糖酵解诱导肿瘤靶向药物耐药的相关分子及机制研究进展

赵亚，付靖，张钧硕，王韬，仝玉阳，仓顺东

郑州大学人民医院 河南省人民医院肿瘤科，郑州 450000

数据显示，我国恶性肿瘤发病率及病死率仍持续上升［1］。靶向治疗是多种肿瘤的主要治疗手段。目前常用的靶向药物包括小分子靶向药（抗EGFR、ALK、MET等抑制剂）、多靶点的多激酶抑制剂、单克隆抗体（抗CD20 的利妥昔单抗，抗HER2 的曲妥珠单抗等）及免疫抑制剂［2］。但大部分患者在治疗一段时间后会出现耐药，如何克服耐药性已成为当前抗肿瘤药物研究面临的主要问题。肿瘤细胞特征性的糖酵解是影响靶向药物耐药的重要因素之一［3］。正常情况下，机体摄入的葡萄糖经葡萄糖转运蛋白（GLUT）1 进入细胞质后首先通过糖酵解途径产生丙酮酸，随后经过三羧酸循环最终产生大量ATP 为机体供能，当机体供氧不足时，细胞则通过无氧糖酵解产生大量乳酸以维持能量供应。肿瘤细胞为满足快速增殖需要，即使在氧气充足的情况下，仍优先进行糖酵解［4-5］。糖酵解过程的中间产物也有助于肿瘤细胞快速增殖［6］。多项研究表明，肿瘤糖酵解活性增强可引起乳酸脱氢酶（LDH）水平升高，导致抗肿瘤免疫抑制剂效果减弱［7］。糖酵解过程中的转运蛋白、关键限速酶及代谢产物等可通过不同机制影响肿瘤进展及耐药产生，其中主要包括抑制细胞凋亡、促进肿瘤细胞上皮—间质转化（EMT）、诱导自噬等。本综述讨论了糖酵解途径中诱导耐药产生的相关分子，并介绍糖酵解诱导肿瘤靶向药物耐药的相关机制，为肿瘤靶向药物的基础研究和临床治疗研究提供参考。

1 糖酵解过程中参与肿瘤靶向药物耐药的相关分子

糖酵解过程是复杂的酶促反应链，涉及多个反应步骤及限速酶，并产生大量的中间代谢产物。其中参与诱导肿瘤耐药的分子包括GLUT、糖酵解酶及糖酵解代谢产物等。这些分子与肿瘤细胞复杂的信号通路相互作用，在调控肿瘤的生长代谢及诱导肿瘤靶向药物耐药方面发挥重要作用。

1.1 GLUT 人体编码GLUT 的基因包括编码钠非依赖性GLUT 蛋白的SLC2A 基因，编码钠依赖性GLUT 蛋白的SLC5A 基因和编码葡萄糖单向转运蛋白的SLC50A 基因［8］。研究发现，GLUT1、GLUT3、GLUT4 和GLUT5 可诱导抗肿瘤靶向药物产生耐药性。长链非编码RNA SLC2A1-AS1是抑制GLUT1表达的重要因子。SLC2A1-AS1 可与转录因子STAT3竞争性结合，使肝癌细胞中的FOXM1/GLUT1 轴失活，通过负调控GLUT1表达来抑制肝癌细胞糖酵解。而SHANG等［9］研究发现，SLC2A1-AS1在肝癌组织中表达下调，其失活肝癌细胞中FOXM1/GLUT1 轴的能力减弱，促使肝癌细胞中GLUT1表达增高，诱导细胞对靶向药物产生耐药性。

