聶勇戰：靶向胰腺癌代謝的治療價值

專家論壇

靶向胰腺癌代謝的治療價值

高先春 聶勇戰

西京消化病醫院

聶勇戰，主任醫師、 教授，西京消化病醫院十科腫瘤病區主任、消化內科副主任，腫瘤生物學國家重點實驗室副主任。2002年至2009年留學美國耶魯大學醫學院。長江學者特聘教授、國家傑出青年基金獲者、首屆國家萬人計劃入選者、國家百千萬人才工程入選者，中華醫學會消化學分會青委副主任委員、中國抗癌協會整合腫瘤學分會主任委員、中國醫師協會結直腸癌專委會常委、中國臨床腫瘤學會（CSCO）理事和腫瘤免疫治療專家委員會委員。國家十三五重點研發計劃慢病專項消化道腫瘤標誌物研發首席負責人，國家自然科學基金重點項目和國際合作項目負責人， 牽頭和參與多項國家級多中心臨床試驗。臨床專長於消化系統病診治、胃腸道腫瘤診治療及其臨床研究。主要研究方向為肝臟糖脂代謝調控機制、消化道腫瘤診斷標誌物發現驗證和機制研究、腫瘤細胞免疫治療的臨床轉化研究。以通信作者或第一作者在Nature Cell Biology、Journal of Cell Biology、Hepatology、Journal of Hepatology、Oncogene等發表SCI論著110餘篇。被引用3 400餘次。

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多數胰腺導管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC）診斷時已處於晚期，失去了手術治療機會，且對化療、放療和靶向治療等均反應較差，急需尋求新的治療方法以改善目前的治療困境。PDAC作為乏血供腫瘤，腫瘤細胞需要面對營養物質剝奪、低氧、高氧化應激等嚴峻挑戰。為滿足新陳代謝和增殖生長的能量需求，癌細胞需要進行代謝重編程，重塑其能量代謝途徑。該途徑與正常組織細胞代謝間的差異表現為葡萄糖有氧糖酵解增強，谷氨醯胺分解代謝活躍，自噬增強等。近幾年大量研究結果表明，靶向PDAC的癌細胞獨立依賴的代謝途徑將可能為胰腺癌治療提供新的方向。

一、PDAC的代謝特徵

1．組織學特徵：PDAC組織內除癌細胞外還存在大量的成纖維細胞、炎症細胞等非腫瘤細胞，其周圍包繞了由I型膠原、透明質酸等纖維化成分構成的緻密的細胞外基質，使胰腺癌組織內的壓力升高達正常胰腺組織的近10倍。較高的腫瘤內壓力，加之PDAC組織內微血管密度較低，導致PDAC組織內灌注不足，造成癌細胞內氧供不足和營養缺乏的腫瘤微環境，因此癌細胞需要更加高效地利用有限的能源以維持腫瘤細胞新陳代謝和生長增殖。

2．代謝重編程的分子基礎：K-ras、p16/CDKN2A、p53和SMAD4等多種基因突變與PDAC的發生關係密切，其中Kras是PDAC發生過程中最早突變的基因之一，90%以上的浸潤性胰腺癌存在K-ras點突變。K-ras基因編碼的蛋白是一種在細胞信號轉導中發揮重要作用的小GTP酶，其主要通過絲裂原激活蛋白激酶改變PDAC癌細胞代謝途徑以適應腫瘤微環境。因此K-ras基因突變在代謝重編程中發揮重要作用。

3．葡萄糖代謝：葡萄糖是重要的能源物質，PDAC癌細胞通過改變多種關鍵代謝酶的活性調控葡萄糖流向。正常細胞內的葡萄糖主要在線粒體中進行氧化磷酸化，為細胞提供能量。而PDAC腫瘤細胞內的葡萄糖則大量進入產能效率較低的糖酵解途徑生成乳酸，即使是在有氧條件下也如此。這種有氧糖酵解或Warburg效應的代謝途徑不僅可以為細胞提供能量，同時產生大量碳源用於合成氨基酸、脂類和核酸等物質。K-ras突變一方面可以通過上調葡萄糖轉運蛋白GLUT1表達，增加對細胞外葡萄糖的攝取能力，另一方面可通過上調己糖激酶表達，促進糖酵解的發生。此外，低氧和Kras突變可促進葡萄糖流向氨基自己糖途徑和磷酸戊糖途徑，分別為蛋白糖基化和核酸合成提供底物。丙酮酸激酶催化糖酵解的最後一步反應中的M2型丙酮酸激酶（PKM2）在促進PDAC癌細胞增殖中具有重要作用。研究發現，近70%的PDAC高表達PKM2，而阻斷PKM2表達可抑制腫瘤細胞增殖並促進細胞凋亡。基於癌細胞對葡萄糖攝取增加的原理設計的18氟脫氧葡萄糖（FDG）PET/CT可通過觀察腫瘤細胞對18FDG的攝取能力判斷腫瘤性質，但僅50% PDAC為陽性，說明PDAC能量供應除了利用葡萄糖外，可能還利用其他能源物質。

