TP53 诱导的糖酵解与凋亡调控因子在恶性肿瘤中的研究进展

冯振兴，田铁栓

（天津市胸科医院/天津市心血管病研究所，天津 300222）

肿瘤细胞代谢是维持细胞生长和存活的必须的、可调控的过程，肿瘤细胞利用其特有的有氧糖酵解（“Warburg 效应”）维持细胞生存，其中代谢酶突变和表达水平异常导致的肿瘤微环境改变在肿瘤发生发展和诊断治疗中发挥非常重要的作用[1，2]。目前，已有多项研究表明TP53 诱导的糖酵解及凋亡调控因子（TP53-induced glycolysis and apoptosis regulator，TIGAR）与脑胶质瘤、鼻咽癌、乳腺癌、肺癌、食管癌、胃癌、结肠癌、肝癌及胰腺癌等多种实体肿瘤和血液系统恶性肿瘤的发生发展和临床预后关系密切，并有望成为新的预测肿瘤预后的分子标志物和潜在的治疗靶点[3，4]。本文重点阐述TIGAR 与肿瘤发生发展和放化疗敏感性等生物学行为的关系及其调控机制，为后续开展TIGAR 与肿瘤相关临床和基础研究提供参考。

1 TIGAR 的功能与调控

TIGAR（曾用名C12orf5 和FR2BP）最初是通过辐射诱导p53 基因活化后的基因表达谱芯片分析被发现的。人类TIGAR 基因位于染色体12P13-3 上，全长约38,835 bp，包含6 个编码外显子和两个p53结合位点[5]。TIGAR 蛋白属于组氨酸磷酸酶超家族的一名成员，在脊椎动物物种中保持高度保守性[6]。TIGAR 蛋白结构与6-磷酸果糖激酶-2/2,6-二磷酸果糖激酶（PFK-2/FBPase-2）中的2,6-二磷酸果糖激酶的结构序列高度类似，可水解细胞内2,6-二磷酸果糖[5]。TIGAR 将细胞内2,6-二磷酸果糖水解为6-磷酸果糖，降低磷酸果糖激酶-1（PFK-1）活性，进而抑制细胞糖酵解通路，同时6-磷酸果糖进入磷酸戊糖途径促进NADPH 和5-磷酸核糖核酸的合成，从而发挥抗氧化作用减少活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）诱导的细胞凋亡，产生对生物合成、DNA 修复和细胞增殖至关重要的核苷酸前体[5，7]。

虽然TIGAR 的命名与p53 有关，但其调控机制尚未明确，肿瘤细胞中TIGAR 表达不完全依赖p53的调控。在正常细胞中，p53 快速激活TIGAR 转录以应对低水平的细胞应激；在肿瘤细胞中，TIGAR 的表达受p53 依赖和p53 不依赖两种机制的调控[8]。Qian S 等[9]研究发现在人白血病细胞中TIGAR 的表达及其抗凋亡作用与外源性p53 过表达无关。TIGAR 在小鼠肠腺瘤和肠道损伤模型细胞中抗氧化剂可引起TIGAR 表达下降，说明TIGAR 表达可受细胞代谢和氧化应激水平的调节[10]。另外，有临床研究发现乳腺癌及胃癌中TIGAR 表达与p53 的表达呈负相关[11]。

文献报道了其他可调节TIGAR 的分子、药物和通路机制。转录因子SP1 和CREB 在调节肝癌细胞TIGAR 的基础表达中发挥作用[12]；非编码RNA 如miRNA-144、miRNA-101 和miRNA-885-5p 可以抑制TIGAR 的表达[13-15]；缺氧因子HIF-1 可诱导TIGAR表达[16]；MUC1-C 亚基抑制剂GO-203 通过抑制AKTS6K1-elF4A 通路阻断结直肠癌的TIGAR 翻译[17]；Silvestrol 作为一种elF4A RNA 解旋酶活性的抑制剂，也能抑制TIGAR 蛋白的表达[18]；另外，人T 细胞白血病病毒1 型p30Ⅱ蛋白在病毒致癌过程中激活p53诱导TIGAR 以抑制癌基因诱导的氧化应激[19]。

总之，TIGAR 的表达受p53 依赖和p53 不依赖两种机制的调节，其主要通过调控细胞糖酵解和磷酸戊糖途径改变肿瘤代谢微环境，增加NADPH 和5-磷酸核糖核酸的合成，从而发挥抗氧化和促进DNA 修复和细胞增殖的作用。

