多發性骨髓瘤的代謝特徵

丁香葉

概要

癌症因其細胞變化而聞名，有助於腫瘤生長和細胞增殖。作為這些變化的一部分，在幾種癌症中鑒定出代謝重排，包括多發性骨髓瘤（MM），其是惡性漿細胞在骨髓（BM）中累積的病症。這些代謝變化包括MM細胞中代謝物的產生，抑制和積累以及代謝變化。 BM微環境的變化可能是進行此類調整的原因。與健康細胞相比，在MM細胞中發現糖酵解和谷氨醯胺酶的增強。代謝物和酶可以被上調或下調，並且在耐藥性中起關鍵作用。因此，本綜述將重點關注與抗藥性出現相關的葡萄糖和谷氨醯胺代謝的變化。此外，代謝物不僅影響其他代謝成分，有利於癌症的發展;它們還干擾參與增殖和凋亡調節的轉錄因子。

1.簡介

在這篇綜述中，我們關注多發性骨髓瘤（MM）中癌症代謝的機制，這是一種血液系統惡性腫瘤，被描述為骨髓功能障礙細胞（BM）的擴張。這種惡性漿細胞的擴增和積累與血清和尿液中高水平的單克隆蛋白（M-spike）有關[1]。這種疾病之前通常是一種癌前病症，稱為意義不明的單克隆丙種球蛋白病（MGUS），MM出現[1,2]。惡性漿細胞的擴增和過量的M蛋白的產生導致MM中經常觀察到的以下癥狀：高鈣血症，腎衰竭，貧血和骨病變（CRAB特徵）[3,4]。報告估計每年歐洲新發病例41,719例，死亡人數20,462例。在全球範圍內，MM每年影響每100,000人中有1-5人。儘管治療取得了進展，但MM仍然是一種無法治癒的疾病，由於人口老齡化，患病率繼續增加，診斷時的中位年齡為73-75歲[5,6,7]。早期療法是美法侖與潑尼松聯合，然後是美法侖和自體造血幹細胞移植。在過去十年中，新型療法改善了MM患者的生存，例如蛋白酶體抑製劑硼替佐米和免疫調節藥物（IMiDs）沙利度胺，來那度胺和泊馬度胺。此外，已經顯示了用單克隆抗體daratumumab的有希望的初步結果。這些藥物還與免疫抑製藥物地塞米松合用[8,9]。這些藥物可以提高完全反應率和總體生存率[9]。儘管總體存活率有所提高，但MM患者最終複發。這種複發的主要原因是耐藥性的發展。這可能是基因突變或核糖體蛋白（60S核糖體蛋白的單等位基因丟失）本質上，其中核糖體蛋白減少與腫瘤進展和耐藥性相關;或BM外部微觀環境[10,11]。

眾所周知，實體腫瘤中強烈和複雜的新生血管形成會增加腫瘤的生長和轉移[12,13]。類似地，儘管MM是位於BM中的非實體腫瘤，但通過分泌諸如血管內皮生長因子（VEGF）和成纖維細胞生長因子-2（FGF-2）的細胞因子來增加血管發育。此外，白細胞介素-6（IL-6）由BM內皮細胞分泌，其促進MM細胞中的細胞生長。這導致血管形成的增加，其促進MM進展並且與不良存活相關。雖然已經研究抗血管生成療法作為MM中的抗癌劑，但這可能具有一些副作用。血管生成導致更高的氧通路，導致較低的缺氧環境。因此，抗血管生成療法的使用將導致更加缺氧的環境，以及更高的腫瘤細胞的糖酵解速率[1,14,15,16]。

除了IL-6的作用外，還存在IL-6和IL-3的協同活性，導致漿細胞從外周血單核細胞分化[17]。

BM微環境由兩個不同的隔室組成：細胞和非細胞隔室。前者包括一方面對免疫系統重要的造血細胞和另一方面非骨髓基質細胞（BMSC），成纖維細胞，成骨細胞和血管等非造血細胞[1,18]。非細胞區室由纖連蛋白，層粘連蛋白和膠原蛋白組成[19]。惡性細胞對BM微環境的功能有影響，有利於它們的存活和生長。實際上，MM細胞通過粘附與BMSC相互作用，導致細胞周期途徑和抗細胞凋亡途徑的激活，如Janus激酶（JAK）/信號轉導和轉錄激活因子3（STAT3），這導致抗體的上調。凋亡蛋白BcL-xL和Mcl-1。 NF-κB信號傳導也被凋亡蛋白抑製劑（IAP）激活作為抗凋亡蛋白[1,20]。 MM細胞對BM的這些作用可以解釋MM患者中貧血的存在，因為浸潤的MM細胞可能不利於骨髓紅細胞生成細胞，這可能導致由於MM細胞產生特異性細胞因子（例如Fas配體）導致的紅細胞凋亡（ FL），腫瘤壞死因子（TNF）和TNF相關凋亡誘導配體（TRAIL）[21]。

MM的進一步特徵在於骨溶解，其中惡性漿細胞激活破骨細胞（OC）祖細胞並引發破骨細胞骨吸收。通過血管細胞粘附分子1（VCAM-1）和α4β1整聯蛋白在BM中粘附MM細胞來刺激破骨細胞形成。與核因子κB配體（RANKL）的受體激活劑一起，它們屬於誘導骨溶解的破骨細胞生成因子[22,23]。此外，由惡性漿細胞分泌的白細胞介素-1β（IL-1β）和TNF-β被定義為破骨細胞激活因子（OAF），因為它們具有破骨細胞活化和骨重吸收功能[24]。

