梅濤 張建鶴 王守森

(福建醫(yī)科大學?？偱R床醫(yī)學院神經(jīng)外科，福建 福州 350025)

葡萄糖轉運蛋白(glucose transporters, GLUT)是一種糖轉運載體，是細胞能量代謝不可或缺的膜蛋白。葡萄糖分子能夠通過其介導，穿過細胞膜的脂質雙分子層，實現(xiàn)細胞對葡萄糖的攝取和利用[1]。增殖的腫瘤細胞需要更多的能量以維持增殖過程，然而，由于有限的氧供應，腫瘤細胞必須轉移其代謝模式以適應相應的微環(huán)境。腫瘤細胞可通“Warburg效應”[2]加快無氧酵解，這就需要更多的葡萄糖進入細胞，通過葡萄糖轉運蛋白的介導，腫瘤細胞對葡萄糖的攝取和利用明顯增強。因此，GLUT往往表達上調，以滿足腫瘤快速生長對能量的需求；GLUT的調控作用，也關系到腫瘤的預后[3]，這使GLUT作為腫瘤的靶向治療成為可能。垂體腺瘤是良性腫瘤，但常表現(xiàn)出侵襲性[4]。研究GLUT與垂體腺瘤的大小、類型的關系，及在有無囊變、侵襲與非侵襲性病變中的表達的差異，有助于垂體腺瘤的診斷、預后評估以及研發(fā)新的靶向治療藥物。

一、GLUT的生物學特性

細胞攝取葡萄糖，必須在細胞膜上葡萄糖轉運蛋白的協(xié)助下完成。GLUT含有跨膜糖蛋白和12個跨膜結構域，單個N-糖基化位點，和面向細胞質的N-和C-末端[5]。目前已發(fā)現(xiàn)葡萄糖轉運蛋白的14個家族成員，它們在各組織中表達不同，并表現(xiàn)出不同的底物特異性。根據(jù)其同源性以及共同序列的特征，可將其分為三個亞家族：家族 1(GLUTs 1～4, 14)、家族 2(GLUTs 5, 7, 9, 11)及家族 3(GLUTs 6, 8, 10, 12, HMIT)[1]。

二、GLUT在腦內(nèi)的分布

葡萄糖是人類大腦的主要的能量來源，神經(jīng)元不能合成和儲存葡萄糖，因此，葡萄糖的攝取是神經(jīng)元維持功能所必需的。到目前為止，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)以及外周神經(jīng)中已經(jīng)鑒定了10種葡萄糖轉運蛋白的存在，其中GLUT1和GLUT3在大腦的葡萄糖攝取中起主要作用[5]。GLUT1是腦中最豐富的葡萄糖轉運蛋白，根據(jù)其糖基化水平的不同，可分為45 kDa和55 kDa兩種同工型，高度糖基化的55 kDa同工型主要在微血管內(nèi)皮細胞中表達，而低糖基化的45 kDa同工型則位于星形膠質細胞和少突膠質細胞中，不存在于小膠質細胞中[6]。腦的葡萄糖的攝取與GLUT1在微血管中的表達水平相關。GLUT3是除GLUT1之外腦內(nèi)最豐富的葡萄糖轉運蛋白，其轉運能力比GLUT1高7倍。它存在于軸突和樹突中，其密度和分布與局部葡萄糖需求相關[6]，胰島素可刺激GLUT3轉運到質膜，增加神經(jīng)元對葡萄糖的攝取。GLUT5是體內(nèi)的主要果糖轉運蛋白，果糖可以通過血腦屏障，腦細胞有可能能夠利用果糖作為能量來源[5]。上述分布在病理狀態(tài)下會有所改變，在缺血缺氧性腦病時，神經(jīng)元為了提高對缺血缺氧的耐受，可上調GLUT的表達，尤其是GLUT3，從而增加對葡萄糖的攝取[7]。目前，關于GLUT在垂體腺瘤中表達的相關研究較少有報道，但其信號通路在垂體腺瘤的發(fā)生和進展中有著重要意義。

三、GLUT表達的信號傳導通路與垂體腺瘤

目前關于GLUT介導腫瘤能量代謝的分子機制，已有許多研究，GLUT的表達和分布由不同的信號分子和通路調節(jié)，其中較為重要的有以下幾種：低氧誘導因子1(hypoxia-inducible factor-1, HIF-1)信號通路、磷酸肌醇-3激酶/蛋白激酶B(phosphoinositide 3- kinase/protein kinase B, PI3K/Akt)信號通路、腺苷酸活化蛋白激酶/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(AMP-activated protein kinase/mammalian target of rapamycin 1, AMPK/mTOR1)信號通路、腫瘤抑制基因p53的調控[1,8]。

