirtuin 3，SIRT3）是一种长寿蛋白，能够调控人体衰老。过表达的SIRT3 可以降低葡萄糖摄取速率并增强线粒体的膜电位，过表达SIRT3 与抗肿瘤药物（白藜芦醇、依维莫司和Temsirolimus）联合使用时，进一步提高了对ccRCC 细胞的致死效果，SIRT3 通过代谢重编程改善了ccRCC 患者线粒体的能量代谢功能，提高了其对抗肿瘤药物的敏感性[22]。铁氧化还原蛋白1（ferredoxin 1，FDX1）基因表达与免疫细胞浸润呈负相关，包括活化的CD4+T 细胞、B 细胞、自然杀伤T 细胞、骨髓源性抑制细胞、调节性T 细胞和辅助性T 细胞2[23]。Xiong 等[24]研究发现，醛氧化酶1（aldehyde oxidase 1，AOX1）基因在ccRCC 中是一种抑癌基因，与正常肾组织相比，AOX1 在ccRCC 组织中表达下调，AOX1 低表达预示ccRCC患者的总生存期更短。AOX1基因在ccRCC 中表达下调可能是AOX1DNA 缺失和高甲基化所致。Li 等[25]研究发现，MCT1 在肾细胞癌中高表达，且初步揭示了MCT1 是肾细胞癌介导乙酸转运的重要促进因子。谷氨酰胺代谢在ccRCC 免疫微环境形成中具有关键作用，吡咯啉-5-羧酸还原酶1（pyrroline-5-carboxylate reductase 1，PYCR1）基因由于具有免疫抑制作用可能成为治疗ccRCC 的潜在靶点[26]。Ma 等[27]研究证实，formin 样蛋白1（formin like 1，FMNL1）在ccRCC 组织中的表达水平高于邻近正常肾组织，FMNL1 表达水平与肿瘤的临床分期及远处转移情况显着相关。Nguyen-Tran等[28]研究发现，抑瘤素M（oncostatin M，OSM）可介导VHL 缺失肾小管细胞与上皮细胞相互作用，激活的上皮细胞又可诱导巨噬细胞募集和极化。依赖OSM 的微环境也能够促进外源性肿瘤的转移。因此，OSM 信号通路通过VHL 缺失的肾小管细胞启动炎症性和致瘤性微环境的重建，这在ccRCC的发生和进展中发挥了关键作用。

5 小结与展望

综上所述，在过去的几年中，许多研究成果已经评估了肿瘤标志物特定的分子特征、肿瘤微环境和临床预后之间的相关性。随着研究者对ccRCC 分子生物学理解的不断加深及诊断、成像和治疗工具的发展，相信未来能够将这些进展进一步转化为ccRCC 预防、早期检测和治疗方面的实质性改进。