靶向卵巢癌糖酵解途径治疗的研究进展

张 萌，李桂玲，彭 靖，张晓燕，徐丛剑，2，3

(1．复旦大学附属妇产科医院，上海 200011；2．复旦大学上海医学院妇产科学系，上海 200011；3．上海市女性生殖内分泌相关疾病重点实验室，上海 200011)

靶向卵巢癌糖酵解途径治疗的研究进展

张 萌1,3，李桂玲1，彭 靖1，张晓燕1,3，徐丛剑1，2，3

(1．复旦大学附属妇产科医院，上海 200011；2．复旦大学上海医学院妇产科学系，上海 200011；3．上海市女性生殖内分泌相关疾病重点实验室，上海 200011)

既往研究表明即使在充足的氧气条件下，肿瘤代谢依然更加倾向于糖酵解途径，即Warburg 效应。卵巢癌是死亡率最高的妇科恶性肿瘤，糖酵解的关键酶(HK，PFK，PKM)在包括卵巢癌在内的多种肿瘤中表达增加，转变肿瘤的糖酵解途径可以改善化疗药物的耐药，抑制肿瘤的增殖。该文就糖酵解途径中关键酶的生物学特征和以糖酵解酶为靶标治疗卵巢肿瘤的研究进展进行概述。

卵巢癌；Warburg 效应；糖酵解途径关键酶；治疗进展

卵巢癌是目前死亡率最高的妇科恶性肿瘤，由于其发病隐匿且进展迅速，大多数患者在诊断时已发生盆腹腔转移而处于晚期，此时的5年生存率仅为20%～30%[1-2]。卵巢癌的标准治疗方案是肿瘤减灭术联合铂类为基础的化疗，但大多数晚期患者都将复发，或发生耐药使得治疗失败，最终导致死亡[3-4]。因此，寻找新的治疗方案来改善卵巢癌的治疗效果显得非常重要。早在20世纪20年代，德国学者Otto Warburg就发现肿瘤细胞偏好于糖酵解途径进行能量代谢，即使在有氧条件下也是如此。其原因是肿瘤细胞需要通过糖酵解来获取大量代谢中间产物作为原材料，以维持其快速生长增殖所需的能量和营养物质。近年来的研究结果表明，为了适应周围微环境，肿瘤细胞可能通过异常信号通路重排代谢方式，重排的代谢方式有利于维持肿瘤的生长增殖等恶性生物学行为[5]。另一方面，为了对自身起到有效的适应性保护，抵抗药物杀伤，肿瘤细胞需要大量能源来维持高耗能的耐药通路，对糖酵解的依赖进一步增加[6]。因此，如果能够对肿瘤细胞的代谢方式进行有效转变，就有可能遏制肿瘤细胞恶性增殖，并改善肿瘤细胞对治疗药物的敏感性。目前已有部分针对糖酵解关键途径的药物成功运用于临床，并且取得了一定的治疗效果，本文将针对卵巢癌糖酵解途径治疗的研究进展进行概述。

1糖酵解途径

葡萄糖是机体最重要的供能物质，葡萄糖的代谢方式主要有以下3种:无氧糖酵解、有氧氧化和磷酸戊糖途径。肿瘤细胞在有氧条件下更加倾向于糖酵解方式进行糖代谢。糖酵解途径是指在细胞质中葡萄糖分子转变为丙酮酸分子，同时产生少量ATP的过程。该过程包括10步化学反应，每一步都由特定的酶催化，其中有3个限速酶，分别是己糖激酶(hexokinase, HK)、 磷酸果糖激酶(phosphofructokinase, PFK)、丙酮酸激酶(pyruvate kinase, PK)，上述限速酶催化的反应是不可逆的。