2 TIGAR 促进肿瘤的发生发展

2.1 TIGAR 对肿瘤细胞的影响及作用机制 抗氧化防御途径的激活对肿瘤的发生发展至关重要，癌基因激活、肿瘤细胞的无限增殖和异常代谢等致癌事件都可导致ROS 升高，过量的ROS 如果不能及时清除会产生细胞毒性，正常细胞的氧化应激负荷比肿瘤细胞低，肿瘤细胞比正常细胞更依赖抗氧化作用，因此很多肿瘤细胞会诱导抗氧化蛋白（如NRF2[20]）的表达以免受氧化损伤[21，22]。作为ROS 限制性蛋白，TIGAR 在肿瘤细胞中呈高表达，TIGAR 主要通过调节磷酸戊糖途径产生NADPH 起到抗氧化作用，减少肿瘤细胞氧化损伤诱导的凋亡，促进肿瘤细胞增殖和转移。

2013 年Cheung EC 教授及其团队再次报道了关于TIGAR 与肿瘤关系的重要发现[23]：TIGAR 不是小鼠细胞正常生长发育所必需的，但在肠道再生中发挥重要作用；通过建立小鼠肠腺瘤模型发现TIGAR 敲除的小鼠肿瘤生长较慢，生存率高，增加ROS 清除剂和核苷后可恢复TIGAR 缺陷的细胞的生存活力；在缺氧条件下，磷酸戊糖途径在氧化还原稳态中具有特别重要的作用，与野生型相比，TIGAR敲除的肿瘤细胞对缺氧更敏感；该研究认为TIGAR通过调节代谢和ROS 对细胞的再生和肿瘤的发生发展起到关键作用，抑制TIGAR 可能作为抗肿瘤治疗的靶点。在淋巴瘤模型中也得到了类似的结论[24]。2016 年，该团队深入研究了TIGAR 和ROS 在调控肿瘤发生和发展中的复杂作用：TIGAR 限制破坏性ROS，而Ras 相关的C3 肉毒素底物1（Ras-related C3 botulinum toxin substrate 1，RAC1）促进增殖性ROS。尽管对ROS 水平调节作用相反，但TIGAR 和RAC1 的缺失协同抑制了肿瘤细胞的增殖，这也体现了TIGAR 限制ROS 在调控肿瘤细胞增殖中的重要作用[10]。2020 年，该团队最新研究发现[25]TIGAR 通过动态调控ROS 可影响胰腺导管腺癌的发生发展，TIGAR 通过调节ROS 一方面可促进肿瘤的发生，另外一方面却限制肿瘤的转移。在KRAS 突变驱动的胰腺导管腺癌小鼠模型中，敲除TIGAR 可抑制胰腺上皮内瘤变的发生，却促进肿瘤细胞的转移。TIGAR缺失可通过增加ROS 水平促进胰腺导管腺癌上皮-间质转化，促进胰腺导管腺癌的侵袭和转移，该作用依赖于MAPK-ERK 通路信号的激活，并可通过使用抗氧化剂恢复。TIGAR 在胰腺导管癌发生发展过程中是动态变化的，TIGAR 在癌前病变中呈高表达，而在转移瘤中呈低表达。该研究提示TIGAR 调控的ROS 降低在原发性恶性肿瘤和远处转移的建立中发挥作用，而ROS 增加在转移扩散过程中发挥作用，该结论也有助于解释抗氧化治疗的促癌和抗癌作用的相互矛盾的现象[21]。

TIGAR 促进肿瘤生长除了与抗ROS 作用有关外，还可能存在其他通路机制。Tang Z 等[26]研究发现TIGAR 通过抗氧化和活化AKT 促进胶质母细胞瘤细胞的迁移、侵袭和上皮-间质转化，而用NADPH处理后可恢复TIGAR 的促癌作用，免疫共沉淀实验表明TIGAR 可与AKT 结合并促进AKT 的激活。体内、体外实验研究表明TIGAR 促进肿瘤细胞的侵袭和转移与Met 和NF-κB 信号通路有关[27-29]。另外，TIGAR 不仅调控肿瘤细胞的代谢，还参与调节肿瘤基质细胞的代谢。Ko Y 等[30]研究发现TIGAR 通过调节成纤维细胞的糖酵解诱导乳腺癌细胞增殖、侵袭和抑制细胞凋亡。刘赛等[31]研究发现乳腺癌微环境中的成纤维细胞可通过上调乳腺癌细胞TIGAR的表达抑制细胞凋亡。此外，有研究报道TIGAR 通过CDK5 增加ATM 磷酸化促进DNA 损伤修复以提高癌细胞的存活率[32]。