除了BM細胞在BM微環境中誘導的變化之外，與健康漿細胞相比，這些惡性漿細胞本身經歷代謝變化。 MM細胞中已知的代謝重排是葡萄糖途徑，谷氨醯胺途徑，絲氨酸代謝，戊糖磷酸途徑（PPP）和葉酸途徑的調整。此外，細胞代謝和BM環境的總體變化誘導MM的耐藥性。

2.一般癌症代謝

每個健康細胞都有義務從環境中輸入營養物質以滿足生物合成需求。這允許增殖，分化和遷移。葡萄糖和谷氨醯胺是哺乳動物細胞存活必不可少的[25]。實際上，葡萄糖可以通過不同的葡萄糖轉運蛋白進入細胞：GLUT1（紅細胞，血管內皮），GLUT2（肝細胞，胰腺β細胞，腸粘膜和腎細胞），GLUT3（神經元）和GLUT4（骨骼肌和心肌），其中每種膜蛋白的表達取決於細胞類型[26]。葡萄糖進入細胞後，糖酵解的過程開始;它經歷了細胞質中的幾次轉化，最終產生2摩爾丙酮酸和2摩爾三磷酸腺苷（ATP）。首先，在加入磷酸基團後葡萄糖轉化為葡萄糖-6-磷酸，這防止了葡萄糖的流出。形成果糖-6-磷酸，然後是果糖-2,6-二磷酸，d-甘油醛3-磷酸，1,3-二磷酸甘油酸，3-磷酸甘油酸，2-磷酸甘油酸和磷酸烯醇丙酮酸（PEP）。在最後一步中，丙酮酸在PEP轉化後形成，PEP由丙酮酸激酶（PK）催化[27]。

接下來，丙酮酸進入線粒體的基質並通過丙酮酸脫氫酶（PDH）的酶活性被氧化成乙醯-CoA，丙酮酸脫氫酶是三羧酸循環（TCA）的開始，也稱為Krebs循環，在有氧條件下條件。乙醯輔酶A與草醯乙酸的融合形成檸檬酸鹽作為TCA循環中的下一代謝物[28]。接下來，產生異檸檬酸，然後產生α-酮戊二酸（αKG），琥珀酸鹽，富馬酸鹽，蘋果酸鹽和草醯乙酸鹽（圖1）。通過到達草醯乙酸完成循環，然後重新開始[29]。每個重排步驟以電子的形式釋放能量，所述能量被所謂的電子穿梭器接受，例如煙醯胺腺嘌呤二核苷酸（NAD +）和黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）。這些分子負責高能電子的傳輸。當能量釋放時??，電子穿梭機捕獲能量並被還原成煙醯胺腺嘌呤二核苷酸氫（NADH）和FADH2。最後，電子穿梭機被運送到位於線粒體內膜的電子傳遞鏈，產生ATP [30]。氧化磷酸化（OXPHOS）是一種非常有效的機制，在有氧條件下從1摩爾葡萄糖中產生36摩爾ATP。然而，在厭氧條件下，由於細胞質中丙酮酸的減少而產生乳酸，然後通過單羧酸轉運蛋白（MCT）從細胞中排出[28]。通過乳酸脫氫酶（LDH）實現丙酮酸鹽還原成乳酸鹽。

圖1

MM細胞中葡萄糖和谷氨醯胺代謝中靶標的示意圖。施用誘導刺激或抑制的化合物後MM細胞中的代謝重排。 3BP通過MCT4進入細胞並通過VDAC抑制連接到線粒體外膜的HKII，導致ATP減少和活細胞損失。 2DG通過GLUT進入細胞並被HKII磷酸化。磷酸化形式不能被代謝並因此導致糖酵解阻塞而累積。化合物20抑制GLUT4，導致化學增敏。在向MM細胞中添加DCA後抑制PDK對PDH的抑制，其抑制PDK。結果，PDH活性增加並且乳酸產生減少，從而增加TCA活性。 CHC是一種MCT1競爭性抑製劑，可阻止乳酸進入細胞。由於ATP減少，這種燃料的缺乏導致細胞凋亡。然而，BMSC向MM細胞提供乳酸。谷氨醯胺通過三種轉運蛋白進入細胞：ASCT2，LAT1和SNAT1，ASCT2是主要的谷氨醯胺轉運蛋白。化合物968抑制GLS誘導MYC降解和CD47和PD-L1降低。 MM細胞缺乏GS，導致細胞內谷氨醯胺濃度低並導致谷氨醯胺流入量增加。 GPNA是谷氨醯胺轉運蛋白抑製劑並且在細胞內誘導缺乏谷氨醯胺，這不利於AA合成並降低mTORC1活性，導致較少的細胞增殖。 L-天冬醯胺酶不是抑制谷氨醯胺轉運蛋白，而是水解谷氨醯胺。 AA，氨基酸; BMSC，骨髓基質細胞; 3BP，3-溴丙酮酸; CHC，α-氰基-4-羥基肉桂酸; DCA，二氯乙酸酯; 2DG，2-脫氧葡萄糖; 2-DG-6-P，2-脫氧葡萄糖-6-磷酸; G-6-P，葡萄糖-6-磷酸; GLDH，谷氨酸脫氫酶; GLS1，谷氨醯胺酶1; GLS2，谷氨醯胺酶2; GPNA，1-γ-谷氨醯基對硝基苯胺; GS，谷氨醯胺合成酶; HKII，己糖激酶II; LDH，乳酸脫氫酶; MM，多發性骨髓瘤; MYC，骨髓細胞瘤病癌基因細胞同源物; PDH，丙酮酸脫氫酶; PDK，丙酮酸脫氫酶激酶; PEP，磷酸烯醇丙酮酸; PKM2，丙酮酸激酶M2;活性氧，活性氧; VDAC，電壓依賴性陰離子通道;

