程燕妮，劉 佳，袁 野，張德太， 王 琳

(華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院 a.檢驗(yàn)科；b.再生醫(yī)學(xué)中心；c.胃腸外科， 湖北 武漢 430022)

有氧糖酵解是腫瘤細(xì)胞的重要特征之一。在有氧條件下，正常細(xì)胞通常以有氧呼吸的方式消耗葡萄糖。然而，腫瘤細(xì)胞仍然進(jìn)行活躍的糖酵解，這種代謝特征被稱為Warburg效應(yīng)[1]。腫瘤細(xì)胞的有氧糖酵解與其多種生物功能密切相關(guān)，越來越多的研究者開始從異常代謝的角度探索腫瘤發(fā)生發(fā)展和轉(zhuǎn)移的分子機(jī)制。

多篇文獻(xiàn)報(bào)道[2-4]，丙酮酸激酶M2型(PKM2)高表達(dá)于乳腺癌、胃癌等多種癌癥患者的腫瘤組織、血液以及分泌物中，其表達(dá)水平與患者的臨床表現(xiàn)密切相關(guān)，能夠用于對患者病情及預(yù)后進(jìn)行評估，具有臨床檢測價(jià)值。隨著對PKM2研究的深入，PKM2在腫瘤組織中的作用越來越受到重視。探討PKM2在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制還能夠?yàn)槟[瘤的臨床治療提供新的思路。本文基于PKM2在各系統(tǒng)腫瘤的發(fā)生機(jī)制及臨床篩查、診斷和治療中的價(jià)值，以及臨床檢測方法進(jìn)行了綜述。

1 PKM2的生物學(xué)特性

丙酮酸激酶是糖酵解過程的重要限速酶之一，主要作用是將磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)和二磷酸腺苷(ADP)轉(zhuǎn)變成丙酮酸，并釋放大量三磷酸腺苷(ATP)，在糖酵解過程中起到關(guān)鍵作用。丙酮酸激酶有4種同工酶，分別在特定的組織或細(xì)胞中表達(dá)。其中，PKM2與腫瘤細(xì)胞的Warburg效應(yīng)密切相關(guān)，在腫瘤異常代謝中扮演重要角色。

PKM2最初高度表達(dá)于快速增殖的胎兒組織和干細(xì)胞中，與組織修復(fù)和再生密切相關(guān)，并在胚胎發(fā)育成熟的過程中逐漸消失。然而，PKM2在腫瘤發(fā)生過程中再次出現(xiàn)。PKM2在腫瘤細(xì)胞的糖代謝中起到限速酶的作用，并通過參與有氧糖酵解積累糖酵解中間產(chǎn)物，為腫瘤細(xì)胞提供快速增殖的原料，促進(jìn)腫瘤的形成、侵襲及轉(zhuǎn)移[1, 5]。此外，PKM2還能夠與其他糖代謝關(guān)鍵酶一同調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的能量代謝及線粒體重編程[6]。

2 PKM2與各系統(tǒng)腫瘤的關(guān)系

2.1頭頸部腫瘤 頭頸部惡性腫瘤是我國常見的惡性腫瘤之一，其中超過90%為鱗狀細(xì)胞癌。PKM2在舌[7]、口腔鱗狀細(xì)胞癌[8]及人膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中均高度表達(dá)，與不良臨床病理學(xué)特征顯著相關(guān)。在口腔鱗狀細(xì)胞癌中，PKM2可通過調(diào)節(jié)癌細(xì)胞中活性氧的產(chǎn)生和谷氨酰胺與乳酸之間的整合，調(diào)控細(xì)胞能量代謝，促進(jìn)腫瘤的生長、侵襲[8]。PKM2還可調(diào)節(jié)人膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的細(xì)胞周期進(jìn)程和細(xì)胞生長，影響細(xì)胞侵襲和克隆形成能力[9]。以上研究表明，PKM2在頭頸部腫瘤中發(fā)揮著致瘤和促瘤作用，可能是潛在的預(yù)測指標(biāo)和治療靶點(diǎn)。

