脂肪酸及其代谢物与膀胱癌生物学行为关系研究进展

徐文楷，黄应龙，王 侨，王剑松，王海峰

(昆明医科大学第二附属医院泌尿外科，云南省泌尿系统疾病临床医学中心，云南昆明 650101)

膀胱癌是世界上最常见的恶性肿瘤之一，2020年全球估计有573 278例新发病例导致212 536人死亡，发病率以及死亡率均逐年上升[1]。同样，膀胱癌也是我国泌尿外科临床上最常见的恶性肿瘤之一，其发病率和病死率在我国部分地区仍位于泌尿系统肿瘤的第1 位，2014年中国膀胱癌的总发病率为5.71/105，总死亡率为2.35/105[2]，并且近年来我国膀胱癌发病率呈上升趋势[3]。肿瘤增殖及迁移能力强大，不仅需要充足的能量供给，肿瘤细胞结构的完整性及肿瘤内血管生成还需要大量的生物原料，因此肿瘤细胞与细胞代谢的关系十分密切。探讨肿瘤细胞脂质、蛋白质、核酸等物质和能量的代谢对于揭示肿瘤的发生发展具有十分重要的意义。近年来有关肿瘤的物质代谢，特别是脂肪酸以及脂肪酸代谢相关酶的研究在膀胱癌的早期诊断和治疗中也展现出巨大的潜力。故此，本文针对近年来膀胱癌的脂肪酸代谢进行综述。

1 脂肪酸的分类及其在膀胱癌中的作用

脂质包括脂肪和类脂，其合成和氧化代谢产物不仅为癌细胞增殖提供充足的能量，同时也提供了充足的生物原料，以及作为第二信使、激素在信号传导中发挥重要作用。脂肪酸是脂质氧化和合成的代谢枢纽物质，根据结构可分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸，前者是指不含不饱和双键的脂肪酸，后者根据含不饱和双键的数量又可分为单不饱和与多不饱和脂肪酸，其中饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸目前在膀胱癌中的研究较少，本文主要就多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid, PUFA)在膀胱癌中的作用进行归纳。

PUFA按照甲基端开始第1个双键的位置不同，分为omega-3(ω-3)、omega-6(ω-6)、 omega-7(ω-7)、 omega-9(ω-9)PUFA。其中ω-7与ω-9PUFA与膀胱癌发生发展的相关性还未被证实。而omega-3与omega-6PUFA及其衍生代谢物对于包括膀胱癌在内的肿瘤血管生成均具有重要的调控作用[4]。

omega-6 PUFA中最具代表性的脂肪酸为花生四烯酸(arachidonic acid，AA)，其可经不同酶系催化成多种活性物质。如AA可在环氧合酶2(cyclooxygenases 2, COX2)催化下经一系列反应生成前列腺素E2(prostaglandin E2, PGE2)、前列环素(epoprostenol,PGI2)等物质，PGE2、PGI2被认为均是参与调节血管生成的重要PG类物质，并且PGE2在炎症和细胞增殖中发挥重要作用。KASHIWAGI等[5]发现前列腺素E2受体2(prostaglandin receptors type 2,EP2)在膀胱癌细胞中表达明显高于正常尿路上皮组织，在EP2高表达的膀胱癌细胞中抑癌基因PTEN下调，使PTEN对PI3K的抑制能力下降，活化的PI3K可进一步活化AKT/mTOR途径，从而促进肿瘤细胞的增殖。并且实验中还发现EP2的高表达与顺铂的耐药性也有关，利用EP2选择性拮抗剂和塞来昔布能有效抑制膀胱肿瘤细胞活力和迁移，并逆转和增强肿瘤抑制因子PTEN的表达，增加顺铂的敏感性。因此，研究调节omega-6PUFA的含量可为膀胱癌的治疗提供新途径。

