翁秀珍 符策崗

(1中南大學湘雅醫(yī)學院附屬海口醫(yī)院乳腺甲狀腺外科，海南 ?？?570208；2上海市第六人民醫(yī)院-?？诠强婆c糖尿病醫(yī)院骨科)

世界衛(wèi)生組織數據顯示，全球每年有上百萬女性被診斷出患有乳腺癌〔1〕。2012年世界癌癥發(fā)病和死亡報告表示乳腺癌的發(fā)病率和死亡率在女性惡性腫瘤中排名第一，乳腺癌已成為威脅婦女健康的重大疾病〔2〕。乳腺癌常發(fā)生于30歲以后，在45～50歲時達到高峰〔3〕。近年來，在中國乳腺癌成為診斷最多見的女性癌癥〔4〕?，F代醫(yī)學認為乳腺癌的高危因素包括乳腺癌家族史、絕經后肥胖和放射性物質接觸史等。其發(fā)病機制可能與病毒感染和內分泌紊亂等有關〔5〕。目前，乳腺癌的主要治療方式包括手術、術后化療和放療，而化療是治療乳腺癌最積極、最有效的治療手段。但化療同樣也會帶來如上肢腫脹、脫發(fā)、嘔吐和免疫力降低等不良反應〔6〕。因此，深入了解乳腺癌的發(fā)病機制，尋求新的治療靶點有助于減輕乳腺癌治療過程的不良反應，提高患者的生活質量。

腫瘤細胞的葡萄糖代謝主要表現為葡萄糖攝取和有氧糖酵解增加。有氧糖酵解是指癌細胞利用糖的效率遠高于正常細胞，即使在氧充足條件下，癌細胞仍主要利用糖酵解產生能量〔7〕。其可能的原因是，雖然糖酵解生成的三磷酸腺苷(ATP)量低于線粒體氧化磷酸化，但是糖酵解中葡萄糖轉化為乳酸的速度更快，因此產生更多ATP。其次，除ATP外，腫瘤細胞還需要對大分子的生物合成至關重要的代謝中間產物和前體，是腫瘤生長過程中不可或缺的〔8〕。在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中，有氧糖酵解增多，致癌性突變誘導葡萄糖轉運體蛋白上調，癌細胞利用葡萄糖增多，有利于癌細胞的生長〔9〕。此外，糖酵解可促進磷酸戊糖途徑產生對脂類和核酸的生物合成至關重要的還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸和核糖-5-磷酸，還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸能使癌細胞谷胱甘肽維持還原形式，谷胱甘肽通過抵消化療藥物的某些作用，在保護癌細胞對抗腫瘤藥物方面發(fā)揮著關鍵作用。已有研究證明耐化學性細胞株表現為活躍的有氧糖酵解，表示抗性與糖酵解之間存在生化聯(lián)系〔10〕。宮頸癌細胞糖酵解途徑的關鍵酶丙酮酸脫氫酶激酶對化療產生抵抗力，誘導耐藥〔11〕。也有研究證實有氧糖酵解對放射治療存在抵抗，糖酵解或能量代謝途徑的調節(jié)影響腫瘤細胞的敏感性〔12〕。由此可見，有氧糖酵解可為癌細胞提供多種益處，如促進腫瘤生長和對治療的抵抗。

1 糖酵解在乳腺癌中的作用

有氧糖酵解在乳腺癌細胞骨架重塑和細胞運動中起著基礎作用〔13〕。此外，糖酵解能促進乳腺癌細胞遷移〔14〕、增殖和抑制凋亡〔15〕。說明有氧糖酵解在乳腺癌細胞中發(fā)揮著重要作用。

