于蕾，王亞奇，梁俊青，崔宏偉

（1 內(nèi)蒙古自治區(qū)中醫(yī)醫(yī)院藥劑科 呼和浩特010020；2 北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院內(nèi)蒙古醫(yī)院（內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院）科研部 呼和浩特010020；3 北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院內(nèi)蒙古醫(yī)院（內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院）乳腺中心 呼和浩特 010020）

乳腺癌（breast cancer）是女性中發(fā)病人數(shù)最高的惡性腫瘤，2020 年占中國(guó)所有女性癌癥新發(fā)病例的19.9%，它的發(fā)病常與遺傳有關(guān)，40‐60 歲之間，絕經(jīng)期前后的婦女發(fā)病率較高。它是一種通常發(fā)生在乳房腺上皮組織，嚴(yán)重影響婦女身心健康甚至危及生命的最常見的惡性腫瘤之一。目前的治療方法，包括手術(shù)、化療、放療、內(nèi)分泌和靶向治療，都取得了顯著進(jìn)展。然而，諸如耐藥性和骨髓抑制等缺點(diǎn)限制了現(xiàn)有療法的有效性。此外，這些治療方法對(duì)三陰性乳腺癌（triple‐negative breast cancer，TNBC）的療效甚微，目前，乳腺癌死亡率占中國(guó)女性常見癌癥死亡率的第4 位，僅排在肺癌、結(jié)直腸癌、胃癌之后[1]。進(jìn)一步了解乳腺癌的發(fā)病機(jī)制有助于乳腺癌患者的治療。近年來，對(duì)癌細(xì)胞代謝異常的研究成為探尋癌癥治療方法的熱點(diǎn)領(lǐng)域。大多數(shù)正常組織在有氧時(shí)通過糖的有氧分解獲取能量，只有在缺氧時(shí)才進(jìn)行無氧糖酵解。腫瘤組織則即使在氧供應(yīng)充分的條件下也主要是以無氧糖酵解獲取能量。這可能是由于癌細(xì)胞線粒體的功能障礙所致，或者與瘤細(xì)胞的酶譜變化，特別是與3 個(gè)糖酵解關(guān)鍵酶（己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶）活性增加和同工酶譜的改變，以及糖異生關(guān)鍵酶活性降低有關(guān)。糖酵解的許多中間產(chǎn)物被癌細(xì)胞利用合成蛋白質(zhì)、核酸及脂類，從而為癌細(xì)胞本身的生長(zhǎng)和增生提供了必需的物質(zhì)基礎(chǔ)[2]。癌細(xì)胞能量代謝異常與乳腺癌的進(jìn)展及相關(guān)治療策略有著重要的關(guān)系，本文就近年來乳腺癌細(xì)胞代謝異常的研究進(jìn)展作一綜述。

1 乳腺癌及其亞型

近年來，越來越多的乳腺癌研究關(guān)注起了乳腺癌亞型之間的代謝變化。不同的亞型雌激素受體（estrogen receptor，ER）表達(dá)及乳腺癌的分子和代謝特征也不同。ER表達(dá)陽(yáng)性乳腺癌分為腔內(nèi)A（luminal A）和腔內(nèi)B（luminal B）兩種亞型。ER 表達(dá)陰性乳腺癌又分為原癌基因人類表皮生長(zhǎng)因子受體（human epidermal growth factor receptor‐2, HER2）陽(yáng)性亞型和三陰性乳腺癌亞型[3‐5]。

1.1 雌激素受體表達(dá)陽(yáng)性乳腺癌

ER 陽(yáng)性乳腺癌是最常見的乳腺癌類型。該亞型又分為腔內(nèi)A 型和腔內(nèi)B 型兩種亞型。在DNA 水平上，腔內(nèi)A 型腫瘤在整個(gè)腫瘤發(fā)展過程中幾乎沒有突變。染色體拷貝數(shù)變化少，Ki‐67 表達(dá)低，p53 突變少。腔內(nèi)A 型腫瘤多數(shù)預(yù)后良好，復(fù)發(fā)率較低。與腔內(nèi)A 腫瘤相比，腔內(nèi)B 腫瘤的全基因組突變數(shù)更高，染色體拷貝數(shù)變化更多，在DNA 水平p53 突變更多[6]。在乳腺癌亞型中，腔內(nèi)B 腫瘤甲基化頻率最高，臨床分級(jí)高，復(fù)發(fā)率較高[7]。

