基于代谢重编程探讨从痰论治肿瘤细胞上皮间质转化

徐晶钰，张璇，张慈安，赵河通，梁嘉昱，裴蓓，魏品康

(1.海军军医大学长征医院，上海 200003；2.海军第905医院，上海 200052)

恶性肿瘤原发灶对周边组织的侵袭和远处脏器的转移是患者生存质量严重下降和短期内死亡的主要原因，如何有效干预恶性肿瘤的侵袭转移成为了世界医学的难题。尽管中医学基本概念中并无“肿瘤”的定义，但结合文献概述和患者临床表现，该病可归属于“癥瘕”“积聚”“肿疡”“岩”等范畴，与中医“痰”的概念关系密切。中医基础理论提出痰不仅是体内津液代谢失常的病理产物，同时也是致病因素，二者常同时发生、互为因果、相互影响。古代文献中就有“百病责于痰”“怪病多为痰作祟”的观点。“痰”具有易聚、易行的特点，这与肿瘤的复发、侵袭、转移的特性具有相似性。我科根据多年来临床经验和实验研究，已证实从痰论治肿瘤的合理性和可行性[1]。近年来文献综述表明上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)是肿瘤侵袭转移的前提，代谢重编程(metabolic reprogramming)为肿瘤侵袭转移提供能量和物质基础，二者之间有着紧密联系[2]。本文从肿瘤发生发展的痰本质入手，结合现代基础研究，探讨代谢重编程在肿瘤细胞上皮间质转化中的意义，旨在为从痰论治恶性肿瘤提供研究新思路。

1 糖代谢重编程与肿瘤细胞上皮间质转化关系密切

1.1 糖代谢重编程为肿瘤侵袭转移提供能量和物质基础

能量代谢重编程作为肿瘤的十大基本特征之一[3]，在肿瘤发生发展中扮演了重要角色。肿瘤细胞利用代谢重编程不仅可以获得必需能量，而且能有效合成生物大分子，继而加速增殖、抑制凋亡及促进侵袭迁移。肿瘤细胞发生代谢重编程的影响因素众多，常见的如肿瘤微环境改变(缺氧、饥饿等)及细胞内基因突变等。研究表明在多种能量代谢途径中，葡萄糖代谢最重要，该途径主要包括线粒体氧化磷酸化(oxidative phosphorylation，OXPHOS)及糖酵解(glycolysis)[4]。常氧下细胞摄取胞外的葡萄糖进入线粒体后进行OXPHOS产生三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)，1 mol葡萄糖最终代谢将产生ATP 36 mol。但现有研究表明大多数肿瘤细胞获得ATP的方式与正常细胞存在差异。常氧状态下，肿瘤细胞不会选择能量产生效率更高的OXPHOS途径，反而会利用糖酵解进行能量代谢，这一现象首先被Otto Warburg发现，进一步实验后，学术界达成共识，称为“Warburg 效应(Warburg effect)”[5]。随着对Warburg effect研究的深入，发现肿瘤细胞糖酵解过程中的许多关键限速酶如己糖激酶(hexokinase，HK)、磷酸果糖激酶(phosphofructokinase， PFK)、丙酮酸激酶(pyruvate kinase，PK)等活性和葡萄糖转运蛋白 (glucose transporters， GLUTs)表达升高明显[6]。尽管Warburg effect的产能效率低下，但处于加速生长状态下的肿瘤细胞进行糖酵解的速率是正常细胞的200倍。从分解葡萄糖开始，糖酵解由于不进行三羧酸循环，不仅缩短了产生 ATP的路径，而且能够得到大量中末期的代谢产物(乳酸等)以及有利于肿瘤细胞增殖、侵袭迁移的蛋白质、核酸、脂质、生物大分子等[7]。越来越多的研究证实肿瘤糖酵解途径是肿瘤治疗的潜在靶点，多项针对该途径的检测技术如PET-CT、同位素示踪检测、代谢流等已被广泛应用于肿瘤临床诊疗中。