1.1己糖激酶(HK)與乳腺癌 HK催化葡萄糖磷酸化為葡萄糖-6-磷酸酶。在哺乳動物中HK家族有4種亞型，分別為HK1，HK2，HK3和HK4。其中，HK2除了參與糖酵解外，還能與線粒體中的膜蛋白電壓依賴性陰離子通道相互作用，從而調節(jié)凋亡過程〔16〕。據研究，乳腺癌組織HK2的特異性活性明顯高于正常乳腺組織，HK2的過度表達除了能夠促進乳腺癌細胞增殖，還能抑制癌細胞的凋亡〔17〕。而敲除HK2可抑制乳腺癌小鼠腫瘤的發(fā)生和發(fā)展〔18〕。微小核糖核酸(miRNA)是一種負性調節(jié)蛋白質編碼基因的微小非編碼RNA，在腫瘤治療中被證實具有很好的抗癌作用，如腫瘤抑制性小RNA(miRNA-143)。研究表明miRNA-143通過下調乳腺癌細胞中HK2的表達，降低葡萄糖的攝取和乳酸的產生，發(fā)揮抑制乳腺癌細胞糖酵解的作用〔19〕。鼠源淋巴插入性病毒2是絲氨酸/蘇氨酸激酶家族成員之一，能直接與HK2結合使其磷酸化，從而增加HK2蛋白的穩(wěn)定性。研究發(fā)現乳腺癌組織中鼠源淋巴插入性病毒2與磷酸化的HK2呈正相關，磷酸化的HK2能促進乳腺癌細胞生長所必需的糖酵解。此外磷酸化的HK2還能誘導葡萄糖饑餓時的自噬，從而增強對紫杉醇治療腫瘤的抵抗〔20〕。因此，鼠源淋巴插入性病毒2介導的HK2的磷酸化可為乳腺癌治療提供了依據。

1.26-磷酸果糖激酶(PFK)與乳腺癌 PFK催化糖酵解的另一個限速步驟，PFK的翻譯后修飾是引起癌細胞糖酵解增加的因素之一。PFK1酶利用ATP作為磷酸供體催化果糖-6-磷酸為果糖-1，6-磷酸。果糖-2，6-二磷酸，二磷酸腺苷/ATP和銨離子是PFK1的激活劑，而檸檬酸鹽和ATP則是PFK1的抑制劑〔21〕。在人類細胞中，存在3種PFK1基因，分別為肌肉型(PFK-M)，肝臟型(PFK-I)和血小板型(PFK-P)。在不同的侵襲性水平的乳腺癌細胞系中，可檢測到不同比例的PFK1亞型〔22〕。研究表明，非致瘤性乳腺癌細胞和致瘤性乳腺癌細胞的PFK1同工酶存在差異，即PFK1的表達與侵襲性和糖酵解效率相關。人類乳腺癌組織中的大多數PFK1位于肌動蛋白富集部分，這種分布的改變可能與糖酵解的增加有關，而糖酵解的增加又與癌變和腫瘤的發(fā)生密切相關。研究發(fā)現乳腺組織中的總PFK1水平明顯高于癌旁組織，且人類乳腺組織和癌旁組織中的PFK1同工酶表達模式存在差異。乳腺癌組織中糖酵解活性的增強主要取決于PFK1從PFK-I到PFK-P的轉化〔23〕。表沒食子兒茶素沒食子酸酯是綠茶中豐富的多酚，通過劑量依賴性方式抑制PFK的活性和信使RNA水平，降低乳腺腫瘤的重量及葡萄糖和乳酸水平，從而發(fā)揮抗腫瘤作用〔24〕。白藜蘆醇是一種通過降低癌細胞的葡萄糖代謝和生存能力來發(fā)揮抗腫瘤作用的藥物。它使PFK從完全活性的四聚體分解成活性較低的二聚體，從而減弱人乳腺癌細胞的活力，降低葡萄糖利用率和ATP的生成，以達到破壞葡萄糖代謝和降低癌細胞生存能力的目的〔25〕。