1.HIF-1的調控：HIF-1不僅在正常的葡萄糖代謝中發(fā)揮重要作用，同時也能在缺氧環(huán)境下保持局部環(huán)境的氧穩(wěn)態(tài)。有研究認為，實體瘤中的缺氧微環(huán)境與腫瘤的進展及藥物抗性相關，因而HIF-1對腫瘤細胞的生長有重要的調節(jié)作用，同時它也是GLUT1和GLUT3最主要的調節(jié)劑[9]。HIF-1是由α和β亞基(分別為HIF-1α和HIF-1β)組成的異二聚體轉錄因子，其中HIF-1α可被缺氧誘導。在缺氧情況下，HIF-1α積累，易位至細胞核并結合HIF-1β以形成活性轉錄因子HIF-1。HIF-1被認為通過刺激多個介導糖酵解的基因，促進“Warburg效應”，在其啟動子中包含低氧反應元件(hypoxic response elements, HRE)，包括GLUT1和GLUT3。HIF-1復合物結合HRE序列，以啟動葡萄糖轉運蛋白基因表達[10]。

垂體腺瘤的生長，跟其他腫瘤一樣，必須依賴于氧供應。在缺氧微環(huán)境中，腫瘤細胞具有較強的適應能力，缺氧可誘導HIF-1α表達，導致腫瘤血管生成，糖酵解酶和葡萄糖轉運蛋白(GLUT)合成加速。同時，缺氧還上調血管生成因子，例如血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)[11]。然而，與其他惡性腫瘤相比，垂體腺瘤微血管密度(microvascular density, MVD)和VEGF表達較少，血管化程度明顯小于正常的腺垂體。這表明垂體腺瘤的局部氧飽和度低于正常腺垂體，血管生成在垂體腺瘤的生長中發(fā)揮的作用可能較小，這種血管生成的缺乏可能與垂體腺瘤的緩慢生長有關[12]。血管密度和腫瘤亞型之間沒有明顯相關性，血管和腫瘤細胞中HIF-1α的表達在ACTH腺瘤中最低，在催乳素瘤中最高[12]。垂體腺瘤的侵襲性受許多因素的影響，其中血管重塑是重要因素之一，研究表明HIF-1α/VEGF通路在這一過程中有重要作用[13]。在對垂體腺瘤侵襲性的評估中，VEGF的作用目前還不清楚，證據(jù)表明VEGF可能影響腫瘤發(fā)生的途徑，包括介導侵襲或增加腫瘤體積。有作者認為VEGF在侵襲性垂體腺瘤的表達增加，表明靶向VEGF受體的酪氨酸激酶抑制劑，如索拉非尼或舒尼替尼[14]，可用于治療侵襲性垂體腺瘤。VEGF在垂體腺瘤的發(fā)生和進展中的作用的證據(jù)仍然有爭議，并且VEGF的表達還不能用作侵襲性垂體腺瘤的生物學標志物。

2.PI3K/Akt信號通路的調控：3-磷酸肌醇激酶(phosphoinositide3-kinase, PI3K)及其下游靶標Akt(又名蛋白激酶B, PKB)組成的信號通路PI3K-Akt，已在細胞增殖、細胞分化、血管生成中廣泛研究[15]，并且PI3K/Akt信號通路也是調節(jié)葡萄糖攝取和代謝的經(jīng)典途徑之一。許多酪氨酸激酶受體，包括表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor, EGFR)、胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factor 1, IGF-1)和胰島素受體(insulin receptor, IR)，通過該途徑參與葡萄糖轉運蛋白的表達。生長因子通過結合細胞膜表面的受體，將PI3K寡集到膜的表面，從而激活受體或銜接蛋白上酪氨酸的磷酸基團，最終導致Akt的構象發(fā)生變化。研究表明，PI3K- Akt信號通路可增加GLUT1、GLUT3和以及果糖轉運蛋白GLUT5的表達[1]。人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源物(phosphatase and tensinhomolog deleted on chromosome ten, PTEN)是一種腫瘤抑制基因，能夠負向調節(jié)PI3K-Akt信號通路。它位于Akt序列的上游，作為磷酸酶，可阻斷第二信使磷脂酰肌醇-3, 4, 5-三磷酸(phosphatidylinositol-3, 4, 5-triphosphate, PIP3)(一種PI3K的酶產(chǎn)物)的形成，從而抑制PI3K/Akt介導的信號傳導[16]。PI3K-Akt參與調節(jié)GLUT，表明由PIK3或PTEN的紊亂引起的不受控制的Akt活化可能增加葡萄糖在腫瘤細胞的攝取[1]。

PI3K-Akt信號通路已被證明與垂體腺瘤的發(fā)生和發(fā)展有重要聯(lián)系[17]。在Lin等研究中，評估了353個垂體腫瘤中PIK3CA(phosphatidylinositol 3-kinase catalyticalpha)基因的突變，9%的侵襲性垂體腺瘤中有PIK3CA基因突變，在20%～40%的侵襲性和非侵襲性腫瘤中觀察到基因組PIK3CA擴增，認為侵襲性垂體腺瘤的發(fā)生與PI3-Akt信號通路有密切關系[17]。

