嘌呤核苷酸代谢与恶性肿瘤关系的研究进展

苑小星

北京市平谷区医院肿瘤血液科，北京 101200

20世纪20年代，德国科学家、诺贝尔奖得主Warburg首先发现，与正常细胞相比，肿瘤细胞会优先进行无氧糖酵解，为自身提供充足的能量，也为合成生物大分子提供所需的前体，这就是著名的瓦博格效应。近年来，瓦博格效应的内涵被进一步扩展，越来越多的证据表明细胞癌变过程的代谢模式发生了显著变化，其涉及糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化、氨基酸代谢、脂肪酸代谢和核酸代谢等诸多方面，这一现象被称为肿瘤细胞的能量代谢重编程，通常由基因突变引起，肿瘤细胞代谢的改变对肿瘤的生长至关重要[1]。肿瘤发生过程中存在嘌呤核苷酸代谢失衡：①肿瘤细胞表达大量的胞质-5'-核苷酸酶-Ⅱ（cytoplasmic-5'-nucleotidase-Ⅱ，CN-Ⅱ），对化疗药物中的核苷类似物产生耐药性；②在一些实体肿瘤中发现次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶（hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase，HPRT）的表达上调，有利于嘌呤单核苷酸代谢，使肿瘤细胞具有选择性生长的优势；③腺苷激酶（adenosine kinase，ADK）和腺苷脱氨酶（adenosine deaminase，ADA）在高级别胶质瘤中的表达明显上调；④血清尿酸具有抗氧化作用，但其表达水平升高与恶性肿瘤的发病及死亡风险增加具有相关性，提示尿酸在恶性肿瘤的生物学行为中具有更复杂的作用。本文就嘌呤核苷酸代谢与恶性肿瘤关系的研究进展作一综述。

1 嘌呤核苷酸代谢与恶性肿瘤

核苷酸是构成核酸的基本单位，人体所需的核苷酸都是由机体自身合成的。除了作为DNA和RNA的构建模块，嘌呤代谢物还为细胞提供必要的能量和辅助因子，以促进细胞的生长和增殖。体内核苷酸的合成具有两条途径：①从头合成途径，以5-磷酸核糖为原料，由6种酶参与嘌呤合成，共10个步骤，最终产物为腺苷一磷酸（adenosine monophosphate，AMP）、肌苷一磷酸（inosine monophosphate，IMP）和鸟苷一磷酸（guanosine monophosphate，GMP）；②补救合成途径，指利用分解代谢产生的嘌呤碱和（或）嘌呤核苷合成嘌呤核苷酸的过程。嘌呤核苷酸的分解代谢首先是在核苷酸酶的催化下，脱去磷酸生成嘌呤核苷，然后在核苷酶的催化下形成嘌呤碱，部分经氧化生成终产物尿酸[2]。嘌呤核苷酸合成和分解代谢过程中的部分酶参与肿瘤的发生发展。

1.1 ADK和ADA

嘌呤核苷酸补救合成途径主要受酶表达水平及其动力学特征和底物浓度的调节，与分解代谢共同形成嘌呤循环。其中，ADK使腺苷磷酸化为腺苷酸，而ADA则使腺苷脱氨成为肌苷，后者进入嘌呤循环，最终转化为IMP和尿酸。在大脑发育过程中，ADK首先表达于神经元，随后富含于星形胶质细胞中，并可对脑损伤作出反应[3]。有研究表明，ADK和ADA水平与胶质瘤进展有关，在胶质瘤细胞的细胞质和细胞核中可检测到ADK，与正常脑胶质细胞相比，Ⅱ级和Ⅲ级胶质瘤细胞中ADA和ADK的表达上调[4-5]。ADK和ADA通过调节腺苷的浓度，可能在胶质瘤细胞的生长和凋亡中发挥作用，并参与胶质细胞和内皮细胞的增殖[6]。

1.2 HPRT

HPRT是嘌呤核苷酸补救合成途径中的关键酶，可催化次黄嘌呤与鸟嘌呤，使其向各自的单核苷酸转化。HPRT部分缺乏可导致尿酸产生过多而致痛风。有研究者采用免疫组织化学法比较人类肺、乳腺、结肠和前列腺来源的正常组织和恶性肿瘤组织中HPRT的表达水平，结果显示，肿瘤组织中HPRT的表达上调，且与肺癌的临床分期较晚有关，与其他几种肿瘤的临床分期无明显关系，其机制尚不明确[7-8]。另有研究者认为，HPRT不仅有可能成为恶性肿瘤的重要生物标志物，而且有可能成为潜在的治疗靶点[9]。