2.2胸部腫瘤 在全球范圍內(nèi)，肺癌是發(fā)病率及死亡率最高的一類惡性腫瘤，臨床上的主要亞型為非小細(xì)胞肺癌 (non-small cell lung cancer, NSCLC)，其中40%以上為肺腺癌[10]。絕大多數(shù)NSCLC患者在確診已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)移，放療和化療效果差，亟需尋找肺癌的早期診斷標(biāo)志物及治療靶標(biāo)。PKM2在肺腺癌患者的原發(fā)及轉(zhuǎn)移灶組織中的表達(dá)水平顯著上調(diào)，與腫瘤細(xì)胞的分化程度及惡性程度密切相關(guān)[11]。Guo等[12]對173例原發(fā)肺腺癌組織樣本進(jìn)行免疫組化染色，結(jié)果顯示，PKM2與患者的TNM(tumor node metastasis classification)分期密切相關(guān)(P=0.005)，PKM2高表達(dá)患者的總生存期(overall survival，OS)(P<0.01)和無病生存率(disease free survival，DFS)(P=0.050)顯著短于低表達(dá)患者。敲低肺癌細(xì)胞中PKM2的表達(dá)能夠顯著降低細(xì)胞的葡萄糖攝取能力，明顯抑制細(xì)胞增殖和侵襲[11]。同時(shí)，調(diào)控PKM2還可對細(xì)胞的放療[13]和化療[14]敏感度產(chǎn)生顯著的影響，為NSCLC的治療提供了新思路。

PKM2在乳腺癌及食管癌組織中表達(dá)升高，與在肺癌中的作用相似，監(jiān)測和靶向PKM2有助于預(yù)測患者的化療反應(yīng)和逆轉(zhuǎn)腫瘤細(xì)胞的化療耐藥。在乳腺癌中，PKM2表達(dá)與腫瘤大小呈負(fù)相關(guān)(P=0.008)，與淋巴結(jié)分期呈正相關(guān)(P=0.047)，PKM2高表達(dá)預(yù)示著較差的無進(jìn)展生存(progression-free survival，PFS)和OS[2]。抑制耐藥性乳腺癌細(xì)胞內(nèi)PKM2表達(dá)可顯著增強(qiáng)細(xì)胞對多柔比星及5-氟尿嘧啶等化療藥物的敏感度[2, 15]。在食管鱗狀細(xì)胞癌(esophageal squamous cell carcinoma, ESCC)中，PKM2表達(dá)與患者的化療敏感度呈顯著的負(fù)相關(guān)(P=0.0342) ，下調(diào)PKM2有利于增強(qiáng)順鉑化療效果[16]。雙氫青蒿素等藥物也可以通過下調(diào)PKM2對ESCC起到治療作用[17]。

2.3腹腔腫瘤 目前，胃鏡和病理活檢是最常用的胃癌早期診斷方法，檢測費(fèi)用高，取樣過程繁瑣、侵入性強(qiáng)，限制了胃癌的大規(guī)模篩查和早期診斷。尋找有意義的生物標(biāo)志物可為篩查胃癌高危人群和早診斷早治療提供重要參考。研究發(fā)現(xiàn)，胃癌組織中的PKM2表達(dá)水平自胃癌早期階段就明顯增高[3]，與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移(P=0.049)、腫瘤侵襲(P=0.007)和TNM分期(P=0.001)呈正相關(guān)[4]。胃癌細(xì)胞中PKM2表達(dá)的下調(diào)能夠明顯抑制細(xì)胞增殖和遷移[4]，可能是胃癌患者的潛在治療靶點(diǎn)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年結(jié)直腸癌成為全球新發(fā)病例第三位的腫瘤。由于結(jié)直腸癌發(fā)病早期無明顯癥狀，發(fā)展相對緩慢，早期容易被忽視。隨著對結(jié)直腸癌發(fā)病機(jī)制的進(jìn)一步探索， PKM2成為研究的焦點(diǎn)。結(jié)直腸癌組織中，PKM2表達(dá)顯著增加，且其表達(dá)水平與腫瘤浸潤深度和臨床分期密切相關(guān)[18]。PKM2基因沉默能夠阻礙細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期，并抑制細(xì)胞的克隆形成及遷移能力[18]，重新建立結(jié)直腸癌細(xì)胞對奧沙利鉑(一線化療藥物)的敏感度[19]。目前已發(fā)現(xiàn)丁酸、單寧酸等多種藥物可以通過抑制PKM2的活性和表達(dá)來阻斷糖酵解，并進(jìn)一步抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖和結(jié)直腸癌進(jìn)展[20-21]。因此，PKM2可作為結(jié)直腸癌治療的靶標(biāo)，抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展，對結(jié)直腸癌患者治療方式的選擇有指導(dǎo)性意義。

肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)占原發(fā)性肝癌的絕大部分，主要通過手術(shù)切除和肝移植達(dá)到治愈的目的。Li等[22]對GEPIA數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，PKM2在HCC組織中的表達(dá)水平明顯高于相鄰的正常組織，PKM2高表達(dá)患者通常腫瘤較大(P=0.013)、分期較晚(P=0.035)，OS和DFS也明顯縮短。PKM2高表達(dá)的HCC細(xì)胞系通常具有更強(qiáng)的轉(zhuǎn)移潛能[22]，下調(diào)PKM2的表達(dá)量可直接抑制腫瘤的生長并誘導(dǎo)細(xì)胞周期停止和凋亡[23]。此外，原花青素B2和辛伐他汀等藥物可以通過下調(diào)腫瘤內(nèi)PKM2表達(dá)，有效增強(qiáng)患者對索拉菲尼(晚期一線化療藥物)的敏感度，提高晚期患者的生存率[23-24]。

PKM2在大多數(shù)膽囊癌和胰腺癌組織和細(xì)胞系中高度表達(dá)，可以作為獨(dú)立的預(yù)后因素，協(xié)助臨床更為全面的判斷病情、指導(dǎo)治療。在膽囊癌早期，PKM2即具有出色的預(yù)測價(jià)值，在組織中的表達(dá)水平隨疾病進(jìn)展逐漸增加，與膽囊癌患者的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、晚期TNM分期和較差的OS、短期復(fù)發(fā)顯著相關(guān)，可用于區(qū)分高危人群[25]。在胰腺導(dǎo)管腺癌中，PKM2可以與M2型巨噬細(xì)胞共同促進(jìn)腫瘤進(jìn)展，其表達(dá)水平與TNM分期(P=0.0002)和血管侵犯(P=0.012)呈正相關(guān)性[26]。PKM2還可作為胰腺導(dǎo)管腺癌的治療靶點(diǎn)，明顯抑制細(xì)胞的增殖、遷移[27]。上述研究證實(shí)，PKM2在腹腔腫瘤的診斷和治療方面具有較為廣泛的作用。

2.4泌尿生殖系統(tǒng)腫瘤 在女性惡性腫瘤中，宮頸癌的發(fā)生率僅次于乳腺癌。目前，臨床主要根據(jù)宮頸癌患者的FIGO分期決定治療方案和評估生存預(yù)后。FIGO分期主要依賴于婦科檢查及活體組織檢查，對判斷宮旁浸潤的主觀性及不確定性導(dǎo)致分期偏倚，直接導(dǎo)致治療方案存在偏差。因此，尋找有效篩查指標(biāo)，對患者采取相應(yīng)分層干預(yù)治療非常重要。研究發(fā)現(xiàn)，PKM2在宮頸癌患者(尤其HPV陽性患者)的腫瘤組織中轉(zhuǎn)錄水平明顯增高，其表達(dá)水平增加與患者的OS率降低密切相關(guān)，具有一定的預(yù)后價(jià)值[25]。較PKM2低表達(dá)患者，PKM2高表達(dá)患者對順鉑的化療敏感度更高，而放射敏感度較弱。監(jiān)測和靶向PKM2有助于預(yù)測和調(diào)控宮頸癌患者對順鉑化療及放射治療的敏感度[26-27]，彌補(bǔ)FIGO分期的不足。