Omega-3PUFA不仅可调节膜的流动性，其在肿瘤微环境中还具有调节炎症介质和免疫细胞，调控细胞信号转导中关键蛋白的活性等作用，并且omega-3PUFA在肿瘤细胞中还能抑制血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)刺激的新生血管生成[6]。人体最主要的两种omega-3PUFA分别为二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)和二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid，EPA)。DHA可以减少细胞膜AA的含量，从而降低三磷酸鸟苷(guanosine triphosphate, GTP)酶激活蛋白(GTP ase-activating protein，GAP)活性，然后降低GTP活性依赖的Ras蛋白活性，最后抑制MAPK/EPK信号通路介导的细胞增殖，并促进细胞凋亡[7]。BEN等[8]通过大样本的临床数据证实，EPA和DHA与尿路上皮癌低风险有关，可能对膀胱癌的发展具有抑制作用。在膀胱癌大鼠模型中也证实omega-3脂肪酸具有抗炎、抗氧化、抗增殖和抗血管生成的特性，并且能够抑制膀胱癌肿瘤细胞的生长[9]。肿瘤血管生成是驱动肿瘤生长超过扩散限制大小并增强转移的基本过程[10]，而omega-3PUFA可以通过抑制肿瘤血管生成及细胞增殖，促进细胞凋亡，增强抗肿瘤免疫力和预防肿瘤转移来进一步发挥抗癌作用[7, 11]；故进一步研究omega-3PUFA在膀胱癌的作用分子机制有助于抗膀胱癌的治疗。

2 脂肪酸细胞内合成和细胞外摄取途径相关酶在膀胱癌中的作用

脂肪酸的来源途径有以下几种：以葡萄糖或氨基酸为原料合成、乳糜微粒(chylomicron, CM)或极低密度脂蛋白(very low density lipoprotein, VLDL)中的脂肪分解产生、食物脂肪经消化吸收提供。目前研究已证实，正常人类细胞对于脂肪酸的摄取主要依靠外源性食物，肿瘤细胞则主要依靠内源性从头合成。另有研究证实，阻断脂肪酸合成途径可抑制膀胱癌的增殖、迁移和促进癌细胞的凋亡[12]。

2.1 脂肪酸合成酶系在膀胱癌中的功能脂肪酸合成酶复合物(fatty acid synthase system, FASN)是催化乙酰辅酶A(acetyl coenzyme A, CoA)和丙二酰辅酶A从头合成长链脂肪酸的关键酶，在多种癌症中存在FASN水平升高导致的脂肪酸合成增加, 并且与癌症的不良预后有密切相关性。FASN在膀胱移行细胞癌(bladder transitional cell carcinoma， BTCC)中高表达，其高表达可促进膀胱癌的增殖， 使用FASN抑制剂浅蓝菌素，可下调蛋白激酶B(protein kinase B, AKT)的活化以及细胞周期蛋白D1(cyclin D1， CCND1)的表达，并通过抑制PI3K/AKT信号通路及其下游基质金属蛋白酶-9(matrix metalloprotein-9， MMP-9)的激活，直接抑制膀胱癌细胞的增殖和迁徙能力，并促进凋亡[13-14]。在LIAO等[15]的研究中，应用FASN抑制剂没食子酸(gallic acid, GA)同样通过PI3K/AKT信号通路活性的下调,最终抑制膀胱癌的迁移和侵袭；GA还可下调细胞周期检测点激酶2(cell cycle checkpoint kinase 2, CHK2)介导的细胞分裂周期蛋白25同源蛋白C(cell division cyclin 25 homolog C, CDC25C)磷酸化，导致膀胱癌G2/M期阻滞，抑制膀胱癌细胞的增殖。脂肪酸合成酶的合成受转录因子固醇调节元件结合蛋白(sterol regulatory element binding proteins, SREBPs)及其护航蛋白SREBPs裂解激活蛋白(SREBP cleavage activating protein， SCAP)的调控。LI等[12]研究发现SCAP在膀胱癌组织中上调，SCAP的敲除抑制了细胞的增殖、侵袭和迁移。更重要的是，SCAP的下调可能削弱雌激素对膀胱癌的促癌作用。FASN抑制剂对膀胱癌的增殖、迁移均具有很好的治疗效果，同时FASN也参与膀胱癌的耐药性[16]，因此加深FASN以和其抑制剂在膀胱癌的作用机制研究，可为膀胱癌的治疗以及抗耐药性提供新的途径。