1.3丙酮酸激酶(PK)與乳腺癌 PK能催化磷酸烯醇丙酮酸和二磷酸腺苷轉化為丙酮酸和ATP。PFK共有4種同工酶形式：L型，R型，M1型和M2型〔26〕。PKM1具有組成性活性，通常在分化細胞中表達，而PKM2具有調節(jié)活性，通常在癌癥中表達。PKM2可被上游糖酵解中間產物果糖-1，6-二磷酸激活，而與酪氨酸磷酸化蛋白相互作用后失活〔27〕。乳腺癌組織分析證實了PKM2在乳腺癌中表達上調，其表達升高與乳腺癌的不良結局和預后相關〔28〕。拉帕替尼是一種小分子酪氨酸激酶抑制劑，它能降低PKM2的表達水平，抑制糖酵解途徑，從而抑制乳腺癌細胞分化〔26〕。二烯丙基硫化物是一種脂溶性有效成分，研究發(fā)現它能靶向作用于乳腺癌干細胞中的PKM2，抑制葡萄糖代謝，繼而阻礙乳腺癌干細胞的增殖和轉移〔29〕。β-連環(huán)蛋白是胰島素樣生長因子的下游分子，是細胞膜上的一個重要連接成分。β-連環(huán)蛋白表達異常的激活突變可引起經典Wnt/β-連環(huán)蛋白信號通路的失調，失調的信號通路被認為是乳腺癌發(fā)生和發(fā)展的標志之一。研究表明，miRNA參與Wnt/β-連環(huán)蛋白途徑的轉錄后調控，如miRNA-152通過抑制β-連環(huán)蛋白和PKM2使乳腺癌細胞對紫杉醇治療敏感度增加。因此，將miRNA-152與紫杉醇聯(lián)合應用可為今后克服乳腺癌對紫杉醇的耐藥性提供一種新的治療策略〔30〕。

1.4甘油醛-3-磷酸脫氫酶與乳腺癌 甘油醛-3-磷酸脫氫酶能夠可逆地催化甘油醛-3-磷酸氧化磷酸化為1，3-二磷酸甘油酯。研究表明，缺氧可上調甘油醛-3-磷酸脫氫酶的轉錄活性，甘油醛-3-磷酸脫氫酶表達增加的乳腺癌患者的總生存率與普通乳腺癌患者相比較低，其可能的原因是甘油醛-3-磷酸脫氫酶的過度表達可能與乳腺癌細胞的增殖和侵襲有關〔31〕。

1.5乳酸脫氫酶(LDH)與乳腺癌 LDH在糖酵解途徑中將丙酮酸轉化為乳酸，通常被認為是組織損傷、炎癥和心肌損傷的標志物。此外，高含量的血清LDH可作為惡性腫瘤的預測指標，如LDH與乳腺癌骨轉移患者的生存率密切相關〔32〕。此外，高水平的LDH可預測非轉移性Ⅱ期和Ⅲ期乳腺癌患者具有更差的5年生存率〔33〕。檢測119例三陰乳腺癌患者組織中LDH表達及血清LDH表達水平，發(fā)現腫瘤組織中LDH的表達明顯高于正常組織，血清LDH表達水平明顯升高。說明腫瘤LDH和血清LDH的升高可能是三陰乳腺癌的兩個預測指標〔34〕。對28例晚期三陰性乳腺癌患者進行化療，治療后LDH水平高于基線(第1組)患者的無進展生存期明顯低于LDH降至正常(第2組)患者和治療LDH正常(第3組)患者，并且第1組患者的總生存率明顯低于第3組和第4組。說明LDH可能對晚期三陰性乳腺癌患者的生存和化療反應具有重要的預測價值〔35〕。檢測分化良好型，侵襲性三陰性腫瘤和具有他莫昔芬抗性的人乳腺癌細胞系(MCF)-7的亞系三種乳腺癌細胞之間的差異，發(fā)現侵襲性三陰性腫瘤和具有他莫昔芬抗性的MCF-7的亞系細胞的LDH水平和葡萄糖攝取量均高于分化良好型乳腺癌細胞，而兩者的耗氧量卻低于分化良好型乳腺癌細胞。對上述3種乳腺癌細胞給予LDH抑制劑黃素處理后，結果顯示即使是不同病理類型的乳腺癌細胞，黃素均能抑制三種乳腺癌細胞的LDH水平，阻斷糖酵解途徑和降低ATP的產生，從而抑制癌細胞的增殖〔36〕。