1.2 雌激素受體表達(dá)陰性乳腺癌

HER2 富集亞型在乳腺癌中占近15%，顯示HER2的過表達(dá)，HER2是乳腺癌中促進(jìn)細(xì)胞增殖、抑制細(xì)胞凋亡的重要致癌驅(qū)動(dòng)因子。在DNA 水平上，HER2 亞型在整個(gè)基因組中顯示出最高的突變率，包括PIK3CA 和p53 突變。HER2 亞型傾向于分級(jí)高、預(yù)后差。越來越多的文獻(xiàn)表明，擴(kuò)增的HER2 在調(diào)控乳腺癌干細(xì)胞（breast cancer stem cells, BCSCs）耐藥和復(fù)發(fā)的相關(guān)過程中發(fā)揮著重要作用[8‐10]。HER2對(duì)BCSCs 的調(diào)控可能也存在于其他乳腺癌亞型中。BLBC（basal‐like breast cancer，BLBC）至少占乳腺癌的10%，屬于三陰性乳腺癌，具有獨(dú)特的基因組特征和內(nèi)在多樣性。在DNA 水平上，BLBC 的突變頻率僅次于Her2 亞型。BLBC 有大量PIK3CA 和p53 突變。BLBC 可能與乳腺癌易感基因‐1（breast cancer susceptibility gene‐1, BRCA‐1）突變有關(guān)，該突變可能導(dǎo)致遺傳性乳腺癌。在乳腺癌亞型中，BLBC預(yù)后最差[11]。

2 乳腺癌細(xì)胞能量代謝異常

癌細(xì)胞代謝的改變是癌癥的一個(gè)重要標(biāo)志。乳腺癌細(xì)胞增強(qiáng)有氧糖酵解（Warburg 效應(yīng)）提供能量，并產(chǎn)生乳酸維持腫瘤微環(huán)境；乳腺癌細(xì)胞利用大量谷氨酰胺從而保護(hù)細(xì)胞免受活性氧升高和凋亡；脂肪酸氧化在葡萄糖缺乏的癌細(xì)胞觸發(fā)的代謝應(yīng)激過程中有重要作用，腫瘤細(xì)胞通常從周圍的微環(huán)境中攝取脂肪酸。因此，代謝異?？赡艹蔀槿橄侔┲委煹臐撛谟行О悬c(diǎn)。糖代謝是機(jī)體一種主要的能量來源，在包括乳腺癌細(xì)胞在內(nèi)的癌細(xì)胞中被上調(diào)[12]?？偟膩碚f，糖代謝包括有氧糖酵解、戊糖磷酸途徑PPP（pentose phosphate pathway, PPP）、三羧酸循環(huán)（Tricarboxylic acid cycle，TCA）、糖異生等途徑。本文主要介紹乳腺癌中的前四種葡萄糖代謝途徑。

