馬瑞爽，陶慶松，龔升平，朱挺，葛小琴，趙陽，高翔，郭建新#

寧波市第一醫(yī)院1放化療科，2神經(jīng)外科，浙江 寧波 315010

腫瘤多呈現(xiàn)高度異質(zhì)性的代謝表型，主要?dú)w因于原癌基因和抑癌基因突變的積累。這種異質(zhì)性增加了微環(huán)境的壓力，如暴露于缺氧、葡萄糖、其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)耗竭和酸中毒環(huán)境[1]。由于致癌過程中的選擇性壓力，糖酵解表型賦予腫瘤細(xì)胞優(yōu)于正常細(xì)胞的優(yōu)勢(shì)。為維持腫瘤細(xì)胞增殖和腫瘤生長(zhǎng)，腫瘤細(xì)胞增加其糖酵解活性以允許碳水化合物重新定向至生物合成途徑[2]。與多數(shù)實(shí)體腫瘤一樣，惡性膠質(zhì)瘤表現(xiàn)為以活躍糖酵解為基礎(chǔ)的代謝重塑，增加葡萄糖攝取，并轉(zhuǎn)化成乳酸或丙酮酸，對(duì)糖代謝有更高的依賴性[3]。研究表明，代謝狀態(tài)失調(diào)及表觀遺傳狀態(tài)改變與神經(jīng)膠質(zhì)瘤的發(fā)生發(fā)展過程密切相關(guān)，如異檸脫氫檬酸酶（isocitrate dehydrogenase，IDH）突變和丙酮酸激酶M2（pyruvate kinase isozyme type M2，PKM2）表達(dá)異常[4]。單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（monocarboxylate transporter，MCT）是乳酸等單羧酸化合物的快速轉(zhuǎn)運(yùn)載體，在糖代謝過程中發(fā)揮重要功能。近期研究表明，MCT在惡性膠質(zhì)瘤中特異性表達(dá)，并促進(jìn)惡性膠質(zhì)瘤的發(fā)生發(fā)展過程。

1 膠質(zhì)細(xì)胞-神經(jīng)元乳酸穿梭

與周圍組織不同，正常神經(jīng)星形膠質(zhì)細(xì)胞表現(xiàn)出活躍的葡萄糖攝取能力，以糖酵解的方式為自身提供能量，同時(shí)生成并釋放大量的乳酸，然后被神經(jīng)元主動(dòng)消耗和氧化，稱為星形膠質(zhì)細(xì)胞-神經(jīng)元乳酸穿梭[5-7]。神經(jīng)元將星形膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的乳酸視為主要的能量來源，進(jìn)行充分氧化磷酸化供能，這種模式類似于實(shí)體瘤的代謝重排。腦代謝的異質(zhì)性依賴于星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元中不同糖酵解酶的表達(dá)[8]。神經(jīng)元需要大量的能量來維持細(xì)胞膜電位和神經(jīng)傳導(dǎo)。但大腦的血氧和葡萄糖是相當(dāng)有限的，在維持低能量生存的前提下，星形膠質(zhì)細(xì)胞將乳酸作為高能底物貢獻(xiàn)給神經(jīng)元，不僅作為能量供應(yīng)，且作為脂肪酸、核酸和蛋白質(zhì)生物合成途徑所需的前體[9]。因此，一個(gè)葡萄糖分子可以被重復(fù)使用，并使氧在神經(jīng)元中的應(yīng)用最大化。星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元之間存在如此顯著不同的代謝模式，表明乳酸產(chǎn)生細(xì)胞和乳酸消耗細(xì)胞間存在動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的代謝交換。

乳酸不應(yīng)再被簡(jiǎn)單地視為神經(jīng)元的能量底物，更是一種重要的信號(hào)分子，它可以獨(dú)立于代謝效應(yīng)來調(diào)節(jié)細(xì)胞生物學(xué)活動(dòng)[10]。研究表明，星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放并被神經(jīng)元吸收的乳酸是維持神經(jīng)元活動(dòng)所必需的[11]，乳酸能夠維持神經(jīng)元的可塑性和記憶[12]。乳酸通過放大N-甲基-D-天冬氨酸受體受體（N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDAR）介導(dǎo)的電流并增加細(xì)胞內(nèi)鈣濃度，調(diào)節(jié)神經(jīng)元的興奮性[13]。乳酸對(duì)大鼠大腦皮層暴露于高濃度谷氨酸引起的興奮毒性有神經(jīng)保護(hù)作用[14]；同時(shí)在短暫性大腦中動(dòng)脈閉塞的中風(fēng)模型中也發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)功能[15]。