減少;

，強勢減少;

， 增加;

，強勢增長。

除葡萄糖外，谷氨醯胺是迄今為止最豐富的氨基酸之一，對維持和促進正常細胞功能至關重要。谷氨醯胺增強增殖，分化，細胞因子產生和細胞凋亡。此外，它是核苷酸和核酸合成的前體[31]。首先，谷氨醯胺可以通過幾種轉運蛋白如中性氨基酸轉運蛋白（ASCT2）轉運到細胞中（圖1）。進入細胞後，谷氨醯胺可用於生物合成[32,33]。谷氨醯化過程發生在細胞的兩個不同部分，類似於葡萄糖代謝：胞質溶膠和線粒體。首先，谷氨醯胺可以通過胞質溶膠中的谷氨醯胺酶1（GLS1）轉化為谷氨酸。在線粒體中，它通過谷氨醯胺酶2（GLS2）轉化，在那裡它可以通過谷氨酸脫氫酶（GLDH）或氨基轉移酶進一步氧化成αKG，然後如上所述通過產生線粒體NADH，NADPH和氨參與TCA循環[29， 34,35,36]。除了參與TCA循環外，谷氨醯胺還用於核酸的生物合成[36]。嘌呤核苷酸的形成始於5-磷酸-α-核糖基-1-焦磷酸（PRPP）通過谷氨醯胺PRPP轉氨酶轉化，其中谷氨醯胺向PRPP提供氨基並進一步歸因於氮並以肌苷一磷酸結束，這是完全的在一系列反應後形成嘌呤核苷酸。在該核酸合成中，還使用甘氨酸，天冬氨酸，ATP和四氫葉酸[37,38]。

葡萄糖，谷氨醯胺和各種其他營養素進入細胞是這種複雜的代謝機制的開始，這對細胞呼吸起著至關重要的作用，從而激發這些營養素轉化為生化能量。當比較糖酵解與谷氨酸分解時，兩種過程都導致能量產生和核苷酸合成。不同之處在於糖酵解提供更多的乳酸並減少線粒體萎縮。谷氨醯胺解導致氨基酸合成和脂肪酸合成。這些機制共同促進癌細胞的生長和存活[39]。然而，癌細胞的特徵在於代謝改變，並且這種癌症因癌症類型而異。由於疾病的高度異質性，代謝特徵根據癌症類型而變化很大[28,40]。然而，大多數惡性細胞具有增強的有氧糖酵解，也稱為「Warburg效應」，是共同的。這種效應被描述為在氧氣存在下葡萄糖轉化為乳酸[41]。由於腫瘤細胞通常存在於缺氧環境中，因此組成型和高糖酵解通量可能是惡性細胞對環境壓力的適應[30]。由於解釋癌細胞的高糖酵解通量，線粒體OXPHOS被認為被Warburg削弱或削弱。然而，最近的研究發現，線粒體OXPHOS機制仍然沒有受到傷害，並且由於糖酵解增強而OXPHOS被抑制，而不是機制中的缺陷[28,42]。這種效應是可逆的：根據Fantin等人的觀察，當糖酵解被抑制時，線粒體OXPHOS可以恢復其功能。 [28,43]。此外，增加的葡萄糖消耗可以通過成像技術正電子發射斷層掃描（PET）用作成功的診斷工具，其中葡萄糖類似物，放射性氟標記（18F-氟脫氧葡萄糖（18F-FDG））用作示蹤劑[25]。 ，41]。

在葡萄糖之後，谷氨醯胺最常用於癌細胞中的能量。通過αKG的產生，提供補缺通量的過程之一是谷氨酸分解[29]。氨基酸負責用於細胞增殖的各種重要組分形成[44]。如本綜述前面所述，谷氨醯胺通過許多不同的轉運蛋白進入細胞，並且可以直接用於這種氨基酸的分子結構中存在的氨基氮用於己糖胺和癌細胞中的核苷酸合成[44,45]。在進一步的步驟中，谷氨醯胺可以轉化為谷氨酸，然後轉化為進入TCA循環的αKG以產生能量。此外，He等人已經顯示出谷氨醯胺的從頭合成。在C6膠質瘤細胞中，谷氨醯胺合成酶（GS）位於細胞質中，通過氨和谷氨酸催化谷氨醯胺合成[44,46]。 He等人還報道，當C6細胞被剝奪谷氨醯胺時，GS表達上調並導致谷氨醯胺的從頭合成[46]。此外，這一觀察結果可用於PET示蹤劑研究：13N-氨被腫瘤細胞攝取，從而進行谷氨醯胺合成，這提供了腫瘤細胞中谷氨醯胺酶率的信息[46]。另一個標誌是谷氨醯胺進口必需氨基酸的能力。確實，尼克林等人。表明通過人類l型氨基酸轉運蛋白1（LAT1）進入l-亮氨酸（必需氨基酸）會同時引起谷氨醯胺外流[47]。谷氨醯胺可以通過相同的機制導入其他必需氨基酸[28]。

此外，重要的是要提到癌細胞中廣泛的葡萄糖和谷氨醯胺攝取是細胞外刺激如生長因子信號傳導的結果[48]。儘管培養基中存在葡萄糖，但在細胞大小和ATP產生方面，顯示剝奪生長因子的細胞受到負面影響。細胞不能維持正常的細胞生物能量，這可能導致程序性細胞死亡的激活[49]。總的來說，很明顯環境因素會改變幾種癌症中的腫瘤代謝。