1.2 上皮间质转化是肿瘤侵袭转移的前提

上皮间质转化是指上皮细胞在特定因素影响下转化为具有间质表型细胞的生物学过程[8]。它是哺乳动物在胚胎发育过程中存在的一种正常的生理现象，与组织器官的形成、损伤修复和纤维化密切相关，对于维系机体平衡起到重要作用。随着研究的深入，越来越多实验发现EMT是肿瘤发生发展过程中的关键环节，是肿瘤侵袭转移的前提，受多种因素影响[9]。研究表明EMT是90%以上的上皮性恶性肿瘤浸润转移的重要途径[10]。肿瘤细胞发生EMT的进程中，上皮细胞与细胞、细胞与间质间的结构连接发生改变，相互之间作用异常，导致细胞的上皮特性逐渐消失，间质特性逐渐增强。EMT的细胞形态(由排列紧密的鹅卵石样向松散的纺锤体样转化)、生物学行为(黏附能力减弱、侵袭迁移能力增强、降解细胞外基质能力提高)、上皮细胞标记物(E-cadherin、β-catenin等表达下调)、间质细胞标记物(Vimentin、N-cadherin、Fibronec-tin及slug等表达上调)等多方面出现改变，进而侵袭周围正常组织并向远处器官转移[11-12]。在乳腺癌、胃癌、肠癌等多项研究中发现，干预EMT相关信号传导通路或者促使EMT相关因子活化，均可加速肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移[13-15]。

1.3 糖代谢重编程促进肿瘤细胞上皮间质转化

研究证实肿瘤细胞的代谢重编程与 EMT关系密切[16]。在常见的糖酵解代谢重编程中，由于相关调节酶的改变，可以反馈性地加速EMT进程，进而增强肿瘤细胞的侵袭迁移[17]。糖酵解过程中的第一个关键酶是己糖激酶2 (HK2)。葡萄糖被细胞摄取后经由HK催化磷酸化从而启动细胞糖酵解。肿瘤细胞中HK2表达明显升高，可提供足量ATP并促进糖酵解。抑制HK2可阻止乳腺癌细胞发生EMT[18]。而6-磷酸果糖被催化成为1,6-二磷酸果糖主要靠PFK完成。目前已经明确的PFK 最强变构激活剂是2,6-二磷酸果糖激酶(phosphofructoki- nase-2/fructose-2,6-bisphosphatase， PFKFB)。它的亚型PFKFB3通过活化磷酸果糖激酶-1(PFK-1)合成2,6-二磷酸果糖，进一步促进肿瘤糖酵解，加速肿瘤细胞增殖，在多种肿瘤呈现高表达[19]。除此以外，PKM作为糖酵解关键调节酶负责催化并生成丙酮酸，目前已知其具有4种亚型。其中PKM2在肺癌、肝癌、胶质瘤、肾癌等多种恶性肿瘤中表达提高，并且与肿瘤临床分期、预后等关系密切[20]。实验研究也发现其与肿瘤细胞EMT密切相关。PKM2被转运至核内与TGIF2相互作用，进而乙酰化组蛋白H3K9，干预E-cadherin表达，影响EMT[21]。

除了糖酵解相关酶对肿瘤细胞EMT的影响，肿瘤细胞糖酵解过程中的产物还可成为原料为发生EMT的肿瘤细胞提供充足的能源物质，有利于间质转化的细胞进一步发生侵袭转移。在诸多代谢产物中，最重要的是乳酸。相关研究证实乳酸可通过激活糖酵解相关酶活性，上调葡萄糖转运体蛋白 ( GLUT1、GLUT3等)的表达来加速肿瘤的糖酵解进程从而抑制OXPHOS[22-23]；乳酸还可导致肿瘤细胞所处的局部微环境氧气供给不足和酸碱失衡(pH值降低)，这将进一步提高缺氧诱导因子 (hypoxia inducible factor，HIF-1)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)等细胞因子的表达，从而对EMT发生起到诱导作用并促进肿瘤侵袭转移[24-25]；除此以外，乳酸可直接对细胞外基质进行重塑并诱导转化生长因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)活化，进而提高Snail 蛋白表达最终促进EMT发生[26]。综上所述代谢重编程是恶性肿瘤细胞生物学行为中必不可少的组成部分，糖酵解的增强将为肿瘤细胞的快速增殖、侵袭迁移提供充足的能量。