2 MCT與惡性膠質(zhì)瘤的關(guān)系

2.1 MCT與乳酸轉(zhuǎn)運(yùn)和腫瘤代謝

MCT是一類實(shí)現(xiàn)丙酮酸、乳酸、酮體及短鏈脂肪酸等單羧酸類化合物快速通過細(xì)胞膜，在保證碳水化合物、脂質(zhì)及氨基酸正常代謝中發(fā)揮重要作用的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族成員[16]。MCT家族成員的主要生物學(xué)功能包括促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收、維持細(xì)胞的代謝與酸堿平衡、細(xì)胞間氧化還原物質(zhì)交換、輔助藥物吸收等，在糖酵解及糖異生過程中都發(fā)揮重要作用[17]。

大多數(shù)腫瘤細(xì)胞在氧氣充足的條件下仍以異?；钴S的糖酵解來提供快速生長(zhǎng)與增殖所需要的能量，即Warburg效應(yīng)。這種供能方式可導(dǎo)致乳酸的生成大量增加，如不進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)運(yùn)，乳酸堆積將影響腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)與增殖，甚至導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞死亡[18-20]。低氧區(qū)的糖酵解腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生的乳酸與氫離子通過MCT4排出至腫瘤微環(huán)境中，然后被表達(dá)MCT1的外周氧化型腫瘤細(xì)胞攝取，由乳酸脫氫酶還原成丙酮酸與還原型輔酶Ⅰ（NADH），進(jìn)入三羧酸循環(huán)，成為呼吸作用的燃料[21]。MCT1和MCT4是高糖酵解狀態(tài)下腫瘤細(xì)胞排出乳酸、維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的主要轉(zhuǎn)運(yùn)體，并在多數(shù)腫瘤中表達(dá)上調(diào)；抑制其功能將導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞內(nèi)乳酸堆積[22-24]。過量的乳酸一方面使糖酵解失活造成細(xì)胞供能不足，另一方面使細(xì)胞內(nèi)酸性增強(qiáng)影響多種代謝途徑，最終造成腫瘤細(xì)胞死亡。

在基因突變的腫瘤中，MCT1與乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）表達(dá)明顯增加，促進(jìn)了乳酸在腫瘤內(nèi)部的轉(zhuǎn)運(yùn)和再利用，以維持高糖酵解活性供腫瘤細(xì)胞的能量消耗[25]。MCT維持腫瘤細(xì)胞高速的糖酵解，為正常供應(yīng)能量提供保證。Doherty和Cleveland[26]發(fā)現(xiàn)，MCT1的活性被抑制后，糖酵解中間產(chǎn)物發(fā)生顯著改變：葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)減少，ATP、NADPH及谷胱甘肽水平降低。

2.2 MCT與大腦發(fā)育

MCT在神經(jīng)系統(tǒng)中顯示出細(xì)胞特異性分布，低親和力的MCT1和MCT4存在于星形膠質(zhì)細(xì)胞中，高親和力MCT2存在于神經(jīng)元中[27]。在大腦發(fā)育過程中可以觀察到不同MCT亞型的表達(dá)，目前臨床已在胚胎和成人腦血管中檢測(cè)到MCT1的表達(dá)[28]。研究顯示，MCT2的分布受到發(fā)展和區(qū)域的調(diào)控。出生時(shí)，幾乎所有的大腦區(qū)域都有高水平的MCT2表達(dá)，如小腦和新皮質(zhì)。生長(zhǎng)發(fā)育過程中，海馬中的MCT2表達(dá)增加，但在多數(shù)成年人的腦組織中表達(dá)水平較低，在分化的神經(jīng)元中表達(dá)更高[29]。與MCT2相似，MCT4在發(fā)育過程中表達(dá)也發(fā)生變化，但與MCT2相比，其表達(dá)被延遲。