2.2 TIGAR 与肿瘤患者临床预后相关 TIGAR 在原发性结肠癌及其转移瘤、浸润性乳腺癌、肺癌、鼻咽癌、胃癌、肾细胞癌、前列腺癌等多种实体肿瘤中呈高表达，TIGAR 高表达的恶性肿瘤侵袭性强，患者预后较差[4，33，34]。Wei M 等[35]研究采用免疫组化技术检测182 例鼻咽癌组织中TIGAR 和自噬蛋白LC-3B（LC-3Ⅱ）的表达，发现TIGAR 与LC-3B 表达呈显著相关，生存分析显示，与TIGAR 阳性或LC3B阴性表达相比，TIGAR 阴性或LC-3B 阳性表达与整体生存率、局部区域无进展生存率、远处无进展生存率、无进展生存率均有显著提高。同样的，在肺癌中，免疫组化和生存分析发现TIGAR 和Met 蛋白表达与肺癌分期晚、淋巴结转移、远处转移和复发呈正相关，TIGAR 与Met 联合高表达的NSCLC 患者生存率明显较差[27]。在胶质母细胞瘤中TIGAR 上调与生存率低呈正相关[26]。TIGAR 在胃癌组织中表达上调，TIGAR 高表达患者预后明显差于低表达患者[36]。在肾透明细胞癌中，TIGAR 表达与SUVmax显著正相关，TIGAR 高表达和高SUVmax值的患者生存期较短，TIGAR 表达与18F-FDG PET/CT 联合应用为评价肾透明细胞癌患者的肿瘤糖代谢状况及预后提供重要参考[33]。此外，在食管鳞癌术后患者中，TIGAR过表达与病理分期晚、远处转移和预后差密切相关[4]。与以上结论不同，Lin L 等[37]研究报道血浆中TIGAR 浓度越高，结直肠癌转移风险越低。

TIGAR 的高表达在多种血液系统恶性肿瘤中也具有普遍性[38]。TIGAR 可通过抑制糖酵解抗氧化等机制参与调节急、慢性髓细胞性白血病，淋巴系统肿瘤的发生发展[19]。TIGAR 高表达的急、慢性淋巴细胞白血病侵袭性强，患者预后较差，同时，TIGAR 也是细胞遗传学正常的急性髓细胞性白血病预后不良的独立影响因素[9，39]。

总之，临床和基础研究均表明TIGAR 可促进肿瘤的发生发展，TIGAR 高表达与多种实体肿瘤及血液系统恶性肿瘤预后不良相关，其机制与TIGAR 限制ROS 减少肿瘤细胞氧化损伤、MAPK-ERK、AKT、Met 和NF-κB 等信号通路有关。

3 TIGAR 与肿瘤治疗

3.1 TIGAR 促进肿瘤细胞的化疗耐药 许多常用的化疗药物以及放射治疗都是通过产生大量的ROS杀伤肿瘤细胞的。研究表明抑制TIGAR 主要通过调控细胞代谢过程产生的ROS 及其诱导的细胞凋亡、自噬等多种通路机制发挥抗肿瘤作用，并影响药物治疗的敏感性。TIGAR 通过增加磷酸戊糖途径和Cdk5-ATM 信号通路调节DNA 损伤修复从而增加HepG2 细胞对表柔比星的耐药[32]。miR-101 靶向抑制前列腺癌细胞中TIGAR 的表达，通过降低NADPH 水平，抑制肿瘤细胞生存，诱导细胞凋亡，增强顺铂诱导的DNA 损伤[40]。Chu J 等[4]的临床及基础研究表明TIGAR 不仅可以通过抑制糖酵解的抗氧化作用影响食管癌鳞细胞对顺铂和5-FU 治疗的敏感性，TIGAR 还可通过AMPK 激活谷氨酰胺通路促进化疗抵抗。该研究发现TIGAR 是食管鳞癌患者进展和化疗耐药的主要因素，谷氨酰胺酶抑制剂（CB-839）联合化疗处理TIGAR 过表达的食管癌细胞系异种移植瘤和患者源性肿瘤异种移植瘤的疗效明显优于单纯化疗。有研究报道TIGAR 基因敲除抑制了人白血病细胞的增殖，体外和体内实验表明TIGAR 基因敲除增加了白血病细胞对糖酵解抑制剂2-DG 的敏感性[9]。另外，TIGAR 通过抗氧化作用促进胶质瘤细胞生长和转移，TIGAR 敲除可增加U-87MG 细胞对替莫唑胺的敏感性[26]。

自噬与肿瘤关系密切，有研究认为上调自噬水平（至少不是抑制自噬）可以起到抗肿瘤治疗增敏的作用[41]。抑制TIGAR 表达可通过增加ROS 水平诱导肿瘤细胞的自噬，然而，自噬在TIGAR 降表达诱导的抗肿瘤及药物增敏中的作用尚未明确。国内学者的研究表明，中药提取物藻毒素内酯（Physapubenolide）可通过抑制TIGAR 导致乳腺癌细胞死亡，从而增加药物的抗肿瘤疗效，其机制与抑制TIGAR 增加ROS 水平从而上调自噬引起肿瘤细胞死亡有关[42]。另外，研究表明下调TIGAR 通过增加细胞内ROS水平来促进肿瘤细胞凋亡和自噬上调以提高七叶皂苷（Aescin）和薯蓣皂苷（Dioscin）等中药的抗肿瘤作用[43，44]。Chen S 等[45]通过miRNA-144 转染肺癌细胞系A549 和H460 发现miRNA-144 可抑制TIGAR的表达，从而上调自噬抑制肿瘤细胞增殖。