膀胱癌是泌尿系統(tǒng)最常見的惡性腫瘤，其中絕大多數(shù)為膀胱尿路上皮癌。研究證實(shí)，PKM2在膀胱癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲中發(fā)揮重要作用[28]。Huang等[29]對215例膀胱尿路上皮癌患者的腫瘤樣本進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)， PKM2在腫瘤組織中過度表達(dá)，其中高級別侵入性腫瘤組織尤為明顯。PKM2可用于對膀胱癌患者的病情估計(jì)和預(yù)后判斷，其表達(dá)水平與腫瘤分級、分期和淋巴結(jié)狀態(tài)顯著相關(guān)，PKM2低表達(dá)患者的OS和DFS均高于高表達(dá)者(P<0.01)，死亡風(fēng)險(xiǎn)也更低。膀胱癌細(xì)胞中PKM2的下調(diào)將抑制細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生凋亡、自噬[30]。同時(shí)，順鉑耐藥性膀胱癌細(xì)胞在經(jīng)過紫草素、PKM2-shRNA等藥物處理后，細(xì)胞內(nèi)PKM2的表達(dá)水平下調(diào)，順鉑敏感度增加[31-32]。以上研究表明，PKM2相關(guān)研究對膀胱癌的診療具有實(shí)際意義。

腎細(xì)胞癌 (renal cell carcinoma, RCC) 是成人腎癌的主要類型，易發(fā)生復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移，患者的臨床結(jié)果較差。目前，RCC被認(rèn)為是一種代謝疾病，因此探索PKM2在其發(fā)生發(fā)展中的作用可能為RCC提供潛在的治療策略?，F(xiàn)有的研究表明，PKM2在RCC組織及細(xì)胞中過度表達(dá)，抑制其表達(dá)可以有效降低腫瘤細(xì)胞活力，并可誘導(dǎo)自噬的發(fā)生[33]。PKM2與RCC的關(guān)系尚待進(jìn)一步研究去探明。

2.5血液系統(tǒng)腫瘤 白血病和多發(fā)性骨髓瘤(multiple myeloma, MM)是最常見的兩種血液系統(tǒng)惡性腫瘤，分別以造血干細(xì)胞或骨髓單克隆漿細(xì)胞的惡性克隆為主要特征。PKM2在白血病患者的骨髓細(xì)胞及血液中過度表達(dá)，調(diào)控細(xì)胞增殖及分化，并介導(dǎo)幾種白血病亞型耐藥性(如視黃酸耐藥的急性早幼粒細(xì)胞白血病細(xì)胞)的產(chǎn)生[34]。較PKM2低表達(dá)患者，高表達(dá)患者的無事件生存率(event free survival ，EFS)及OS顯著降低[35]。雙氫青蒿素可以通過干擾PKM2的表達(dá)抑制白血病細(xì)胞增殖，促進(jìn)細(xì)胞分化、凋亡，有效地阻止白血病進(jìn)展[36]。在MM細(xì)胞中敲低PKM2的表達(dá)，也有助于抑制MM細(xì)胞的增殖和黏附，進(jìn)而抑制由黏附導(dǎo)致的耐藥性[37]。因此， PKM2可能是治療血液系統(tǒng)腫瘤的潛在靶標(biāo)。

2.6皮膚及骨腫瘤 皮膚惡性黑色素瘤及骨肉瘤具有惡性程度高、預(yù)后差等特點(diǎn)，中晚期患者腫瘤易復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移，療效較差。目前早期篩查指標(biāo)的相關(guān)研究很少，亟需尋找合適的生物標(biāo)志物。PKM2在黑色素瘤早期階段的表達(dá)水平即明顯增加，在骨肉瘤組織中也表達(dá)上調(diào)，且其表達(dá)水平與黑色素瘤及骨肉瘤患者的臨床分期、轉(zhuǎn)移和分化情況，以及預(yù)后等密切相關(guān)[38-39]。通過與病理結(jié)果結(jié)合，PKM2可用于評估患者的病情及預(yù)后。