2.1 Warburg 效應(yīng)

即使在氧氣充足的條件下，癌細(xì)胞仍然主要通過糖酵解代謝。這種現(xiàn)象被稱為有氧糖酵解或War‐burg 效應(yīng)，Warburg 有助于癌細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移，葡萄糖最終轉(zhuǎn)化為乳酸。超過10 個(gè)編碼葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體（glucose transporter，GLUTs）和糖酵解酶的基因在 Warburg 效應(yīng)中起重要作用。第一步，葡萄糖的高效轉(zhuǎn)運(yùn)導(dǎo)致癌細(xì)胞大量消耗葡萄糖，這種現(xiàn)象是GLUTs 過表達(dá)造成的。在乳腺癌中，GLUT1 高水平表達(dá)與腫瘤亞型、高分級(jí)、預(yù)后差相關(guān)[13]。然而，GLUT 家族表達(dá)上調(diào)不能完全解釋乳腺癌中有效葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的增加，這表明還有另一種GLUT 的參與。鈉‐葡萄糖共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（sodium ‐ glucose cotransporter 1, SGLT1）可以利用鈉梯度維持細(xì)胞內(nèi)葡萄糖水平，而不依賴細(xì)胞外葡萄糖濃度。SGLT1在多種癌癥類型中表達(dá)上調(diào)，并通過調(diào)節(jié)表皮生長(zhǎng)因子受體活性促進(jìn)TNBC 中的細(xì)胞生長(zhǎng)[14]。第二步，細(xì)胞內(nèi)葡萄糖在9 種糖酵解酶的催化下轉(zhuǎn)化為丙酮酸。其中，己糖激酶（hexokinase, HK）、磷酸果糖激酶（phosphofructokinase, PFK）、丙酮酸激酶（pyruvate kinase, PK）3 種關(guān)鍵酶作為限速酶，這幾種關(guān)鍵酶的高表達(dá)，促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的惡性發(fā)展[15‐17]。例如，HK 的表達(dá)水平?jīng)Q定了體外和體內(nèi)模型乳腺癌的惡性程度和表型。在第三步中，即使在有氧的情況下，乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase, LDH）仍然可以將癌細(xì)胞中的丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸。LDH 家族包括LDHA、LDHB、LDHC 和LDHD。與LDHB相比，LDHA 對(duì)丙酮酸具有較高的親和力，在乳腺癌有氧糖酵解中發(fā)揮重要作用。在乳腺癌細(xì)胞中，高水平的LDHA 有助于促進(jìn)癌細(xì)胞增殖、侵襲，甚至上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化[18]?？傊?，Warburg 效應(yīng)對(duì)乳腺癌細(xì)胞的惡性發(fā)展至關(guān)重要。

2.2 戊糖磷酸途徑

PPP是一個(gè)糖酵解分支，產(chǎn)生NADPH和5‐磷酸核糖。PPP 在支持核酸和脂肪酸（fatty acid, FA）合成和保護(hù)細(xì)胞免受應(yīng)激誘導(dǎo)的死亡中起關(guān)鍵作用。PPP在細(xì)胞質(zhì)中遵循兩個(gè)生化過程，即氧化過程和非氧化過程。癌細(xì)胞可以通過多種途徑改善PPP，從而促進(jìn)細(xì)胞增殖和生存。葡萄糖6‐磷酸脫氫酶（glucose 6‐phosphate dehydrogenase, G6PD）通過催化不可逆步驟來調(diào)節(jié)PPP 的速率。G6PD 在不同乳腺癌亞型中的表達(dá)水平存在差異，與患者預(yù)后不良呈正相關(guān)。G6PD 的低表達(dá)水平除了在PPP 中發(fā)揮作用外，還可能啟動(dòng)AMP 活化蛋白激酶（protein kinase, AMPK）信號(hào)通路，抑制乳腺癌細(xì)胞增殖和存活[19]。

2.3 三羧酸循環(huán)

三羧酸循環(huán)是通過丙酮酸氧化生成二氧化碳和水而產(chǎn)生能量和中間代謝產(chǎn)物的一系列化學(xué)反應(yīng)。在能量代謝、大分子合成、氧化還原平衡等多種生化途徑中，TCA 循環(huán)都是非常重要的。然而，最近的研究表明，在TCA 循環(huán)中，包括烏頭酸酶、異檸檬酸脫氫酶1 、琥珀酸脫氫酶等酶編碼基因的大量突變會(huì)增加某些癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。導(dǎo)致TCA 循環(huán)功能障礙的線粒體DNA 基因突變，如編碼ATP 酶和NADH 脫氫酶亞基的基因，是乳腺癌中最常見的突變基因[20]。

2.4 糖異生

糖異生作用能將非碳水化合物的碳底物轉(zhuǎn)化為葡萄糖或糖原以獲取能量。糖異生可以通過葡萄糖的生成速率間接影響糖酵解、TCA、PPP 和其他途徑。三種關(guān)鍵酶控制糖異生通量，包括磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（phosphoenolpyruvate carboxykinase，PEPCK）、果 糖‐1,6‐ 二 磷 酸 酶（fructose‐1, 6‐di‐phosphatase，F(xiàn)BPase）和葡萄糖‐6‐磷酸酶（glu‐cose‐6‐phosphatase，G6P）。除了增加葡萄糖和谷氨酰胺的合成，PEPCK 還可以加快非碳水化合物轉(zhuǎn)化為核糖的速率。此外，F(xiàn)BPase 的高水平與乳腺癌轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)，提示糖異生可能是乳腺癌患者代謝治療的另一個(gè)潛在靶點(diǎn)[21]。