2.2 脂肪酸去饱和酶在膀胱癌中的功能不饱和脂肪酸是肿瘤细胞生存必不可少的养分，从头合成的饱和脂肪酸经过脱饱和酶作用后才生成不饱和脂肪酸。硬脂酰辅酶A去饱和酶(stearoyl-coa desaturase, SCD)可将饱和脂肪酸转化为油酸(一种单不饱和脂肪酸)，在乳腺癌和前列腺癌细胞中，可检测到SCD表达升高，并与肿瘤分级有关，通过沉默前列腺癌的SCD基因可以有效地阻止肿瘤生长并显着提高动物存活率[17]。SCD与膀胱癌的进展以及不良预后有着重要相关性，通过SCD抑制可引起膀胱癌细胞周期阻滞，同时神经酸(一种单不饱和脂肪酸)含量显著降低，从而有效的抑制膀胱癌增殖能力[18]。脂质去饱和是癌细胞存活的必要过程，研究SCD以及其抑制剂在膀胱癌中的作用机制也可为膀胱癌的治疗提供新的靶点。

FA:脂肪酸;Fatty acyl CoA:脂酰辅酶A;CPT1:肉碱棕榈酰基转移酶1;FAO:脂肪酸氧化;Acetyl CoA:乙酰辅酶A;ACL:APP柠檬酸合酶;ACC:乙酰辅酶A羧化酶;malonyl CoA:丙二酰辅酶A;FASN:脂肪酸合成酶复合物;cerulenin:浅蓝菌素;GA:没食子酸;Saturated fatty acid: 饱和脂肪酸;Unsaturated fatty acid:不饱和脂肪酸;SCD:硬脂酰辅酶A去饱和酶;AA:花生四烯酸;PGE2:前列腺素E2;EP2:前列腺素E2受体2;DHA:二十二碳六烯酸;EPA:二十碳五烯酸;GAP:三磷酸鸟苷酶激活蛋白;MMP:基金金属蛋白酶。图1 脂肪酸以及脂肪酸代谢过程与膀胱癌关系

2.3 其他脂肪酸合成相关酶在膀胱癌中的潜在功能脂肪酸合成所需的乙酰CoA不能自由透过线粒体膜进入胞质参与合成反应，需经过柠檬酸-丙酮酸循环才能转运出线粒体进一步发挥生物学作用。ATP柠檬酸合酶(ATP-citrate lyase, ACL)作为该反应的关键酶，已被证实在肺癌、前列腺癌、乳腺癌等多种类型的癌细胞中高表达。且MIGITA等[19]的研究证明了抑制ACL的表达可使前列腺癌细胞(LNCaP)过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferators-activated receptors, PPAR)和长链脂肪酸延长酶6(elongation of very long chain fatty acids 6, ELOVL6)下调，进而阻止甘油三酯(triglyceride, TG)中脂肪酸链的延长，同时减少脂肪酸氧化，造成细胞内脂肪酸积累，并抑制肿瘤的生长。

乙酰辅酶A羧化酶(acetyl coa carboxylase, ACC)主要功能是催化两分子乙酰辅酶A羧化成丙二酰辅酶A，后者才是脂肪酸合成的基本单位。BRUSSELMANS等[20]研究发现，下调ACC可诱发含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinly aspartate specific proteinase, caspase)介导的前列腺癌LNCaP细胞凋亡，caspase活化后可促进凋亡蛋白酶的级联反应，最终导致细胞不可逆地凋亡，用caspase抑制剂z-VAD-fmk进行干预则成功抑制了细胞凋亡。同样有研究证实，ACC的抑制可直接导致脂肪酸合成的阻断，并起到抑制肿瘤增殖的作用[21]。尽管ACC在膀胱癌中高表达，并且ACC的上调可以促进膀胱肿瘤的发生和发展[22]，但ACC在膀胱癌中的作用机制仍有待进一步研究。