3 PKM2的臨床檢測

3.1方法學(xué) 酶聯(lián)免疫吸附測定(enzyme linked immunosorbent assay, ELISA)是目前醫(yī)院常用的檢測方法之一，利用抗原抗體之間的特異度免疫反應(yīng)對蛋白進(jìn)行定性和定量檢測。ELISA是一種敏感度高、特異度強(qiáng)、重復(fù)性好的實(shí)驗(yàn)診斷方法，可用于血液[40-41]、尿液[42]、糞便[43]及宮頸陰道分泌物[44]等多種標(biāo)本中PKM2的測定。

由于PKM2是一種催化酶，因此酶活性測定法對PKM2的定量更有意義。丙酮酸激酶多為四聚體，對 PEP 具有高親和力，催化活性較高； PKM2則一般為二聚體，對PEP親和力低，在變構(gòu)激活劑果糖1, 6-二磷酸(FBP)激活下可形成四聚體。Guan等[45]運(yùn)用PKM2的這種特性，設(shè)計(jì)了乳酸脫氫酶-NADH偶聯(lián)測定法，使用特異度識別 PKM2 二聚體的單克隆抗體對PKM2進(jìn)行間接測量。血清PKM2經(jīng)酶動力學(xué)測定法測定對乳腺癌診斷的敏感度為81.0%，特異度為70.0%，與ELISA之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)為0.977)，且準(zhǔn)確度相對高于ELISA。

電化學(xué)發(fā)光免疫分析結(jié)合了免疫分析技術(shù)和電化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，通過檢測待測物質(zhì)與發(fā)光體標(biāo)記抗原(抗體)特異度結(jié)合后發(fā)出的光信號，確定待測物質(zhì)的含量。與ELISA相比，電化學(xué)發(fā)光法靈敏度極高，所需血漿體積僅需其他免疫測定方法的50%，測定時(shí)間也大幅縮短。Croner等[46]基于電化學(xué)發(fā)光法對受試者血漿樣本進(jìn)行檢測，確立了包括PKM2在內(nèi)的一組預(yù)測因子(敏感度為80%，特異度為83%)，可用于篩查具有結(jié)直腸癌高風(fēng)險(xiǎn)的患者。

對于腫瘤活檢組織中的PKM2，常使用免疫組化法進(jìn)行檢測，協(xié)助對患者的腫瘤分型分期及預(yù)后評估，并對患者的治療方案提出建議。除上述常用方法外，在未經(jīng)活檢的情況下，還可通過生物成像的方式對PKM2進(jìn)行檢測。Wang等[47]通過將PKM2激活劑TEPP-46 與熒光團(tuán)香豆素結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種PKM2 特異度生物探針，可誘導(dǎo)PKM2形成四聚體并發(fā)出熒光，通過生物成像高靈敏度檢測PKM2。Beinat等[48]則將TEPP-46與PET示蹤劑18F DASA-23結(jié)合，設(shè)計(jì)了放射性探針18F DASA-23，通過PET成像的方法判斷前列腺癌組織內(nèi)PKM2的水平，評估腫瘤進(jìn)展。

3.2臨床意義 目前臨床上惡性腫瘤早期診斷和篩查多采用血液檢測，具有簡便快捷、微創(chuàng)性、經(jīng)濟(jì)適用等多種優(yōu)點(diǎn)。血液PKM2與CA19-9、CEA等傳統(tǒng)腫瘤標(biāo)志物聯(lián)合使用可以有效提高癌癥的診斷特異度、敏感度和準(zhǔn)確度[40-41]。通過ELISA法檢測的血清PKM2對結(jié)直腸癌診斷的特異度可達(dá)95%，同時(shí)還能夠區(qū)分早期疾病(靈敏度48%)[49]。在用于宮頸癌篩查時(shí)，血清PKM2的靈敏度為82%，其表達(dá)與宮頸癌患者臨床特征(腫瘤直徑、TMN分期等)以及病情進(jìn)展具有顯著正相關(guān)性[50-51]。此外，血漿PKM2水平同樣具有一定的臨床診斷價(jià)值。蘇鵬等[52]研究證實(shí)，血漿PKM2可用于反映NSCLC患者疾病狀態(tài)及預(yù)測復(fù)發(fā)。對NSCLC手術(shù)及術(shù)后復(fù)發(fā)患者的血液進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，血漿PKM2水平在術(shù)前較高，術(shù)后恢復(fù)至正常，患者復(fù)發(fā)時(shí)重新升高。