4．谷氨醯胺代謝：谷氨醯胺（Glutamine, Glu）是體內含量最豐富的非必需氨基酸，高度依賴谷氨醯胺提供碳源和氮源用於合成代謝是PDAC癌細胞區別於正常細胞的又一重要代謝特徵。對於18FDG PET/CT陰性的胰腺癌可能就是利用谷氨醯胺作為主要的能源物質。K-ras基因可以促進腫瘤細胞非標準化利用谷氨醯胺調節氧化還原平衡，支持腫瘤細胞增殖。大多數細胞利用谷氨酸脫氫酶在線粒體中將谷氨醯胺來源的谷氨酸鹽轉化成α酮戊二酸以促進三羧酸循環，而PDAC癌細胞卻依靠不同的途徑，表現為谷氨醯胺來源的天冬氨酸被轉運到細胞質，在細胞質內被天冬氨酸轉氨酶轉變為草醯乙酸，隨後轉化成蘋果酸，最終轉化成丙酮酸，增加可能維持細胞氧化還原狀態NADPH/NADP+比例，若抑制這一系列反應中任何組分酶的活性可顯著抑制PDAC的生長。此外，缺氧也可誘導谷氨醯胺轉化為谷胱甘肽，其作為一種重要的還原劑對抗線粒體產生的活性氧。這種胰腺癌細胞獨特依賴的而非正常細胞所必須的通路，將可能成為新的治療靶點。

5．營養物質再利用的大自噬：大自噬（以下稱為自噬）是指由內質網來源的膜包繞細胞器及等待降解的細胞內大分子成分形成自噬體，隨後與溶酶體融合併降解其內容物重新變為細胞的營養物質。對正常細胞而言，自噬是免疫監視的必備成分，幫助抑制細胞惡性轉化；對於已經惡變的細胞，自噬有助於腫瘤細胞應對細胞內外各種應激，增加腫瘤細胞的抵抗力和支持腫瘤進展。PDAC的K-ras、p53等基因突變及低氧均可誘導自噬發生。從胰腺上皮內瘤演變到PDAC，自噬水平逐漸增加。PDAC癌細胞的自噬在維持細胞內氨基酸庫穩定、嘌呤核苷酸補救合成中具有重要作用，抑制或清除自噬可導致癌細胞死亡和癌移植瘤體積縮小，降低化療抵抗。新近研究發現，PDAC癌細胞自噬的發生部分依賴於MiT/TFE家族轉錄因子的驅動，沉默MiT/TFE基因表達可阻礙癌細胞生長。

6．營養物質攝取的巨胞飲：巨胞飲是一種高度保守的內吞過程，通過細胞膜皺褶形成大且不規則的內吞小泡，可以非選擇性地內吞細胞外液體和其中溶解物。K-ras基因可促進PDAC癌細胞以巨胞飲方式攝取細胞外蛋白質，隨後通過溶酶體將這些蛋白質分解為氨基酸，維持細胞內氨基酸池的穩定。最近有學者將攜帶白蛋白的微型裝置植入到活體小鼠胰腺癌組織內直接觀測到腫瘤細胞通過巨胞飲攝取蛋白質的現象，而癌旁組織和非癌性組織均未觀察到這種現象。抑制巨胞飲可降低PDAC癌細胞內氨基酸水平，阻礙癌細胞生長。雖然90%以上的PDAC存在K-ras基因突變，但目前多種試圖通過藥物靶向K-ras基因的特異性殺傷癌細胞的治療效果令人失望，而通過外泌體攜帶靶向K-ras基因的小干擾RNA或短髮夾RNA對小鼠PDAC癌細胞移植瘤具有顯著的抗腫瘤作用，其作用機制可能與PDAC癌細胞的巨胞飲密切相關。