除了葡萄糖和谷氨醯胺代謝在癌症中的重要性外，葉酸代謝也與癌症有關。據報道，低葉酸水平促進癌發生並且與細胞遺傳學異常有關。此外，低葉酸水平顯示在腫瘤過程中發揮作用[50]。除葉酸外，脯氨酸在癌症中也很重要。脯氨酸是一種在微環境中具有高丰度的氨基酸。脯氨酸脫氫酶/氧化酶（PRODH / POX）催化脯氨酸轉化為吡咯啉-5-羧酸酯（P5C）。在此轉換過程中，PRODH / POX向電子傳遞鏈提供電子並導致產生活性氧（ROS）。這引發細胞凋亡和抑制腫瘤生長和細胞增殖，其可用作癌症中的靶標。然而，通過谷氨醯胺通過骨髓細胞增多症癌基因細胞同源物（MYC）增強的脯氨酸生物合成有助於腫瘤發生。實際上，MYC通過miR-23a / b刺激谷氨醯胺酶，這與脯氨酸合成有關[51]。

3.多發性骨髓瘤（MM）的葡萄糖代謝

在癌症研究中，葡萄糖代謝是癌症代謝中研究最多的分支。然而，在MM中尚未完全闡明糖酵解。糖酵解途徑中的第一個有趣的酶是己糖激酶II（HKII），其是四種HKs同種型的一部分。它是包括MM在內的幾種癌症中廣泛過表達的酶[52]。己糖激酶家族不可逆地催化糖酵解的第一步，其中葡萄糖在通過葡萄糖轉運蛋白進入細胞後轉化為葡萄糖-6-磷酸[36]。研究表明，HKII與線粒體外膜上存在的電壓依賴性陰離子通道（VDAC）結合[36,52]（圖1）。磷酸肌醇-3激酶（PI3K）/ Akt信號傳導促進了這種相互作用，導致穩定的高HKII水平導致惡性細胞的持續增殖[52,53,54]。組成型過表達的HKII可被具有烷基化特性的小分子3-溴丙酮酸（3BP）抑制。該化合物首先被鑒定為糖酵解和氧化磷酸化的抑製劑[36,55]（圖1）。高反應性分子，即丙酮酸的結構類似物，通過MCT進入細胞，並在靶向蛋白質烷基化後釋放出溴自由基[55]。因此，乳酸不是通過MCT的唯一成分。進入3BP的原因是：（1）MCT的豐富表達; （2）可能是3BP和乳酸的相似分子結構; （3）高乳酸外排產生酸性細胞外環境，有利於惡性細胞中3BP的攝取[55,56]。

wiecka等人。在MM細胞中存在3BP誘導的形態學變化和流式細胞術分析表明，2和4小時後凋亡的MM細胞增加，均呈劑量依賴性[57]。此外，在添加3BP後，MM細胞中的ATP產生和存活率降低。此外，MM細胞系似乎比白血病細胞系更容易受到3BP的影響[42]。

有趣的是，2-脫氧葡萄糖（2DG）顯示出與3BP相似的對MM細胞中ATP產生和細胞存活的影響。該第二種抗癌劑是葡萄糖類似物，並且在進入細胞後被HKII磷酸化成2-DG-6-磷酸。磷酸化形式不能被代謝，隨後在細胞中積累並干擾糖酵解途徑[58,59]。然而，由於其作為單一藥物的有限治療效果，2DG需要與其他治療劑組合[59]。因此，就2D細胞中的細胞死亡和ATP消耗而言，3BP顯示出比2DG更有說服力的抗癌劑[52] [圖1]。

在幾種酶和轉化之後，糖酵解的最後步驟包括將磷酸烯醇丙酮酸（PEP）轉化為丙酮酸和ATP，其在細胞的胞質溶膠中被PK催化。與HKII類似，PK存在四種同種型，其中PKM2似乎被上調，使其成為癌細胞中豐富的同種型[36,60]。 PKM2在腫瘤進展中起支持作用並抑制細胞凋亡[61]。此外，c-MYC致癌基因通過從未有絲分裂（NIMA）相關激酶2（NEK2）誘導高PKM2表達，這是一種調節細胞周期G2 / M期染色體分離的激酶[60]。此外，PKM2的高酶活性與乙醯輔酶A的增加有關，而相反產生更多的乳酸，導致華寶效應[62]。最近發現，MMM細胞中PKM2表達增加。此外，沉默PKM2導致MM細胞生長減少和G1 / S轉換時細胞周期停滯[61]。

除了丙酮酸的形成之外，乳酸鹽在癌細胞中高度產生並通過MCT運輸出細胞。然而，一些論文表明乳酸可以摻入細胞並用作氧化磷酸化的燃料[63,64,65]。流入和流出取決於細胞內和細胞外乳酸的濃度以及與MCT結合的其他底物的存在[65]。骨髓瘤細胞表達MCT1以在細胞質中摻入乳酸併產生ATP。實際上，轉運蛋白的敲低導致乳酸鹽流入和乳酸衍生的ATP產生減少，從而誘導細胞凋亡[66]。除了敲除MCT1外，MCT1的競爭性抑製劑（α-氰基-4-羥基肉桂酸（CHC））也能夠以劑量依賴的方式降低MM細胞將乳酸鹽摻入細胞的能力[63]。通過添加丙酮酸脫氫酶激酶抑製劑（二氯乙酸酯（DCA））可以加速這種現象，通過將葡萄糖代謝從丙酮酸轉化為乙醯輔酶A而不是丙酮酸轉化為乳酸來達到目標??[63,67,68,69， 70]（圖1）。已知乳酸鹽被摻入MM細胞中表明後者存在於微環境中。實際上，骨髓瘤細胞供應源自周圍環境的乳酸，其被描述為「反向Warburg效應」[63,66]。更準確地說，與MCT1相比，BM衍生的基質細胞通過MCT4分泌乳酸[66,71,72]。雖然MCT1抑制由於缺乏燃料而導致細胞凋亡，但MCT4抑制導致乳酸積累，終止於酸中毒[73]。