1.2 糖酵解关键酶 糖酵解途径的关键酶包括己糖激酶、磷酸果糖激酶1、丙酮酸激酶及LDH 等，其中前三者是糖酵解途径中重要的限速酶。YOO等［10］研究发现，肝细胞癌中过表达的己糖激酶2 可抑制索拉非尼诱导的肝癌细胞凋亡，且己糖激酶2的表达和活性与肝癌细胞对索拉非尼耐药有关，己糖激酶2抑制剂联合索拉非尼可增强体内抗肿瘤作用。在糖酵解过程中，磷酸果糖激酶-2/果糖-2，6-二磷酸酶（PFKFB）合成果糖-2，6-二磷酸，后者是磷酸果糖激酶1的变构激活剂。研究表明，抑制PFKFB3的表达可显著增强肿瘤细胞对厄洛替尼的敏感性［11］。丙酮酸激酶负责催化糖酵解途径的最后一步反应，它可将磷酸烯醇式丙酮酸和ADP 转化为丙酮酸和ATP［12］。丙酮酸激酶包括红细胞/肝型丙酮酸激酶和肌肉型丙酮酸激酶（PKM），其中PKM 有两种同工酶，分别为PKM1 和PKM2，PKM2 通常以低活性的二聚体形式广泛存在于肿瘤细胞中，促进肿瘤的发生发展。研究表明，PKM2 与EGFR-TKI 耐药相关，PKM2 能够促进乳腺癌和肺癌组织中热休克蛋白90 表达，后者可通过维持突变的EGFR 构象促进T790M 突变的肿瘤细胞耐药［13］。LDH 可将丙酮酸转化成乳酸，在LDH的两种亚型中，LDHA在肿瘤细胞中广泛表达，其不仅可以促进糖酵解过程，还可促进乳酸产生，重塑肿瘤微环境，抑制免疫系统，促进免疫逃逸。有学者对比了西妥昔单抗治疗敏感和耐药的尤因肉瘤细胞中LDHA 的表达水平，结果显示耐药组肿瘤细胞LDHA mRNA 及蛋白表达上调，该研究从肿瘤细胞代谢角度揭示了西妥昔单抗耐药的机制，有助于新型抗肿瘤药物的研发［14］。

除上述直接参与糖酵解的酶外，一些间接对糖酵解有影响的其他酶也与肿瘤耐药有关。糖酵解与线粒体氧化磷酸化之间的一个关键限速步骤是丙酮酸脱氢酶复合物（PDHC）将丙酮酸脱羧为乙酰辅酶A，乙酰辅酶A 进入线粒体中的三羧酸循环。丙酮酸脱氢酶激酶作为PDHC 的上游负调节因子，可通过磷酸化Ser293、Ser300、Ser232上的PDHE1而降低PDHC活性。有研究报道，丙酮酸脱氢酶激酶1过表达与不同类型恶性肿瘤耐药的发生有关［15］。因此，抑制PDHC 表达或过表达丙酮酸脱氢酶激酶可促进糖酵解，进而诱导耐药性产生［16-18］。

1.3 糖酵解代谢物 糖酵解代谢物中的丙酮酸、乳酸及ATP 本身就与耐药性有关。丙酮酸是糖酵解过程中重要的中间体。研究发现，肿瘤细胞转移需要丙酮酸驱动细胞外基质的胶原蛋白羟基化。具体机制为摄入丙酮酸促使α-酮戊二酸产生，后者通过增加胶原蛋白脯氨酰-4-羟化酶A 活性以激活胶原蛋白羟基化。抑制丙酮酸代谢可抑制胶原蛋白羟基化过程，进而抑制肿瘤细胞转移灶的生长［19］。乳酸最早被认为是机体代谢产生的废物，随着研究的深入，研究者发现，乳酸能在各种条件下作为能源物质被使用，当肿瘤细胞快速增殖消耗大量葡萄糖时，乳酸能够为其供能。高浓度乳酸形成的pH 6.0 ～ 6.6的酸性环境对肿瘤细胞的转移、血管生成、耐药性的产生都非常重要。有研究表明，乳酸能促进肿瘤转移，亦可作为关键调控分子影响肿瘤细胞对靶向药物治疗产生耐受［20］。有学者发现，连续或长时间应用EMT 抑制剂+EGFR-TKI 治疗会导致肿瘤细胞中的Warburg 代谢加剧，释放大量乳酸，导致肝细胞生长因子产生，激活肿瘤细胞中的MET 扩增，从而导致肿瘤细胞对EGFR-TKI耐药［21］。

2 糖酵解诱导肿瘤靶向药物耐药的机制

2.1 抑制肿瘤细胞凋亡 诱导细胞凋亡是肿瘤靶向药物的主要治疗机制。肿瘤细胞抗凋亡作用主要通过几种方式实现。首先是DNA损伤修复。肿瘤靶向药物可直接或间接损伤肿瘤细胞的DNA，当基因组出现损伤时，DNA 的损伤修复能力决定了肿瘤细胞对靶向药物的敏感程度。研究表明，肿瘤细胞受到遗传毒性刺激时，糖酵解增强，通过非同源染色体末端连接促进DNA 修复，促进肿瘤细胞存活［22］。其次是预防DNA损伤。细胞的氧化磷酸化通常伴随着大量的活性氧（ROS）产生，进而导致DNA 损伤，ROS在超过一定阈值时可诱导细胞凋亡［23］。研究表明，糖酵解中间产物进入磷酸戊糖途径，产生的核糖-5-磷酸用于核苷酸合成，并再生成还原型辅酶Ⅱ以提供谷胱甘肽和硫氧还原蛋白的还原能力，后两者都能够清除ROS 以避免DNA 损伤［24］。此外，丙酮酸还可直接清除自由基，发挥抗凋亡作用［25-26］。最后，糖酵解也可以通过直接影响凋亡过程中的单个因子来抑制细胞凋亡。例如，PKM2通过调节B细胞特大淋巴瘤因子转录来影响细胞存活［27］。己糖激酶2 也可以通过直接插入线粒体外膜来抑制促凋亡蛋白（如Bax）诱导的线粒体功能障碍和细胞死亡［28］。