与以上研究结论不同，Xie JM 等[46]关于TIGAR调节凋亡与自噬对肺癌细胞系A549 和肝癌细胞系HepG2 化疗敏感性影响的研究发现，抑制TIGAR 可通过增加ROS 水平促进肿瘤细胞凋亡和自噬，加入还原剂NADPH 和乙酰半胱氨酸（N-acetyl cysteine）后可降低ROS 水平抑制细胞凋亡和自噬活性。体内外实验结果均表明抑制TIGAR 表达后增加了表柔比星的治疗敏感性，分析原因是抑制TIGAR 增加了ROS 诱导的凋亡从而起到化疗增敏。TIGAR 沉默导致表柔比星诱导的mTOR 通路失活，提示TIGAR 可抑制自噬。但基因或药物抑制自噬后反而增加了表柔比星诱导的TIGAR 敲低细胞的凋亡，该研究结果表明上调自噬降低了表柔比星化疗敏感性。与Xie JM 等[46]的研究结果类似，Kumar B 等[47]的研究表明通过抑制TIGAR 上调自噬没有起到药物增敏作用。

3.2 抑制TIGAR 增加放疗敏感性 放疗可诱导脑胶质瘤细胞TIGAR 水平升高，抑制TIGAR 可增加脑胶质瘤的放疗敏感性。NADPH 依赖的氧还蛋白还原酶1（TrxR1）和还原的硫氧还蛋白-1（Trx1）在细胞氧化还原和肿瘤放射抵抗中发挥关键作用，TIGAR 敲低可以通过抑制放疗诱导的Trx1 核转运，提高TrxR1 过表达胶质瘤的放疗敏感性[48]。ATMNF-κB 轴驱动的TIGAR 在TNFα 存在下可调节胶质瘤细胞对放射治疗的敏感性[49]。更进一步的，Maurer G 等[16]通过shRNA 建立TIGAR 稳定降表达的胶质瘤细胞系，并给与缺氧、放疗和替莫唑胺处理，结果发现TIGAR 降表达增强了缺氧条件下ROS水平和细胞死亡，以及替莫唑胺和放疗敏感性，其作用机制与TIGAR 调节细胞代谢和肿瘤微环境的改变有关。

3.3 TIGAR 影响靶向治疗和内分泌治疗的敏感性目前TIGAR 与靶向治疗相关的研究报道较少。研究发现[50]，在鼻咽癌中核苷类似物抗肿瘤药Ecyd 通过降低TIGAR-NADPH 通路，增加c-Met 的酪氨酸抑制剂的抗肿瘤效果。Fang P 等[51]通过CRISPR/Cas9基因编辑技术筛选出TIGAR 作为调控PARP 抑制剂奥拉帕尼（Olaparib）的敏感性的靶点。TIGAR 基因敲除通过下调BRCA1 和Fanconi 贫血通路增强卵巢癌细胞对奥拉帕尼的敏感性，并通过影响代谢途径和增强奥拉帕尼的细胞毒性作用促进细胞的衰老。另外，Fiorillo M 等[52]研究表明ER-α 突变Y537S通过选择性激活TIGAR 过表达调控线粒体代谢、糖酵解及Rho-GDI/PTEN 信号，导致乳腺癌他莫昔芬内分泌治疗的耐药。以上研究为TIGAR 在肿瘤靶向治疗和内分泌治疗中的研究提供了新思路。

总之，TIGAR 作为抗肿瘤和治疗增敏的可能靶点主要有以下依据：①TIGAR 通过抗氧化作用和增加核苷酸合成促进肿瘤生长；②抑制TIGAR 可诱导肿瘤细胞凋亡；③抑制TIGAR 通过调节自噬、DAN损伤修复等机制通路增加化疗、放疗、靶向治疗和内分泌治疗的敏感性。

4 总结

越来越多的证据表明TIGAR 是肿瘤发生发展及化疗、放疗、靶向治疗和内分泌治疗敏感性的重要调节因子，因此，TIGAR 有望成为抗肿瘤治疗的潜在靶点。未来除了TIGAR 在抑制糖酵解、抗氧化和提供核酸合成的中间产物方面的作用外，TIGAR 在细胞器中的分布、运输功能和机制、TIGAR 表达的调控机制、与TIGAR 相互作用的蛋白、正常细胞和癌细胞之间的转录后修饰等作用及机制仍需要进一步研究。TIGAR 在肿瘤发生、发展和治疗抗拒中的复杂作用及其机制有待进一步研究阐明，以便为TIGAR 的药物开发提供研究基础。