1.3 CN-Ⅱ

嘌呤核苷酸分解代谢的第一步由5'-核苷酸酶催化，此酶的6种胞质同工酶中，CN-Ⅱ是一种普遍存在的、结构保守的酶，可促使肌苷酸或鸟苷酸去磷酸化，生成肌苷或鸟苷，进而可分解为核糖-1-磷酸和次黄嘌呤或鸟嘌呤，嘌呤碱部分进入嘌呤循环参与形成肌苷酸和鸟苷酸，部分作为尿酸排出。CN-Ⅱ在肿瘤细胞中高度表达[10]。抗肿瘤药物氟达拉滨、阿糖胞苷、吉西他滨、6-巯基嘌呤（6-mercaptopurine，6-MP）等为核苷类似物，通过对代谢酶的竞争性抑制作用干扰或抑制嘌呤核苷酸的合成，因而具有抗肿瘤作用。CN-Ⅱ可使此类核苷类似物去磷酸化而发生耐药[11]。体内外研究结果显示，对表达CN-Ⅱ的小鼠白血病细胞在体外采用6-MP处理后无效，此类白血病小鼠在接受6-MP治疗后也未获得疾病缓解，CN-Ⅱ在巯嘌呤治疗后的复发中起关键作用[12]。

由于肿瘤细胞中CN-Ⅱ高表达及其与耐药性的关系，已提出将CN-Ⅱ抑制剂作为肿瘤治疗的新方法。研究显示，降低胶质母细胞瘤、肺癌、乳腺癌细胞中CN-Ⅱ的表达水平，可抑制肿瘤细胞增殖[13-15]。

1.4 黄嘌呤氧化还原酶

黄嘌呤氧化还原酶（xanthine oxidase reductase，XOR）是嘌呤分解代谢途径最后两个步骤中的限速酶，能够使次黄嘌呤氧化生成黄嘌呤，进而催化黄嘌呤氧化生成尿酸，上述过程只发生在表达黄嘌呤氧化酶的组织中，主要是肝脏、小肠和乳腺组织。在该反应中，活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）作为副产物产生，这种途径是ROS生成的关键来源，可诱发氧化应激和基因突变。研究表明，XOR高表达于乳腺癌、肝癌、胃肠道肿瘤及肾癌中，且与组织分化差和预后不良有关[16]。而另有研究表明，XOR低表达的非小细胞肺癌和卵巢癌患者的肿瘤细胞增殖更快[17-18]。研究显示，XOR的下调与转化生长因子-β的激活和诱导上皮-间充质转化的基因表达增加有关，有利于肿瘤细胞的迁移和侵袭[19]。

2 尿酸与恶性肿瘤

2.1 尿酸与恶性肿瘤关系的基础研究

1981年，Ames等[20]提出尿酸作为一种抗氧化剂能有效地清除体内的氧自由基。体内的ROS包括分子氧及各种细胞氧化代谢产物，如超氧化物、羟基自由基，还包括过氧化氢、过氧亚硝基阴离子、次氯酸，虽然它们不是自由基，但也具有氧化性能[21]。ROS过多可增加细胞的基因突变率，并可促进肿瘤细胞的增殖、浸润和转移[22]。尿酸通过抑制过氧亚硝酸盐诱导的蛋白质亚硝化、脂质和蛋白质过氧化及四氢生物蝶呤失活清除氧自由基，从而表现其抗氧化特性[23]。

然而，血清尿酸水平升高与恶性肿瘤患者的发病及死亡风险增加具有一定的关系，提示尿酸在恶性肿瘤的生物学行为中具有更复杂的作用。目前认为细胞内尿酸的促炎特性在恶性肿瘤的发病机制中发挥重要作用。高尿酸血症可增加尿酸在细胞内的浓度，细胞内尿酸的促炎机制如下：①与活性氧、一氧化氮和活性氮反应，引起氧化和促炎活性；②通过诱导环氧化酶-2和基质金属蛋白酶的表达，降低XOR的表达水平，增加嘌呤核苷酸补救合成途径，与肿瘤细胞分化差、侵袭性和转移能力增加有关[24]；③单尿酸钠盐晶体激活Toll样受体，可刺激促炎细胞因子的产生，激活促分裂原活化的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）[如p38和胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）]，刺激核因子κB（nuclear factor of kappa B，NF-κB），并诱导包括单核细胞趋化蛋白-1和C反应蛋白在内的炎症介质的表达[25]，这些作用可能由还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）氧化酶诱导的细胞内氧化应激介导[26-27]。炎症反应所招募的活化的巨噬细胞产生大量可引起细胞损伤的自由基，此种因炎症坏死激发的细胞增生可使DNA复制错误的概率大大增加。