2 从痰论治肿瘤的理论及基础研究

2.1 从痰论治肿瘤的理论研究

2.1.1 从痰论治肿瘤的理论研究丰富

肿瘤与痰的密切联系历史悠久，古代医家对此论著颇丰。尽管随着社会的发展和医疗技术的进步，各种肿瘤手术成功率、患者生存率均有所上升，患者的生活质量也随之提高，但如何降低肿瘤的发病率才是重中之重，也是现代医学界面临的难题。中医学未病先防的“治未病”思想在早期预防肿瘤发生中发挥的巨大作用，值得我们重视。现代社会人们工作繁重、生活压力大、饮食结构不合理、睡眠失常等现象时有发生，造成体内气血津液失调，痰浊内生，停聚于体内脏腑、经络，反之影响气血津液运行分布，病程日久形成癥瘕积聚，化毒而成肿瘤。“癥瘕积聚”等病名最早可见于《黄帝内经》，现代医学所称的肺癌、胃癌、乳腺癌、食管癌、肠癌等均可以归入此范畴。痰与癥瘕积聚密不可分。古语有云：“凡人身上中下有块者，多是痰”(《丹溪心法》)。痰在不同脏腑中形成的癥瘕积聚，古人也做了一定描述。如“老痰郁痰，结成粘块……肺气被郁，凝浊郁结而成”(《明医杂著》)，表达了肺癌与痰的关系；“自热成积自积成痰，痰挟瘀血，遂成窠囊，此为痞痛噎膈翻胃之次第也”(《医学正传》)，阐述了胃癌与痰的关系；“大抵气血亏损，复因悲思忧虑，则脾胃受伤，血液渐耗，郁气而生痰，痰则塞而不能，气由上而不下，妨碍道路，饮食难进，噎塞所由成也”(《医宗必读·反胃噎塞》)，解释了食管癌与痰的关系；“妇人忧怒抑郁，朝夕积累，脾气消阻，肝气横逆，气血亏损，筋失荣养，郁滞与痰结成隐核”(《冯氏锦囊秘录》)，说明了乳腺癌与痰的关系；“有所结，气归之，卫气留之，不得复返。津液久留，合而为肠瘤”(《灵枢·刺节真邪》)，阐释了肠癌与痰的关系。

长征医院中医科是国家重点学科、上海市中西医结合肿瘤特色专科，在古代论著基础上进一步结合几十年临床经验进行归纳总结，提出肿瘤痰证理论。认为痰既是人体内津液代谢失常的病理产物，同时也是致病因素。痰不仅包括从口鼻而出的“有形之痰”，同时还包括滞留在脏腑、组织、关节、经络中的病理代谢产物，这也被称为“无形之痰”。“痰”具有易聚性，这与肿瘤不断增殖、容易复发的特性相似；痰还具有易行性，随着全身气血津液的流动可上达巅顶，下至足底，内到五脏六腑，外至肌表，还可运行于经络腠理之间，这也与肿瘤具有侵袭转移的特性相似。“凡人身中有结核，不痛不仁，不作脓者，皆痰注也”(《丹溪心法》)。取类比象是中医学中的重要概念，很多治则、治法都由此衍生而来。痰与肿瘤相似的特性，从理论上也说明从痰论治肿瘤具有明确的可行性[27-28]。