4. MM中的谷氨醯胺代謝

眾所周知，谷氨醯胺是一種非必需氨基酸，在人體組織的不同機制中起著至關重要的作用。如前所述，谷氨醯胺進入細胞並被代謝，導致不同的結果。它通過GLS1和GLS2的活性轉化為谷氨酸和氨（NH4 +）。在體外，人類骨髓瘤細胞系（HMCLs）顯示谷氨醯胺產生過量的NH4 +，這導致假設MM細胞是谷氨醯胺成癮[74]。實際上，已經檢查了MM患者的BM吸出物在純化的CD138 +細胞中的NH4 +水平。正如預測的那樣，CD138 +細胞中谷氨醯胺存在的NH4 +水平顯著高於CD138-部分[75]。還顯示這些惡性漿細胞缺乏GS並因此依賴於細胞外谷氨醯胺攝取，當谷氨醯胺耗盡時導致細胞毒性作用。通過添加蛋白質亞碸亞胺（MSO）（一種GS抑製劑）進一步證明了這種缺乏GS，因為在谷氨醯胺消耗後細胞毒性作用仍然存在[74]。 MM細胞高度依賴谷氨醯胺可能導致有趣的治療目標。

接下來，l-天冬醯胺酶，一種用於治療急性淋巴細胞白血病（ALL）的分子，除了天冬醯胺的降解外，還具有水解谷氨醯胺的能力，並導致細胞內氨基酸的消耗和mTOR活性的抑制[74， 75,76]。此外，當1-天冬醯胺酶與蛋白酶體抑製劑硼替佐米組合時，會產生協同效應，導致MM細胞中細胞毒性增加[74,77,78]。第二種蛋白酶體抑製劑卡非佐米也顯示出與1-天冬醯胺酶的協同作用，導致抗MM活性增強。 IL-6和胰島素樣生長因子-1（IGF-1）與1-天冬醯胺酶和卡非佐米聯合使用，並未降低抗MM活性[76]。預計惡性漿細胞所在的BM的缺氧環境應加強對谷氨醯胺的依賴[77,78]。通過用1-γ-谷氨醯基 - 對硝基苯胺（GPNA）和苄基絲氨酸抑制谷氨醯胺轉運蛋白ASCT2會降低谷氨醯胺流入並導致較低的增殖率[79]（圖1）。除ASCT2外，LAT1和鈉偶聯中性氨基酸轉運蛋白1（SNAT1）也是MM細胞中表達的主要谷氨醯胺轉運蛋白。然而，SNAT1和LAT1似乎對谷氨醯胺攝取的作用很小[78]。儘管目前缺乏最佳ASCT2抑製劑，但由於下游效應，包括mTORC1激酶活性的抑制，細胞增殖的改變，自噬和蛋白質合成，該靶標仍然令人感興趣[77,80]。

MYC致癌基因存在於許多人類癌症中，通過逃避抗腫瘤機制如細胞凋亡，增殖抑制和細胞衰老，促進腫瘤生長，增殖，DNA複製，轉錄，蛋白質生物合成和代謝改變[81]。 MYC蛋白的轉錄活性在MM中上調，更確切地說是在MM進展的晚期階段，並且與較差的存活相關[82]。此外，MYC參與谷氨醯胺酶，增強谷氨醯胺轉運蛋白的表達和抑制谷氨醯胺酶抑製劑[82,83]。此外，谷氨醯胺消耗導致通過c-MYC積累的代謝物2-羥基戊二酸[84]。已經證明，谷氨醯胺酶抑制導致HMCL中的細胞凋亡以及MYC的降解。實際上，用抑制GLS的化合物968抑制谷氨酸分解導致MYC降解。此外，從培養基中去除谷氨醯胺會導致HMCL中MYC蛋白的降解和細胞凋亡[82]。從這些發現中得出的一個有趣的潛在理論是MM細胞可能對MYC調節的免疫應答具有敏感性。 MYC蛋白的降解會通過減少CD47和PD-L1來增強抗腫瘤免疫應答[82,85]。

最近的證據表明谷氨醯胺可以影響增殖，不依賴於谷氨醯胺代謝。通過添加谷氨醯胺代謝產生的中間底物如谷氨酸，2-氧代戊二酸和谷胱甘肽，從谷氨醯胺中剝奪癌細胞顯示出抗增殖作用而沒有任何拯救[33,86]。此外，Cacace等人證明，雖然谷氨醯胺剝奪通過下調HIF-1α導致糖酵解減少，但二甲基-2-氧戊二酸（DM-2-氧戊二酸）對HIF-1α的激活不能恢復細胞增殖。癌細胞缺乏谷氨醯胺，表明抗增殖作用是作為對細胞外谷氨醯胺不存在的反應而發生的[86]。由此得出結論，谷氨醯胺誘導的癌細胞增殖不僅僅依賴於谷氨醯胺代謝，還可以激活其他信號通路[86]。