二、靶向代謝治療的機遇和挑戰

1．靶向葡萄糖代謝酶：糖酵解最後一步是通過乳酸脫氫酶（LDHA）將丙酮酸轉化為乳酸，同時將NADH氧化為糖酵解途徑生成丙酮酸過程中能量轉換的必須物質——NAD+。FX11是一種靶向LDHA的小分子抑製劑，可抑製糖酵解，阻礙乳酸生成，導致氧化還原失衡，從而促進腫瘤細胞凋亡和抑制生長，然而其療效與p53狀態密切相關。野生型p53移植瘤對FX11完全耐葯，而p53突變的移植瘤則細胞凋亡增加、增殖指數減低，生長減慢。使用LDHA抑製劑GNE140干預後，大部分癌細胞通過激活AMPKmTORS6K通路增強線粒體內葡萄糖氧化磷酸化（OXPHOS）進行代償，但這些細胞對OXPHOS抑製劑苯乙雙胍非常敏感。同屬雙胍類降糖葯的二甲雙胍可以抑制NADH脫氫酶和線粒體呼吸，對胰腺癌具有抗腫瘤效果。但最近一項評估常規降糖劑量的二甲雙胍（1 000 mg，每日2次）聯合吉西他濱和埃羅替尼治療局部晚期或轉移性胰腺癌臨床研究顯示，其6個月整體生存率與安慰劑組的差異無統計學意義（56.7%比63.9%）。最近已有基礎研究證實更加強效的雙胍類藥物或二甲雙胍類似物顯示出更強的抗增殖效果，但該類藥物能否轉化應用於臨床值得進一步研究。

2．靶向谷氨醯胺代謝酶：在谷氨醯胺的分解代謝中，首先由谷氨醯胺酶將谷氨醯胺轉化為谷氨酸鹽，抑制谷氨醯胺酶活性可降低PDAC癌細胞抗氧化能力，抑制細胞增殖。雖然靶向谷氨醯胺代謝途徑中關鍵酶的方法在體外細胞實驗中顯示出良好的效果，但體內試驗卻幾乎無效。無論是體外還是體內試驗，使用單一藥物抑制谷氨醯胺代謝途徑中的關鍵酶，PDAC癌細胞均顯示出強大的代謝補償能力，故難以取得持久的抗腫瘤效果。β拉帕醌可作為醌氧化還原酶1（NQO1）的底物，在NQO1作用下通過無效的氧化還原循環反應產生大量活性氧自由基，耗竭NAD+。谷氨醯胺酶抑製劑（BPTES或 CB839）聯合β拉帕醌的抗腫瘤作用顯著增強，谷氨醯胺酶抑製劑（BPTES納米顆粒）聯合二甲雙胍應用也顯示出良好的抗腫瘤療效，提示谷氨醯胺代謝酶抑製劑與其他抗代謝藥物聯合應用是一個很好的進一步探索方向。

3．抑制自噬途徑：第一項關於抑制自噬治療胰腺癌的臨床試驗是使用羥氯喹單葯治療轉移性胰腺癌，但2個月無進展生存率僅10%，未見顯著性治療效果。單純抑制自噬，PDAC仍然可通過其他的能量替代途徑進行代償，因此抑制自噬的單一療法潛在功效很低。另一項術前給予羥氯喹聯合吉西他濱行新輔助化療的治療方案在術後無病生存率和無進展生存率方面均顯示出積極的效果。

4．利用巨胞飲的富集效應：目前紫杉醇白蛋白結合型已被推薦為胰腺癌化療的一線藥物，它是採用納米技術將紫杉醇與人血白蛋白結合形成納米顆粒，利用癌細胞通過巨胞飲大量攝取白蛋白的機制達到紫杉醇在腫瘤細胞內特異性富集的效果。

三、展望

雖然近年來我們對胰腺癌代謝改變的問題有了全新的認識，但是將靶向代謝發展為一種有效的抗癌療法應用於臨床仍面臨諸多挑戰。紫杉醇白蛋白結合型是目前利用腫瘤細胞不同於正常組織代謝方式所研製的抗腫瘤法的成功範例。由於PDAC中存在複雜的反饋環路以及平行和相互影響的能量供給網路，抑制PDAC能量代謝途徑中的單一通路可能難以獲得滿意的效果。聯合應用多種抗代謝藥物和多靶點作用具有廣闊的發展潛力，基於PDAC腫瘤細胞代謝方式的個體化治療將可能進一步提高PDAC的治療效果。

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