2 乳腺癌中與糖酵解相關通路

參與乳腺癌糖酵解途徑的信號通路異常復雜，包括雷帕霉素靶蛋白(mTOR)和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路等。

2.1mTOR信號通路與乳腺癌糖酵解 mTOR是磷酸肌醇3激酶相關激酶家族成員之一，表達于大多數哺乳動物中。它除了是營養(yǎng)和生長因子的細胞傳感器，也是磷脂肌醇3-激酶信號途徑的重要分子。mTOR的活化能夠增加蛋白質合成量，抑制自噬，促進腫瘤生長，最終降低患者生存率〔37〕。mTOR蛋白是兩種結構和功能不同的蛋白復合物(mTORC1和mTORC2)的催化亞單位。mTORC1抑制轉錄因子真核起始因子4b結合蛋白和激活S6核糖體蛋白，促進調節(jié)細胞蛋白生長所必需的蛋白質的表達。mTORC2通過磷酸化調節(jié)AKT的活性，參與細胞存活和增殖，誘導糖酵解酶和谷氨酰胺酶的表達〔38〕。研究表明，與正常乳腺癌組織相比，mTOR在乳腺癌中表達更多，并且與乳腺癌預后惡化相關〔39〕。槲皮素是一種有生物活性的黃酮類化合物，能抑制葡萄糖攝取水平和乳酸的產生，降低糖酵解相關蛋白PKM2、葡萄糖轉運蛋白1和LDH的表達，進而阻礙乳腺癌細胞糖酵解過程。說明槲皮素通過降低腫瘤微環(huán)境的酸度，抑制糖酵解，最終限制乳腺癌細胞的遷移。進一步研究發(fā)現，槲皮素通過抑制AKT/mTOR信號通路介導的自噬來阻礙細胞遷移和糖酵解，從而抑制乳腺癌發(fā)生發(fā)展〔40〕。據報道，乳腺癌細胞長期缺乏雌激素或暴露于他莫昔芬中可出現激素抵抗現象及對細胞毒性藥物的敏感性增加，其原因可能與mTOR信號通路受到抑制和乳腺癌細胞糖酵解降低有關〔41〕。維生素D3是膽固醇氧化生成7-脫氫膽固醇后經紫外線照射后生成的一種脂溶性維生素，研究發(fā)現維生素D3能夠降低mTOR介導的乳腺癌細胞葡萄糖的攝入，影響糖酵解途徑，從而發(fā)揮抗腫瘤作用〔42〕。

2.2MAPK信號通路與乳腺癌糖酵解 MAPK信號通路參與細胞凋亡、分化、增殖和其他應激反應，可被腫瘤壞死因子、滲透應激、熱休克、脫氧核糖核酸損傷和超氧化物刺激?；罨腗APK信號通路能夠調節(jié)增殖和凋亡細胞，MAPK的表達和活性的增加與癌細胞的預后不良有關，因此MAPK可作為腫瘤抑制因子發(fā)揮作用〔43〕。Sonic是一種與動物發(fā)育有關的蛋白質，Sonic信號通路的活化首先由Sonic配體啟動，隨后細胞表面受體smo將信號傳遞至細胞中，最后由Gli家族因子將信號傳遞到細胞核中。研究發(fā)現Sonic信號通路在乳腺癌組織過度活化，根據生存分析結果認為這種現象是乳腺癌預后不良的指標。此外，Sonic信號通路能夠激活MAPK介導的PFK，活化的PFK可誘導乳腺癌細胞的糖酵解增多和刺激癌細胞增殖〔44〕。腫瘤相關成纖維細胞是指乳腺腫瘤微環(huán)境中的激活的成纖維細胞，在腫瘤的生長、侵襲和轉移中起著不可或缺的作用。由于腫瘤的血液供應不良常導致缺氧，低氧又能促進癌細胞的糖酵解，因此糖酵解的增強和氧化磷酸化的降低被認為是腫瘤相關成纖維細胞的一個特征。研究發(fā)現缺氧能夠誘導葡萄糖轉運體1的磷酸化及PKM2表達增加，導致乳腺癌相關成纖維細胞糖酵解增多。此外，乳腺癌相關成纖維細胞通過激活MAPK信號通路促進乳腺癌細胞侵襲并增加腫瘤細胞中的線粒體活性，揭示了腫瘤相關成纖維細胞在侵襲性乳腺癌中的新作用，可為治療乳腺癌提供新策略〔45〕。