3.AMPK/mTOR1通路的調控：哺乳動物雷帕霉素靶蛋白，是mTOR, PI3K相關激酶家族的非典型絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，它與幾種蛋白質相互作用，形成兩種不同的復合物：mTOR復合物1(mTORC1)和2(mTORC2)。mTORC1的功能是調節(jié)細胞生長和能量代謝，腫瘤糖酵解與mTORC1相關[8]。它通過增強HIF-1的活性而影響糖酵解表達，參與腫瘤對缺氧環(huán)境的適應性轉錄程序。mTORC1的活性由營養(yǎng)物(葡萄糖和氨基酸)或能量(ATP與AMP)調節(jié)。這種調節(jié)主要通過AMP依賴的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase, AMPK)介導，它位于mTORC1基因序列的上游，并對其有重要調節(jié)作用?；罨腁MPK磷酸化，可導致mTORC1的抑制[18]。腫瘤蛋白p53通過增加包括AMPK的調節(jié)性β亞基在內(nèi)的幾種蛋白的表達來調節(jié)該途徑，進而抑制mTORC1。反過來，AMPK/mTORC1通路調節(jié)p53活性：在細胞內(nèi)葡萄糖水平較低時，AMPK可激活p53蛋白，而mTORC1激活細胞蛋白磷酸酶2A(protein phosphatase 2A, PP2A)，抑制p53蛋白[19]。

mTOR信號通路常也被稱作PI3K/Akt/mTOR，但除了其最常見的激活劑Akt之外，還有一系列其他激酶位于mTOR的上游，包括RSK激酶、Ras/MEK/ERK途徑、AMPK。而在Sajjad等[20]研究中發(fā)現(xiàn)，在其選取的53例垂體腺瘤中，mTOR都有不同程度的表達上調，其中GH腺瘤中的mTOR激活頻率最高(71%)。mTOR與垂體腺瘤的生長、侵襲及分期顯著相關，在垂體腺瘤患者中具有診斷和預后推測價值。

4.p53基因的調控：腫瘤抑制基因P53在維持基因組穩(wěn)定性和防止腫瘤形成中發(fā)揮關鍵作用。p53蛋白抑制糖酵解促進基因的表達，包括GLUT1、GLUT3和GLUT4。它增加TIGAR(Tp53誘導的糖酵解及凋亡調控子)的表達，阻斷糖酵解，將葡萄糖-6-磷酸轉向戊糖磷酸鹽，提高了還原型輔酶Ⅱ(reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADPH)的細胞內(nèi)含量，進而提高了谷胱甘肽(reduced glutathione, GSH)還原當量，從而清除活性氧物質，使細胞損傷最小化。腫瘤蛋白P53還增加細胞色素c氧化酶2復合體(synthesis of cytochrome C oxidase 2, SCO2)的裝配合成和表達，增強線粒體呼吸[19]。但同時，p53也是最常發(fā)生突變的抑癌基因，突變后的P53能夠刺激細胞生長，促進腫瘤的發(fā)生。研究表明，p53在侵襲性垂體腺瘤中的表達明顯高于非侵襲性垂體腺瘤，并且，p53的表達與垂體腺瘤Knosp分級呈正相關，p53基因在對提高垂體腺瘤侵襲性判斷的特異性及預后有重要價值[21]。

四、垂體腺瘤的代謝

通過正電子發(fā)射計算機斷層掃描顯像(positron emission tomography, PET)和腫瘤細胞培養(yǎng)實驗證實[22]，垂體腺瘤的腫瘤細胞是高代謝的。然而，垂體腺瘤沒有較高的血管生成活力，垂體腺瘤中的VEGF表達也沒有顯著高于正常垂體組織[22]。通過測定垂體腺瘤中的微血管密度(microvascular density, MVD)評估垂體腺瘤中血管發(fā)生，VEGF陽性和VEGF陰性的垂體腺瘤之間，MVD并無顯著差異，而在VEGF陽性不同類型的垂體腺瘤中觀察到血管直徑的差異，泌乳激素型垂體腺瘤血管直徑和周長顯著大于其它激素分泌型和無功能型垂體腺瘤。因此，VEGF在垂體腺瘤的血管結構和血管發(fā)生中的作用是有限的，腫瘤通過調節(jié)血管結構，而并非增加血管生成，實現(xiàn)自身代謝的增加[23]。由于血管結構和功能異常，腫瘤氧供減少，垂體腺瘤高代謝生長，使得腫瘤組織處于缺血缺氧狀態(tài)，而所有這些因素是否可誘導腫瘤細胞GLUT的表達，使葡萄糖大量流入腫瘤細胞，以滿足其生長、代謝的需要，成為調節(jié)垂體腺瘤代謝途徑中的重要環(huán)節(jié)，具有潛在的研究意義。

五、展望

垂體腺瘤的病理生物學、生物化學、分子生物學研究受到了廣泛的關注，并逐步得到開展，但更精確的機制也有待更深一步的研究，探索垂體腺瘤的潛在標志物也有著深遠的意義。葡萄糖轉運蛋白及其信號通路在不同垂體腺瘤中的表達或許存在差異，進一步的研究將有助于發(fā)現(xiàn)新的治療靶標及潛在的藥物制劑。

參 考 文 獻

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