2.2 促进EMT 在EMT 期间，肿瘤细胞通过抑制上皮E-钙黏蛋白表达和获取间充质标志物而失去细胞间的黏性，从而达到远处转移的目的。EMT 是肿瘤转移和靶向耐药的关键驱动因素，如EGFR 突变型肺腺癌向小细胞肺癌的表型转化被认为是EGFR抑制剂耐药的机制之一［29］。EMT 过程还赋予肿瘤细胞耐药性及肿瘤干细胞样特性［30］。LEE等［31］建立了吉非替尼耐药的PC9 和HCC827 细胞系，发现它们没有EGFR-T790M 突变和MET 扩增，但出现了EMT 表型。利用EMT 诱导剂使上述细胞系中EMT表型增加，可促进它们对吉非替尼的耐药性。另有学者研究了肺癌微环境中氧气感受器与低氧信号通路和EMT 之间的联系，结果显示，脯氨酸羟化酶3（PHD3）是EMT 的关键调节因子，PHD3 缺失可促进肿瘤细胞中EMT 的发生。有研究表明，降低PHD3的表达可导致非小细胞肺癌患者对厄洛替尼治疗产生耐受，患者预后更差。而在肺癌细胞中重新表达PHD3 能够抑制肺癌细胞的EMT 及转移，增强肺癌细胞对厄洛替尼治疗的敏感性［32］。研究发现，糖酵解可以诱导EMT，从而诱发耐药表型产生［33］。在肿瘤细胞EMT 期间，PKM2易位到细胞核，可直接与结肠癌细胞中TGF-β 诱导的因子同源盒2 相互作用，招募组蛋白脱乙酰化酶3 以抑制E-钙黏蛋白转录，促进肿瘤细胞转移［34］。

2.3 诱导自噬 自噬诱导也是糖酵解促进肿瘤对靶向药物耐药的机制。自噬是一种细胞自我消化和分解代谢的过程，为细胞提供营养，以便在遇到禁食或其他形式的刺激（包括抗肿瘤药物诱导的应激）期间维持重要的细胞功能［35］。在自噬过程中，线粒体和破碎细胞器中未折叠的蛋白被自噬相关蛋白清除，自噬相关蛋白也可以通过调节糖酵解关键酶表达以调节肿瘤细胞糖酵解过程。当自噬活性受损时，肿瘤细胞可通过增加糖酵解来存活［36］。研究者发现，自噬可促进HER2 阳性乳腺癌细胞对拉帕替尼的耐药性［37］。另有研究表明，自噬已成为EGFRTKI 治疗的肿瘤细胞获得性耐药的潜在机制之一。EGFR-TKI 和EGFR 单克隆抗体治疗可诱导多种肿瘤细胞自噬，包括胶质母细胞瘤、外阴鳞癌、结直肠腺癌和非小细胞肺癌等，导致肿瘤对EGFR-TKI 治疗产生耐药性［38］。研究表明，糖酵解可通过不同方式诱导自噬，从而诱导自噬相关耐药的产生。己糖激酶2 被证实可与mTOR 相互作用并抑制后者在乳腺癌MCF-7 细胞中的活性［39］。mTOR 是自噬的负调节剂［35］，通过己糖激酶2降低其活性可增强自噬，从而使肿瘤细胞对雌激素受体拮抗剂他莫昔芬产生耐药。Beclin-1 是参与自噬体形成的关键蛋白质，LDHA 通过与Beclin-1 相互作用并激活Beclin-1 来促进乳腺癌细胞自噬，进而导致乳腺癌细胞对他莫昔芬产生耐药性［40］。

肿瘤细胞对靶向药物耐药的产生机制十分复杂，是各种因素相互作用的结果，但具体机制尚未完全阐明。越来越多的证据表明，肿瘤细胞糖酵解过程与靶向药物耐药密切相关。肿瘤细胞异常的糖酵解过程有助于其快速增殖以适应营养受限的条件并形成耐药性表型。未来抗肿瘤治疗研究中，可将靶向糖酵解的药物与现有的抗肿瘤靶向药物联合应用，可能有助于克服肿瘤耐药性，对提高治疗效果具有重要意义。