1.1己糖激酶

己糖激酶(HK)是糖酵解过程第一步反应的限速酶，催化葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖。HK有4种亚型，分别是HKⅠ、HKⅡ、HKⅢ和HKⅣ，在早期的肿瘤形成过程中，HKⅣ可能是HKⅠ及HKⅡ形成过程中的一种转化；然而在高度恶性的肿瘤组织中，HKⅣ不表达，HKⅡ高表达；相反在正常的哺乳动物中HKⅡ很少表达[7]。HKⅡ在恶性肿瘤中发挥作用时，还有其他的4种重要的蛋白参与该过程。HKⅡ在线粒体外膜上与小孔样线粒体外膜电压依赖的阴离子通道VDAC(voltage-dependent anion channel，VDAC)结合。葡萄糖转运蛋白(glucose transporter，GLUT)作为细胞膜表面的葡萄糖载体，携带葡萄糖通过VDAC进入肿瘤细胞质，可以被迅速磷酸化，形成6-磷酸葡萄糖。ATP合酶是线粒体内膜蛋白，可以合成ATP，也可以水解ATP。最后是腺嘌呤核苷酸转运蛋白(adenine nucleotide translocator，ANT)，可以运输ATP到VDAC-HKII复合物上。其中，VDAC允许ATP合酶产生的ATP以及线粒体内膜ANT转运的ATP与HKⅡ结合，从而保证恶性肿瘤细胞中高效率的糖酵解代谢。此外，HKⅡ的功能可能还受Akt调节，上调HKⅡ可以增加其与线粒体的结合能力，并且加强对线粒体的保护，从而维持细胞的生存，可能的机制是抑制线粒体途径的引起的凋亡[8]，也有研究认为可能是HK2与TORC1结合促进了自噬引起的[9]。

1.2 磷酸果糖激酶

磷酸果糖激酶(PFK)将6-磷酸果糖转化为1，6-二磷酸果糖，这是糖酵解第二步不可逆的反应。PFK合成时为不稳定无活性的单体，之后迅速关联，以形成活性最小的用于维持酶的三级结构的二聚体，但只有形成四聚体才能充分发挥活性。 ATP对PFK有双重的作用，PFK在ATP浓度为1mM时被激活，在更高的浓度时候被抑制。所以PFK上有ATP的两个结合位点，一个是结合位点，另一个是变构抑制位点[10]。与ATP相反，果糖-2,6-二磷酸(F2, 6BP)是PFK最有效的激活剂。实验研究表明F2，6BP通过减少它的基质F1，6BP的Km值从而激活PFK[11]。

1.3 丙酮酸激酶M2型

在糖酵解途径的倒数第二步，丙酮酸激酶(PK)催化磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸。PK共有4种同工酶，PKL、PKR、PKM1分别表达在肝脏、红细胞和骨骼肌中，丙酮酸激酶M2型(PKM2)则主要表达在胚胎组织，特别是肿瘤细胞中[12]。Christoflk等[13]在包括肺癌、宫颈癌、肾癌等细胞中发现PKM2表达量较正常骨骼肌细胞明显升高，推测PKM2可能与肿瘤的发生有关系。Luo等人[14]发现PKM2的基因转录是由HIF-1激活的，PKM2与脯氨酸羟化酶3的相互作用可以正反馈的促进HIF-1的反式激活。

2糖酵解途径关键酶与卵巢肿瘤

2.1己糖激酶

目前已经有不少研究以HKⅡ作为治疗靶点，并取得了一定的效果。如Xintaropoulou等[15]使用3-溴丙酮酸(3-BPA)抑制HKII的表达，从而抑制糖酵解过程，降低FDG的摄取，抑制卵巢癌细胞系的增殖。Gandham等[16]使用3-BPA脂质体抑制卵巢癌球状体模型中HKⅡ的表达，从而提高了药物的靶向性，减少了药物的副反应。此外，Mondal等[17]发现沉默卵巢癌细胞系中HSuf-1表达可以通过上调HKⅡ基因的表达，可能通过C-myc途径，增加葡萄糖的摄取，促进糖酵解。为了进一步验证，在转染形成的HSuf-1过表达的细胞系中，通过检测发现HKⅡ表达下调。