在成年人腦組織，MCT1在微血管內(nèi)皮細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)，MCT2在神經(jīng)元中表達(dá)，MCT4僅存在于星形膠質(zhì)細(xì)胞中[30]。有研究在成年大鼠大腦皮層、海馬和小腦中發(fā)現(xiàn)了MCT1的表達(dá)[31]。毛細(xì)血管周圍的神經(jīng)膠質(zhì)末梢和腦實(shí)質(zhì)細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)了MCT1的表達(dá)。MCT2在小鼠腦中主要表達(dá)于皮質(zhì)、海馬和小腦。MCT2的主要定位在神經(jīng)元的突觸后密度中，并在小腦的浦肯野纖維中發(fā)現(xiàn)了MCT2的表達(dá)[32]。MCT4的表達(dá)已在成年大鼠和小鼠大腦皮質(zhì)、紋狀體、海馬、下丘腦室旁核的星形膠質(zhì)細(xì)胞中得到證實(shí)[31]。因此，MCT細(xì)胞特異性表達(dá)和每種亞型的Km值支持星形膠質(zhì)細(xì)胞-神經(jīng)元乳酸穿梭的假設(shè)。研究顯示，星形膠質(zhì)細(xì)胞具有更高的糖酵解活性，通過MCT1和MCT4將乳酸釋放到間質(zhì)液中，而相鄰的氧化神經(jīng)元通過MCT2吸收乳酸，氧化成丙酮酸，然后進(jìn)行三羧酸循環(huán)提供ATP[33]。MCT不僅對(duì)外周神經(jīng)系統(tǒng)中的乳酸轉(zhuǎn)運(yùn)至關(guān)重要，對(duì)髓鞘形成也有重要影響[34]。研究表明，腦內(nèi)皮細(xì)胞通過上調(diào)MCT1的表達(dá)維持乳酸穩(wěn)態(tài)并控制成年海馬神經(jīng)生長(zhǎng)[35]。

2.3 MCT與惡性膠質(zhì)瘤

Vallée等[36]研究表明，惡性膠質(zhì)瘤生物學(xué)行為與WNT信號(hào)通路的激活、誘導(dǎo)關(guān)鍵代謝酶的變化、增加MCT基因轉(zhuǎn)錄密切相關(guān)。敲減MCT1的表達(dá)，降低惡性膠質(zhì)瘤細(xì)胞葡萄糖消耗率，可明顯減少乳酸外流，降低細(xì)胞增殖活性及克隆形成率[37]。Mathupala等[38]也證實(shí)，降低MCT1蛋白的表達(dá)、阻斷乳酸流、降低細(xì)胞內(nèi)的PH值，可抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。因此，MCT1能夠影響惡性膠質(zhì)瘤糖代謝表型，維持穩(wěn)定乳酸流和細(xì)胞內(nèi)PH值。研究表明，缺氧誘導(dǎo)因子1α（hypoxia-inducible factor 1α，HIF-1α）、MCT1或MCT4高表達(dá)提示膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（glioblastoma，GBM）患者預(yù)后不良[39]。HIF-1α、MCT4和LDH在GBM組織內(nèi)部區(qū)域高表達(dá)，而在外側(cè)區(qū)域表達(dá)降低；MCT1在內(nèi)側(cè)區(qū)不表達(dá)，在外側(cè)區(qū)高表達(dá)。因此，GBM的不同區(qū)域有不同的能量代謝途徑。Lai等[40]研究表明，缺氧時(shí)MCT4表達(dá)升高，MCT4水平與惡性膠質(zhì)瘤臨床病理分級(jí)呈正相關(guān)。敲除MCT4基因可降低GBM細(xì)胞遷移能力和單核細(xì)胞的粘附性。

MCT在維持膠質(zhì)瘤干細(xì)胞性中也發(fā)揮重要作用。研究顯示，MCT1在GBM干細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，敲減MCT1可抑制GBM干細(xì)胞的活性[41]。Ghosh等[42]證實(shí)，MCT1和HMOX1與GBM干細(xì)胞性相關(guān)。敲除MCT4基因與表達(dá)干細(xì)胞標(biāo)志物CD133的細(xì)胞百分比降低和凋亡率增加有關(guān)[43]。敲減MCT4的表達(dá)，可嚴(yán)重阻礙GBM干細(xì)胞的自我更新，降低細(xì)胞侵襲性、致瘤性和耐藥性[44]。此外，MCT1不僅可介導(dǎo)膠質(zhì)瘤細(xì)胞與腦內(nèi)皮細(xì)胞間的乳酸信號(hào)，還能促進(jìn)腫瘤血管生成[45]。GBM細(xì)胞分泌的支鏈酮酸通過MCT1轉(zhuǎn)運(yùn)，能夠改變腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞表型并降低其吞噬功能[46]。