在這方面，Cacace等報道谷氨醯胺激活（磷酸化）轉錄因子STAT3並控制細胞增殖[86]。似乎細胞外谷氨醯胺可以激活某些可以調節STAT3的細胞表面受體。作為候選人，作者提出了一種類似於Grp的受體，一種在細菌中鑒定出的谷氨醯胺受體。這一假設得到了其他代謝物也能作用於膜受體的事實的支持[86,87]。例如，乳酸可以激活GPR81，GPR81是主要在脂肪細胞中表達的Gi偶聯受體，並且已經顯示在不同的癌症中高度表達。當乳酸是唯一的能量來源時，GPR81沉默導致腫瘤生長減少，細胞增殖減少和線粒體活性降低[87]。這證實了代謝物對膜受體的作用的假設。這些發現顯示在乳腺癌和宮頸癌中;然而，這些調查需要在MM中進行改進和完成[86,88]。

5. MM的耐藥性

5.1.標準護理藥物

在MM中，由於耐藥性，改變的腫瘤細胞代謝降低了標準護理藥物如硼替佐米和美法侖的治療效果。代謝改變的主要原因是缺氧腫瘤環境[89]。實際上，HIF-1在缺氧環境中被激活並通過加強丙酮酸轉化為乳酸而不是線粒體中丙酮酸的氧化來改變葡萄糖代謝。由於HIF-1活化，線粒體能量產生減少[90]。已經表明殘留細胞由於BM中的缺氧而對治療具有抗性，這導致複發。當通過分析原發性MM患者和健康供者之間的基因表達數據集比較HIF-1α和HIF-2α途徑的水平時，在新診斷的MM患者中觀察到HIF-1α和HIF-2α的明顯富集[90,91， 92。在複發的MM患者和硼替佐米難治性骨髓瘤患者中也觀察到這些途徑的富集，並且與硼替佐米應答患者相比更加豐富[90]。此外，與新診斷的骨髓瘤患者相比，發現HKII和乳酸脫氫酶A（LDHA）在複發的MM患者中高度上調，表明葡萄糖代謝增加[90,93]。 HMCL暴露於低氧條件下並且用硼替佐米，地塞米松和美法侖治療顯示，治療後過度表達的HIF-1α和LDHA的葡萄糖代謝活性升高[90]。通過HIF增強葡萄糖代謝與抗藥性相關的知識產生了抑制MM細胞中葡萄糖攝取的有趣機會。實際上，根皮素（GLUT1抑製劑）和柔紅霉素（一種化學治療劑）的組合增強了後者在缺氧中的作用[90,94,95]。魏等人。表明化合物20（GLUT4抑製劑）導致MM細胞系和患者材料的地塞米松和美法侖的化學增敏[96]。除了GLUT1作為靶標，用利托那韋（GLUT4抑製劑）靶向MM細胞增加細胞毒性敏感性，並且與BH3模擬venetoclax一起，發生協同作用[97,98]。

除了針對葡萄糖攝取，HK似乎也是一個有趣的目標。 HKP抑製劑如3BP，2DG和lonidamine（LND）可增強體外常氧的藥物反應;然而，體內沒有觀察到反應[90,99,100]。在缺氧條件下，硼替佐米降低了HKII的活性，而LDHA的活性沒有降低，表明LDHA在硼替佐米耐葯中的作用。此外，硼替佐米抗性細胞在LDHA敲低後失去其抗性，導致乳酸形成減少，並因此增加線粒體活性，在低氧條件下減少增殖，從而降低致瘤性[43,40,101]。

硼替佐米耐葯不僅通過LDHA和HIF發生。實際上，最近已顯示絲氨酸代謝在MM中對硼替佐米耐藥性中具有其自身作用。絲氨酸生物合成通過細胞外輸入或通過葡萄糖的細胞內合成開始。後者是許多癌症中最常用的絲氨酸生物合成途徑。首先，葡萄糖如前所述進入細胞並通過糖酵解代謝。經過幾次轉換後，絲氨酸合成從3-磷酸甘油酸（3-PG）開始，由於磷酸甘油酸脫氫酶（PHGDH）的酶活性，後者被轉化為3-磷酸羥基丙酮酸（PHP），這是絲氨酸合成途徑中的限速步驟（ SSP）。磷酸絲氨酸氨基轉移酶（PSAT）將PHP轉化為3-磷酸絲氨酸（P-Ser），最終轉化為絲氨酸，由磷酸絲氨酸磷酸酶（PSPH）催化[102]。由於SSP參與生長和增殖，SSP被證明對癌細胞有益[36,103]。 PHGDH在硼替佐米抗性HMCL中顯示（在RPMI-8226中顯示）以及在不同HMCL中的PSAT和PSPH上調。與HIF相似，與藥物反應性MM患者相比，在從硼替佐米難治性骨髓瘤患者吸出的CD138 +細胞中觀察到PHGDH和PSPH的過表達。據報道剝奪絲氨酸細胞對RPMI-8226細胞中的硼替佐米活性有益[104]。實際上，飲食中沒有絲氨酸導致小鼠腫瘤生長減少[104,105]。這些發現可能導致一種治療MM疾病的有吸引力的方法，並且可以用作將過表達的PHGDH與腫瘤發生聯繫起來的診斷工具。