2.3其他信號通路與乳腺癌糖酵解 腺嘌呤核糖核苷酸依賴蛋白激酶(AMPK)，受體酪氨酸激酶/信號轉導轉錄激活因子和AKT/葡萄糖轉運蛋白1等信號通路參與乳腺癌糖酵解的發(fā)生發(fā)展?？固莿┠芤种迫橄侔┘毎墙徒夂蜕L，然而抗糖劑也可激活AMPK，活化的AMPK可以部分恢復乳腺癌細胞內ATP的水平，從而抵消抗糖劑對乳腺癌細胞生長的抑制作用。抑制AMPK可增強抗糖劑對ATP產生的抑制作用，并導致乳腺癌細胞的細胞毒性增加〔46〕。因此，抑制糖酵解聯(lián)合使AMPK抑制劑是一種潛在的、安全有效的乳腺癌治療策略。抑制miR-155-5p介導的受體酪氨酸激酶/信號轉導轉錄激活因子信號通路能降低乳腺癌細胞的葡萄糖消耗、ATP的產生和LDH生成的能力，抑制受體酪氨酸激酶和信號轉導轉錄激活因子的磷酸化可抑制乳腺癌細胞的糖酵解〔47〕。研究發(fā)現AKT的活性與葡萄糖轉運蛋白1在乳腺癌細胞中呈正相關性，激活AKT/葡萄糖轉運蛋白1信號通路可促進葡萄糖的攝取，有助于乳腺腫瘤的生長〔48〕。

3 糖酵解在乳腺癌中的診斷與治療價值

已有許多研究證實了糖酵解途徑在乳腺癌中的診斷和治療價值。如高濃度的LDH可作為乳腺癌的預測因子，與乳腺癌患者的存活率存在相關性〔32〕。Yu等〔49〕發(fā)現乳腺癌糖酵解相關蛋白與生物學上的侵襲性表型顯著相關，如腫瘤體積大、腫瘤分化差、腫瘤晚期、淋巴結轉移陽性和血管浸潤陽性。此外，乳腺癌總生存率與糖酵解相關蛋白之間也存在相關性。如前所述，一方面可利用外源性小分子調節(jié)糖酵解酶，如miRNA-143通過抑制HK2的磷酸化，抑制乳腺癌細胞的糖酵解〔19〕；另一方面外源性藥物如白藜蘆醇也可通過抑制PFK來降低乳腺癌細胞糖酵解〔25〕。此外，外源性藥物也可抑制糖酵解相關信號通路如AKT/mTOR介導的自噬來阻礙乳腺癌的發(fā)展〔40〕。糖酵解抑制在乳腺癌中的保護作用機制尚未闡明，外源性小分子和藥物的發(fā)揮作用的具體機制和不良反應等仍需進一步研究。

4 展 望

乳腺癌是一種具有高發(fā)病率和死亡率的女性腫瘤，目前乳腺癌的治療方式主要集中在手術和放化療等。雖然這些治療方式取得一定成效，但由于乳腺癌發(fā)病機制極其復雜，乳腺癌患者的總生存率提高的并不明顯。糖酵解途徑作為腫瘤細胞利用ATP的主要來源，在乳腺癌細胞生長、增殖、侵襲和轉移過程中發(fā)揮重要作用，為今后乳腺癌的治療提供可靠策略。