3 MC T抑制劑

有證據(jù)表明，靶向腫瘤代謝，特別是影響酸性微環(huán)境，增加了替莫唑胺在GBM中的抗腫瘤作用[47]。Miranda-Gon?alves等[48]使用α-氰基-4-羥萘酸（α-cyano-4-hydroxycinnamate，CHC）抑制MCT活性增強(qiáng)了替莫唑胺在神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞中的作用（協(xié)同作用）。體內(nèi)模型中使用CHC能夠延緩腫瘤生長(zhǎng)，增加腫瘤細(xì)胞對(duì)輻射的敏感性，并減少腫瘤侵襲[49]。因此，靶向MCT，特別是GBM中的MCT1，成為治療GBM的有吸引力的潛在靶點(diǎn)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的酸堿度和乳酸轉(zhuǎn)運(yùn)的降低，從而降低糖酵解速率，可能有助于增強(qiáng)化療藥物（如替莫唑胺）和放療效果，以及GBM中的抗血管生成治療的效果。但CHC對(duì)各MCT亞型的特異性較低，且抑制線粒體丙酮酸轉(zhuǎn)運(yùn)體和陰離子泵1，因此，CHC的療效不穩(wěn)定、不良反應(yīng)明顯[50]。此外，CHC通常在較高的微摩爾濃度才發(fā)揮作用，臨床應(yīng)用價(jià)值有限。ARC155858和AZD3965是較新的高效MCT1/MCT2抑制劑，其中AZD3695在目前研究中較為常用，且正在進(jìn)行多項(xiàng)臨床試驗(yàn)[51]。但由于MCT4的代償作用，細(xì)胞內(nèi)外乳酸還能夠在一定程度上進(jìn)行交換，這些化合物的治療作用有限。近期有研究發(fā)現(xiàn)了一種新的MCT抑制劑家族，7ACC2是其中的代表，其能夠選擇性抑制MCT1和MCT4的表達(dá)，顯著減少腫瘤細(xì)胞的乳酸攝取[52]，其治療效果和臨床應(yīng)用還需要進(jìn)一步的體內(nèi)研究證明。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，常用的抗高血壓藥物昔洛舍平是一種雙重MCT1和MCT4抑制劑（對(duì)MCT4的抑制效率比MCT1高60倍）[53]。昔洛舍平作用于腫瘤細(xì)胞，引起細(xì)胞內(nèi)乳酸水平升高，抑制細(xì)胞生長(zhǎng)，其與二甲雙胍的聯(lián)合治療時(shí)，可抑制乳酸脫氫酶和線粒體NADH脫氫酶的活性，導(dǎo)致糖酵解所需的NAD+再生能力下降，從而阻滯了糖酵解的進(jìn)程，造成腫瘤細(xì)胞ATP耗盡和死亡。

4 小結(jié)

傳統(tǒng)的腫瘤治療方法如手術(shù)、放化療存在療效不一和不良反應(yīng)大的問題，近年來興起的靶向治療因其特異性的抗腫瘤作用得到了醫(yī)務(wù)人員與患者的青睞。MCT是腫瘤靶向治療的潛在靶點(diǎn)，多項(xiàng)研究成果也證實(shí)，抑制MCT1或MCT4的表達(dá)可以控制惡性膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖及轉(zhuǎn)移。抑制MCT1表達(dá)提供了同時(shí)靶向腫瘤代謝和影響血管形成的機(jī)會(huì)，并能增強(qiáng)惡性膠質(zhì)瘤對(duì)放療和化療的敏感性。MCT的靶向抑制治療也可與生酮療法等同樣聚焦于腫瘤Warburg效應(yīng)的新興治療策略聯(lián)合應(yīng)用，獲得更佳的治療效果。進(jìn)一步探究MCT的表達(dá)與活性調(diào)節(jié)及在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的機(jī)制與作用，對(duì)在惡性膠質(zhì)瘤中的效果進(jìn)行全方位的評(píng)估，開發(fā)與傳統(tǒng)治療方法的聯(lián)合治療策略，為研發(fā)更具特異性、更安全的靶向藥物提供了理論基礎(chǔ)。

利益沖突文章所有作者共同認(rèn)可文章無相關(guān)利益沖突