在SSP旁邊，PPP已經在癌症中得到了積極的研究。 PPP由兩個階段組成：氧化階段和非氧化階段。第一階段從糖酵解代謝中存在的葡萄糖-6-磷酸開始，並在幾次轉化後產生核酮糖-5-磷酸。一旦形成核酮糖-5-磷酸，就產生核苷酸並開始嘧啶和嘌呤合成。通過將核酮糖-5-磷酸轉化為木酮糖-5-磷酸，然後轉化為果糖-6-磷酸，可以將非氧化相轉變為糖酵解代謝，其可以通過糖酵解進一步產生ATP [106,107]。研究表明MM細胞中PPP的上調以及SSP的過度表達導致硼替佐米抗性MM細胞的抗氧化活性更高[104]。陳等人。表明當施用表皮生長因子受體（EGFR）抑製劑（如吉非替尼和阿法替尼）導致MM細胞的反應有限時，PPP上調[108]。由於EGFR在一些癌症類型中被發現增加，因此當添加到標準護理藥物中時，靶向後者可能是一種新的有吸引力的療法[109]。然而，PPP的上調可以通過以下事實來解釋：EGFR抑制引發代謝重排作為補償機制以適應和存活EGFR信號傳導的喪失。通過添加6-氨基煙醯胺（6-AN）可以減少這種抵抗力，6-氨基煙醯胺是一種抗代謝物，可抑制PPP中NADPH的供應，並與吉非替尼聯合[108,110]。

在谷氨醯胺代謝中也可以發現抗藥性的原因。 如前所述，MM細胞中缺乏GS的表達，而GLS表達增加。 用選擇性抑製劑CB-839靶向GLS並與蛋白酶體抑製劑（硼替佐米，卡非佐米，伊沙唑嗪和奧羅唑米）聯合增強蛋白酶體抑製劑在體外和體內的細胞毒性作用，卡非佐米顯示出最強的協同作用[111]（表1）。

表格1

目標是降低MM細胞的耐藥性。 6-AN，6-氨基煙醯胺; EGFR，表皮生長因子; GLS，谷氨醯胺酶;HKII; 己糖激酶II; LDHA，乳酸脫氫酶A; PPP，戊糖磷酸途徑。

蛋白酶體抑製劑（硼替佐米，卡非佐米，伊沙唑嗪，oprozomib）

如前所述，BM微環境和MM細胞彼此相互作用，並且已知這種相互作用是MM中耐藥性出現的基礎。實際上，由Damiano和Dalton等人引入的細胞粘附介導的耐藥性（CAM-DR）是粘附於細胞外基質（ECM）後耐藥性的表現[112,113,114]。當在MM細胞系中促進PKM2表達時這種機制減弱，另一方面在PKM2敲低後支持它[61]。 PKM2通過調節PI3 / Akt和絲裂原活化蛋白激酶/細胞外信號調節激酶（MAPK / ERK1 / 2）信號通路來影響CAM-DR，這兩種通路都參與腫瘤進展[115,116,117]。有趣的是，細胞外基質糖蛋白Reelin通過增強糖酵解和通過HIF-1α導致耐藥性[118]。

5.2.免疫治療

目前在MM中應用的另一種治療形式是免疫療法。這包括使用IMiDs來那度胺和pomalidomide，免疫檢查點抑製劑，基於樹突狀細胞（DC）的疫苗和MM患者的同種異體移植[119]。 IMiD可以增強NK和（NK）T細胞的增殖和功能。如前所述，單克隆抗體daratumumab還可增強T細胞對骨髓瘤的免疫力[120]。免疫檢查點抑製劑如nivolumab（一種靶向PD-1-PD-L1途徑的抗PD-1抗體）增強抗腫瘤T細胞應答。此外，由DC融合腫瘤抗原組成的DC疫苗是加強MM免疫治療的潛在機制[119]。嵌合抗原受體（CAR）T細胞療法基於遺傳修飾的自體T細胞，其表達CAR並特異性靶向腫瘤抗原。已經開發出用於MM中CAR T細胞療法的靶標，並且對於難治性MM患者可能是有趣的[119,121]。

腫瘤微環境（TME）的代謝變化也可以降低免疫療法的有益作用[122]。高葡萄糖和谷氨醯胺攝取率，廣泛的乳酸產生和分泌使TME轉變為腫瘤細胞的有利位置。然而，由於營養缺乏，酸中毒，廢物積累和缺氧環境，這種形狀的TME對T細胞是不利的[122,123]。 TME的酸化損害T細胞增殖並降低NK細胞的功能。緩衝pH可改善碳酸氫鹽的免疫療法結果，並可用於MM。此外，在MM中使用諸如2DG的抗癌劑並關閉糖酵解;然而，由於T細胞代謝受損，2DG不能與免疫治療劑結合，導致T細胞抗腫瘤效果降低。類似地，DCA降低MM中TME中乳酸的量，這可能是酸化問題的解決方案。不幸的是，DCA損害了T細胞的功能[122]。與MM細胞相比，免疫細胞利用氨基酸起作用，例如1-精氨酸，它是巨噬細胞和DC中存在的非必需氨基酸。當腫瘤細胞分泌代謝物如乳酸時，精氨酸酶過表達，而精氨酸轉化為尿素和鳥氨酸，通過干擾細胞周期進程導致T細胞功能障礙。由於已知MM細胞分泌乳酸，MM細胞可能通過這種機制損害T細胞功能[124]。