当癌细胞从增殖为主转换到迁移行为为主时，对脂肪酸的需求增加会提高外源性脂质摄取的能力。溶质载体家族27A4(solute carrier 27 member 4, SLC27A4)，又被称为脂肪酸转运蛋白4(fatty acid transport protein 4, FATP4), FATP4是体内主要转运长链脂肪酸的蛋白质[23]。在KIM等[24]的研究中发现，肾透明细胞癌组织FATP4和CD36的膜性表达高于正常组织，上调的FATP4和CD36促使癌细胞脂肪酸跨细胞膜转运增加，并与肾癌的不良预后相关。脂肪酸转运蛋白是肿瘤细胞获取脂肪酸的备用途径，故研究膀胱癌细胞从外周环境摄取外源性脂肪酸的能力及机制对于肿瘤的生存及迁徙仍具有重要意义。上述三种酶在多种实体瘤得到广泛研究，且均被证实与肿瘤的增殖、迁移以及侵袭性有关，但在膀胱癌中的研究很少或未见提及，加强对上述酶系与膀胱癌的恶性行为关系研究，可为抗膀胱癌的恶性行为提供新的机制。

3 脂肪酸氧化(fatty acid oxidation, FAO)相关酶在膀胱癌中的作用

脂肪酸氧化不仅能为癌细胞生存提供充足的能量，同时也可以为膀胱癌合成胆固醇提供原料，脂肪酸氧化受阻，导致胆固醇合成受阻可抑制膀胱癌的增殖[25]，脂肪酸活化为脂酰CoA后在线粒体内经β氧化彻底分解，短链脂酰CoA可直接进入线粒体，但长链脂酰CoA需在位于线粒体外膜上的肉碱棕榈酰基转移酶1(carnitine palmityl transferase 1, CPT1)催化下，才能转运至线粒体基质。

已知CPT1有3种亚型，CPT1A、CPT1B 和CPT1C[26]，肝同种型CPT1A存在于除棕色脂肪和骨骼肌细胞的全身其他细胞线粒体中，以肝、肾、小肠等具有较高的脂肪酸合成速率的组织为主[27]，CPT1B同工酶主要在心脏和骨骼肌中被发现[28]。CPT1C主要存在于神经元的内质网膜，在睾丸、乳腺癌、肺癌中也检测到了表达[29-30]。ISABEL等[31]的研究证实使用CPT1抑制剂Etomoxir可下调前列腺癌细胞LNCaP的AKT/mTOR信号通路，从而导致LNCaP细胞的凋亡。CPT1是FAO的驱动力以及膀胱癌所需能量供应的关键酶，其下调或者抑制后可以明显降低FAO效率，同时抑制膀胱癌的增殖和迁移。但也有研究发现，在高级别膀胱癌中CPT1B低表达和低FAO活性，考虑和活跃的细胞增殖对膜结构和信号脂质需求量大相关，过表达CPTIB明显抑制膀胱癌细胞的生长和转移，CPT1B是高级别膀胱癌的显著特征[32]。因此，进一步探究CPT1不同亚型在膀胱癌中的作用机制，可为提高膀胱癌的治疗与诊断敏感性。

4 总结与展望

膀胱癌细胞的恶性生物行为可通过代谢改变而得以实现，随着代谢组学的发展，脂质在不同分级、分期的膀胱癌细胞代谢中产生的相关生物标记物(如肉碱棕榈酰基转移酶1、脂肪酸合成酶等)的作用及代谢网正逐步完善，但其代谢通路调控的分子机制仍存在很多空白。相比于癌基因检测，脂质代谢产物(肉碱、脂肪酸结合蛋白、乙酰辅酶A)的检测具有安全、方便、低成本、敏感等优势，但是肿瘤的体内代谢是一个多物质、多方式的复杂性和关联性的过程，因此寻找一个高敏感性、特异性以及高效性的脂代谢治疗和检测靶点可大大提高膀胱癌的治疗和诊断率。