高尿酸血症为代谢综合征（metabolic syndrome，MS）的主要表现之一。MS患者存在神经内分泌系统和免疫系统失衡，改变了脂肪细胞的微环境，故易发生癌变[28]。脂联素是脂肪细胞分泌最多的一种蛋白激素，在肿瘤组织内，尿酸水平与脂联素水平呈负相关，且尿酸可诱导脂联素水平下降[29]，而脂联素具有明显的抗炎、抑制细胞异常增殖、促进肿瘤细胞凋亡等作用[28,30-31]，提示脂联素水平下降是高尿酸血症诱发肿瘤的间接机制。

2.2 尿酸与恶性肿瘤关系的流行病学研究

一项持续12.4年的针对78 850位澳大利亚男性的前瞻性队列研究结果显示，高水平血清尿酸（≥472 μmol/L）可显著增加恶性肿瘤的发生风险，提示血清尿酸可以预测恶性肿瘤的发生发展[32]。一项针对493 281名瑞典成年人的25年随访研究结果显示，血清尿酸水平与男性结直肠癌、肝癌、肾癌和非黑色素瘤皮肤癌的发生呈正相关，与女性头颈部肿瘤的发生呈正相关[33]。另一项纳入瑞典男性的队列研究结果显示，前列腺癌发病率的增加与高血清尿酸和高胰岛素水平相关[34]。高尿酸血症与恶性淋巴瘤和白血病之间也存在显著的关系[35]。上述研究非常重要，因为在基线调查时获得的血清尿酸来源于健康人，提示血清尿酸水平升高与恶性肿瘤的发生和发展具有一定的关系。

一项针对150例Ⅱ～Ⅲ期结肠腺癌患者的回顾性研究结果显示，患者的平均尿酸水平为（414.72±170.77）μmol/L，而大多数Ⅲ期患者的尿酸水平大于498.02 μmol/L，且高尿酸者多为吸烟、体重下降及肝转移者[36]。一项针对475例新确诊的直肠癌患者的研究分析显示，初诊时有淋巴结转移者的尿酸水平为（270.9±52.99）μmol/L，明显高于无淋巴结转移者的（215.8±43.55）μmol/L，差异有统计学意义（P＜0.01），尿酸与C反应蛋白和癌胚抗原水平均呈正相关（r=0.312，P=0.001；r=0.294，P=0.017），尿酸水平升高提示直肠癌患者可能出现淋巴结转移[37]。另一项研究分析209例行R0根治术的食管鳞状细胞癌患者的术前尿酸水平，受试者工作特征曲线分析结果显示，尿酸水平为304.5 μmol/L时，预测预后的灵敏度（67.46%）和特异度（65.06%）均较高，术前尿酸水平高于304.5 μmol/L的患者生存期较短[38]。一项针对384例ⅢB～Ⅳ期非小细胞肺癌患者的研究显示，化疗前高尿酸（＞441.91 μmol/L）患者的脑转移率较高、生存期较短[39]。一项纳入466例胰腺癌患者的回顾性分析发现，高尿酸（＞300.90 μmol/L）患者的总生存期短，初诊时尿酸水平是胰腺癌患者预后的独立影响因素[40]。一项分析158例接受贝伐珠单抗治疗的转移性结肠癌患者尿酸水平与预后关系的研究显示，治疗3个月后尿酸水平升高与治疗有效及总生存期延长均有关（P＜0.01）[41]。一项Meta分析结果提示，与低尿酸血症者相比，高尿酸血症者的患癌风险较高（RR=1.11，95%CI：0.95～1.27），尿酸每增加1 mg/dl，患癌风险增加1.03倍（95%CI：0.99～1.07），研究对象多为肺癌、结肠癌，对于其他肿瘤的研究较少[42]。

3 小结

肿瘤的发生涉及大量的病理生理学过程，虽然细胞外尿酸具有抗氧化作用，可以保护正常细胞免受转化，但尿酸进入细胞后会产生炎症应激，有助于肿瘤的发生。尿酸对肿瘤细胞的刺激进一步促进了肿瘤细胞的增殖、迁移和抗凋亡，从而介导了从早期恶性肿瘤到高度侵袭性恶性肿瘤的进展。现有研究从不同方向证实了尿酸作为抗氧化剂和促氧化剂的双重作用，然而，还需要通过进一步的研究评估尿酸代谢与恶性肿瘤发生发展的关系，提出循证医学证据，以指导临床工作。