糞便隱血試驗(yàn)(fecal occult blood test, FOBT)常作為消化道惡性腫瘤的過篩試驗(yàn)在臨床上使用。但在實(shí)際應(yīng)用中，F(xiàn)OBT的干擾因素(方法、取材等)較多，準(zhǔn)確度和敏感度均不高。糞便PKM2的測定可能是一種有價(jià)值的結(jié)直腸癌篩查新工具，靈敏度和特異度分別可達(dá)73%和78%[43]。在用于結(jié)直腸癌的篩查時(shí)，免疫化學(xué)FOBT特異度和陽性預(yù)測值較好(0.89和0.53)，PKM2的敏感度和陰性預(yù)測值較高(0.87和0.96)，糞便PKM2檢測與FOBT的聯(lián)合使用有助于預(yù)測結(jié)直腸癌發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[53]。

近年來，尿液檢驗(yàn)逐漸被應(yīng)用于腫瘤發(fā)病機(jī)制研究和生物標(biāo)志物篩選等方面，應(yīng)用范圍日趨擴(kuò)大。在基于尿液的測試中，最常用于診斷和監(jiān)測膀胱癌的方法是細(xì)胞學(xué)檢查。然而，細(xì)胞學(xué)檢查的敏感度僅為約35%，漏診比例較高[54]。研究者發(fā)現(xiàn)，與正常受試者相比，膀胱癌患者尿液中PKM2水平顯著增高，特異度為100%，敏感度可達(dá)82%。通過檢測尿液PKM2水平可以為臨床醫(yī)生提供快速、有價(jià)值的檢測，輔助細(xì)胞學(xué)檢查對疑似患有膀胱癌的患者進(jìn)行篩查[42]。

陰道和宮頸分泌物主要由子宮內(nèi)膜和宮頸腺體產(chǎn)生。在子宮內(nèi)膜或?qū)m頸發(fā)生病變時(shí)，病變細(xì)胞表面脫落的一些可溶性蛋白成分可能直接進(jìn)入分泌液中。因此，宮頸、陰道分泌物可用于檢測某些腫瘤標(biāo)志物。蔡尚霞等[44]對156例子宮內(nèi)膜病變患者的宮頸及陰道分泌物中的PKM2進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，與正常受試者相比，患者分泌物中PKM2水平明顯增加，與血清PKM2的聯(lián)合使用可用于區(qū)分子宮頸及子宮內(nèi)膜的增生和癌變，有利于早期篩查和診斷。

4 小結(jié)與展望

PKM2過表達(dá)于頭頸部、胸部、腹腔等多部位腫瘤組織中，在腫瘤細(xì)胞的增殖分化、侵襲和遷移中發(fā)揮重要的作用，與患者較差的臨床表現(xiàn)和不良預(yù)后密切相關(guān)。臨床上對病變組織的活檢標(biāo)本進(jìn)行PKM2檢測，有助于進(jìn)一步明確診斷、指導(dǎo)分期分型及治療方案、評估預(yù)后等。利用ELISA等常規(guī)實(shí)驗(yàn)技術(shù)對體液和糞便等標(biāo)本中PKM2的存在及水平進(jìn)行檢測，對結(jié)直腸癌、NSCLC、宮頸癌等癌癥診斷的敏感度和特異度不遜于傳統(tǒng)腫瘤標(biāo)志物，有利于腫瘤的篩查、診斷和術(shù)后監(jiān)測等，是一種潛在的腫瘤檢測手段。此外，PKM2也可作為腫瘤的治療靶點(diǎn)，通過抑制腫瘤的增殖及侵襲能力或調(diào)控患者對放療、化療的敏感度誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的死亡。