2.1.2 消痰散结为肿瘤治疗的重要治则

长征医院中医科在肿瘤痰证理论思想指导下自拟消痰散结方(院内制剂名：金龙蛇颗粒；专利号：ZL200610029063.5)用以治疗肿瘤。全方由制南星、制半夏、山慈菇、全蝎、蜈蚣、天龙、干蟾皮、鸡内金、甘草等药物组成。方中南星、半夏合用为治痰之君药，两者制用既增化痰之力，又能避免辛燥伤身。山慈菇甘凉入脾，能消脏腑已结之痰；全蝎、蜈蚣、天龙三种虫类药物合用可以通达内外，搜剔经络中痰邪；蟾皮兼有利水消胀作用，可使痰有去路，上五味均攻毒软坚散结，共为臣药。鸡内金健脾消滞，佐用以绝生痰之源。甘草和中补土以制湿，并缓和诸药之辛燥为使药。我科运用消痰散结方抗肿瘤的临床疗效显著，研究结论表明该药能延长患者生存时间，提高患者生活质量，配合放化疗、靶向等治疗能起到增效减毒的作用[29-34]。从理论到临床实践，以方测证，证实了肿瘤从痰论治的合理性。

2.2 从痰论治肿瘤的基础研究

在从痰论治肿瘤理论探讨及临床观察基础上，我科还进行了大量基础实验对效应机制深入研究。实验证实从痰论治肿瘤在抗增殖、侵袭转移过程中具有多靶点作用。消痰散结方能诱导肿瘤细胞周期阻滞(cyclinA2、cyclinB1、CDK2、CDK1)[35-36]、抑制肿瘤细胞增殖(P16基因甲基化、hTERT、PCNA、KDR、COX-2)[37-38]、促进肿瘤细胞凋亡(Caspase-3)[39]、干预肿瘤细胞侵袭迁移(IL-6、IL-8、TGF-β、RUNX3、NF-κB p65)[40-42]、遏制新生血管及淋巴管生成(微血管密度、VEGF-A/VEGF-2、VEGF-C及其受体VEGFR-3)[43-45]、影响肿瘤微卫星不稳定[46-47]、阻止肿瘤血管生成拟态形成(LN-5γ2、MMP-2、MMP-9)等[48]。除此以外，从痰论治肿瘤不仅能阻断肿瘤能量代谢重编程(HK2)[49]，还能逆转肿瘤细胞上皮-间质转化(E-cad、N-cad、Vimentin)[50]。但二者之间的相互关系仍然需要进一步实验研究。通过实验数据的挖掘证实了肿瘤的发生发展与痰的密切关联性，进一步证实了痰为肿瘤侵袭转移的物质基础，为运用消痰散结法抗肿瘤提供了实验佐证，还为肿瘤痰证理论的完善提供了强有力的数据支持，并有助于理论的升华及成果的持续转化。

3 结论与展望

综上所述，代谢重编程是恶性肿瘤的基本特征之一，糖酵解作为代谢重编程的重要组成比分，为肿瘤的发生发展提供能量和基本“原材料”，抑制糖酵解可阻断肿瘤进程。上皮-间质转化是肿瘤侵袭转移的前提。糖酵解与肿瘤细胞上皮-间质转化之间的关系是目前肿瘤学术界研究的热点，部分机制已经证实。从痰论治肿瘤临床数据真实可靠，基础实验结论正确扎实，如何借助热点从代谢重编程角度完善从痰论治肿瘤的基础及实验研究应得到更进一步的关注。由于痰是肿瘤发生发展的物质基础，肿瘤细胞糖酵解产生的能量及代谢产物可归结于痰浊范畴，尽管前期我们已经证实了从痰论治肿瘤能够多靶点干预肿瘤进程，但该方法是否能通过抑制糖酵解从而达到逆转肿瘤细胞EMT的作用仍需要进一步明确，这将为完善肿瘤痰证理论及消痰散结方抗肿瘤的机制提供帮助，有利于临床的推广运用。