2.2 磷酸果糖激酶

Toshiya等早在2002年通过检测包括卵巢癌在内的多种肿瘤，发现PFK-2的表达量相较正常组织明显升高，特别是在细胞周期的S期。Xintaropoulou等[15]使用较低浓度的3-(3-吡啶基)-1-(4-吡啶基)-2-丙烯-1-酮，即3-PO，为PFK的一种新型小分子抑制剂，体内实验时可以在较低浓度下抑制卵巢肿瘤的葡萄糖摄取，诱导生长抑制。同时也在体外实验验证了在相对缺氧条件下3-PO对卵巢癌细胞系的抑制作用，在正常氧气条件下对肿瘤的抑制作用更强。可能的原因是抑制PFK2,导致有丝分裂期细胞死亡增加，也有可能是通过磷酸戊糖途径增加核苷酸的产生，导致更加有效的DNA损伤修复和细胞存活[18]。Mondal等[19]采用PFK-158(一种已经应用于晚期实体肿瘤的药物)联合卡铂或者紫杉醇可以改善卵巢癌的耐药性，可能的途径是核糖聚合酶裂解片段 和caspase-3/7激活的增加，进而抑制PKF2的活性，抑制糖酵解的效率。

2.3丙酮酸激酶M2型

在糖酵解途径的倒数第二步，丙酮酸激酶催化磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸。Christofk等在Nature发表的研究指出在不同种类的肿瘤细胞系，包括宫颈癌、乳腺癌、肺癌等细胞系，使用shRNA敲除PKM2基因，结果显示乳酸产生量明显减少，氧气消耗量明显增加，表明PKM2在无氧糖酵解中显示了重要的作用，同时也发现上述肿瘤细胞的生长明显受到抑制。除此之外，Talekar等[20]研究发现使用基于透明质酸的纳米颗粒包封siPKM-2和siMDR-1, 可以增加耐药卵巢癌对紫杉醇的耐药性。

3结语

肿瘤细胞的命运与细胞代谢直接相关。越来越多的研究阐释了糖酵解途径的代谢过程，通过改变代谢途径进而引起肿瘤细胞的增殖抑制和凋亡。针对代谢途径的药物的具体作用机制、药物毒副反应及药物临床试验的效果仍然不是十分明确，这是目前研究欠缺之处。但是，通过靶向糖酵解关键酶阻滞糖酵解过程，进而抑制卵巢癌的增殖还是给予研究者很大的希望，也为卵巢癌的治疗提供了潜在的治疗靶标和新的治疗手段。

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[专业责任编辑：韩晓兵]

Progress in targeting glycolysis pathway in ovarian cancer

ZHANG Meng1,3，LI Gui-ling1，PENG Jing1，ZHANG Xiao-yan1,3，XU Cong-jian1,2,3

(1.ObstetricsandGynecologyHospitalofFudanUniversity,Shanghai200011,China; 2.DepartmentofObstetricsandGynecology,ShanghaiMedicalSchool,Shanghai200011,China; 3.KeyLaboratoryofFemaleReproductiveEndocrineRelatedDiseases,Shanghai200011,China)

Previous studies have shown that even under the conditions of sufficient oxygen, tumor metabolism is still more inclined to glycolysis, which is known as Warburg effect. Ovarian cancer is the leading cause of death of gynecologic malignancies. The key enzymes of glycolysis (HK, PFK, PKM) are overexpressed in a variety of tumors, including ovarian cancer, and the transformation of tumor’s glycolysis can improve the resistance of chemotherapy drugs and thus inhibit tumor proliferation. In this paper, the biological characteristics of these key enzymes in the glycolysis pathway and the progress on targeting these glycolysis enzymes in ovarian cancer therapy were summarized.

ovarian cancer; Warburg effect; key enzymes of glycolysis pathway; progress in therapy

2016-10-23

国家自然科学基金资助项目(81472424)

张 萌(1988—),女,博士研究生在读，主要从事妇科肿瘤的研究。

张晓燕 副研究员；徐丛剑，主任医师。

10.3969/j.issn.1673-5293.2017.08.037

R711.7

A

1673-5293(2017)08-0998-03