6.結論和未來展望

代謝變化是大多數癌症的一般標誌。由於必須考慮大量因素，調查該領域是一項非常複雜的任務。然而，在過去十年中發表了越來越多關於癌症代謝的論文。 MM中的癌症代謝逐漸被闡明，並且該過程產生了新的治療方法。骨髓瘤細胞中研究最多的兩種成分是葡萄糖和谷氨醯胺，與許多其他癌症一樣。如本綜述所述，葡萄糖代謝中存在各種靶標。 HKII是第一種催化葡萄糖代謝開始的酶。與糖酵解的其他代謝物一起，可以將這些代謝物作為有希望的結果。類似地，涉及谷氨醯胺代謝的代謝物和酶可以靶向骨髓瘤細胞。儘管有臨床前證據，但尚未對MM患者進行代謝改變劑如3BP，DCA，GLUT4抑製劑（化合物20）和GLS1抑製劑（化合物968）的臨床試驗。然而，L-天冬醯胺酶聯合Doxil（PEG-脂質體多柔比星）和地塞米松的臨床試驗正處於II期臨床試驗階段。此外，2DG的臨床試驗已經完成，並且已經證明它具有安全的毒性特徵;然而，它作為單一藥物不是很有效，因此可以考慮與蛋白酶體抑製劑的聯合治療（根據ClinicalTrials.gov）。

有關MM的抗藥性的有希望的數據已經公布。對蛋白酶體抑製劑硼替佐米的抗性與骨髓瘤細胞中不同代謝途徑的上調有關，這些途徑可成功靶向。此外，對新興免疫治療劑的耐藥性與代謝有關。然而，解決這種抗性仍然是一個問題，因為2DG和DCA等藥物也具有免疫抑制作用。由於高特異性和功效，對代謝藥物和免疫治療劑的潛在其他組合的更多研究將是有趣的。此外，免疫療法可以適應每個患者，允許個性化治療，這將進一步提高存活率。理想地，靶向MM代謝而不影響包圍的免疫細胞的藥劑，與對MM細胞上存在的特異性抗原作出反應的免疫療法相結合，將是骨髓瘤治療的巨大改進。儘管目前的發展，MM患者仍然進展到一定的治療抵抗階段。耐藥性可由藥物外排，細胞凋亡抑制，藥物失活，藥物引起的DNA損傷修復和表觀遺傳效應引起[125]。另一個問題是癌症祖細胞的存在。這些細胞通常具有耐藥性，並且在治療後仍然存在於患者體內。不幸的是，癌症祖細胞不僅似乎是癌症複發的原因;它們也可以遷移並引起轉移[125,126,127]。因此，研究耐藥性的需要仍然是MM和其他癌症的主要需求。

此外，還有更多需要在MM中進行調查的代謝途徑，例如葉酸途徑和脯氨酸代謝，這在其生物合成和分解代謝途徑中顯示出有希望且非常有趣的目標。 此外，與葡萄糖和谷氨醯胺代謝相關的缺氧是一種有趣的探索途徑，與MM中的脯氨酸代謝一起，以減少藥物抗性和改善存活。 仍然需要全面了解MM癌症代謝以改善現有靶標和藥物。

縮略語

αKGAlpha酮戊二酸

ALL急性淋巴細胞白血病

6-AN 6-氨基煙醯胺

ASCT2中性氨基酸轉運蛋白2

ATP三磷酸腺苷

BM骨髓

BMSC骨髓基質細胞

3BP 3-溴丙酮酸鹽

CAM-DR細胞粘附介導的耐藥性

CAR嵌合抗原受體

CHCα-氰基-4-羥基肉桂酸

DC樹突狀細胞

DCA二氯乙酸鹽

2DG 2-脫氧葡萄糖

DM二甲基

ECM細胞外基質

EGFR表皮生長因子

ERK1 / 2細胞外信號調節激酶

FAD黃素腺嘌呤二核苷酸

18F-FDG氟標記的氟脫氧葡萄糖

FGF-2成纖維細胞生長因子-2

FL fas配體

GLDH谷氨酸脫氫酶

GLS1谷氨醯胺酶1

GLS2谷氨醯胺酶2

GPNA 1-γ-谷氨醯基對硝基苯胺

GS谷氨醯胺合成酶

HKII己糖激酶II

HMCL人骨髓瘤細胞系

IAP抑制細胞凋亡蛋白

IGF-1胰島素樣生長因子-1

IL-1β白細胞介素-1β

IL-6白細胞介素-6

IMiDs免疫調節

JAK Janus激酶

LAT1人L型氨基酸轉運蛋白1

LDH乳酸脫氫酶

LDHA乳酸脫氫酶A.

MAPK絲裂原活化蛋白激酶

MCT單羧酸轉運蛋白

MGUS未確定意義的單克隆丙種球蛋白病

MM多發性骨髓瘤

MSO蛋氨酸亞碸亞胺

MYC髓細胞瘤病癌基因細胞同源物

NAD煙醯胺腺嘌呤二核苷酸

NADH煙醯胺腺嘌呤二核苷酸氫

NH4 +氨

NK自然殺傷細胞

OAF破骨細胞活化因子

OC 破骨細胞

OXPHOS氧化磷酸化

PDH丙酮酸脫氫酶

PEP磷酸烯醇丙酮酸

PET正電子發射斷層掃描

PI3K磷酸肌醇-3激酶

PK丙酮酸激酶

PPP戊糖磷酸鹽途徑

PRPP 5-磷酸-α-核糖基-1-焦磷酸酯

核因子κB配體的RANKL受體激活劑

SNAT1鈉偶聯中性氨基酸轉運蛋白1

STAT3信號轉導和轉錄激活因子3

TCA三羧酸循環

TME腫瘤微環境

腫瘤壞死因子腫瘤壞死因子

TNF-β腫瘤壞死因子-β

TRAIL TNF相關凋亡誘導配體

VCAM-1血管細胞粘附分子1

VDAC電壓依賴性陰離子通道

VEGF血管內皮生長因子

丁香葉