3 葡萄糖代謝的相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子

3.1 缺氧誘導(dǎo)因子

缺氧被認(rèn)為是乳腺癌發(fā)生的重要調(diào)節(jié)因子。缺氧誘導(dǎo)因子（hypoxia inducible factor，HIF）特別是HIF1 在細(xì)胞缺氧適應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用。HIF1在TNBC 中表達(dá)顯著上調(diào)。HIF1 高水平是人類乳腺癌臨床預(yù)后不良的標(biāo)志。從理論上講，HIF1 在乳腺癌的增殖、轉(zhuǎn)移、病理?yè)p傷、不良預(yù)后等多個(gè)惡性方面都有重要作用[22‐24]。如HIF1 通過上調(diào)腫瘤的表達(dá)促進(jìn)原發(fā)腫瘤生長(zhǎng)和肺轉(zhuǎn)移。在惡性腫瘤生長(zhǎng)過程中，有氧糖酵解的代謝變化被認(rèn)為是癌細(xì)胞對(duì)缺氧的適應(yīng)。在各種癌癥類型中，HIF1 與糖代謝異常顯著相關(guān)。GLUT1 負(fù)責(zé)基礎(chǔ)葡萄糖攝取，以維持Warburg 效應(yīng)，增加癌細(xì)胞的葡萄糖消耗。HIF1 正向調(diào)控GLUT1 的表達(dá)水平[25]。此外，HIF1 可調(diào)控9 種糖酵解酶中絕大部分，在癌細(xì)胞中，丙酮酸通過LDHA 糖酵解進(jìn)一步代謝為乳酸，而不是乙酰輔酶A。LDHA 的高表達(dá)水平與HIF1 相關(guān)[26]。此外，HIF1 可以通過啟動(dòng)丙酮酸脫氫酶激酶1（pyruvate dehydrogenase kinase 1, PDK1）表達(dá)來降低線粒體氧化磷酸化，這在一定程度上解釋了Warburg 效應(yīng)在乳腺癌中的作用。

3.2 原癌基因

癌基因編碼的c‐Myc 在30%～50%的晚期乳腺癌中過表達(dá)。c‐Myc 作為調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)和代謝的轉(zhuǎn)錄因子，在腫瘤發(fā)生和耐藥中起著重要作用。

LDHA 是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)直接受c‐Myc 調(diào)控的糖代謝基因[27]。此外，Zhang 等人發(fā)現(xiàn)抑制LDHA 表達(dá)可反向升高c‐Myc mRNA 水平，表明LDHA 對(duì)c‐Myc 表達(dá)具有負(fù)反饋?zhàn)饔肹28]。許多其他參與糖代謝的基因，如GLUT1、HK2、GPI、GAPDH、PFK、ENO1、PGK 和PDK1，能被c‐Myc 啟動(dòng)。

在糖代謝方面，c‐Myc 與HIF1 之間存在復(fù)雜的相互作用。缺氧時(shí)，HIF1 可以通過刺激MYC 降解，阻斷MYC‐max 復(fù)合物來抑制c‐Myc 的活性。然而，腫瘤細(xì)胞的間歇性缺氧一直在發(fā)生，因此，在沒有HIF1 抑制c‐Myc 的情況下，升高的c‐Myc 水平仍然在腫瘤細(xì)胞中發(fā)揮作用?？偟膩碚f，HIF1 在低氧條件下調(diào)節(jié)許多糖代謝基因，而c‐Myc 在正常條件下升高一些基因。例如，抑制缺氧線粒體中丙酮酸氧化的PDK1 被HIF1 和c‐Myc 升高[29‐30]。然而，c‐Myc反啟動(dòng)糖酵解基因和一些與TCA相關(guān)的關(guān)鍵基因。因此，c‐Myc 在糖代謝中的整體作用仍有待研究。

此外，谷氨酰胺的利用率隨著Warburg 效應(yīng)而增加。c‐Myc在癌癥中的一個(gè)關(guān)鍵功能是調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)谷氨酰胺的吸收和代謝，如GLS。在乳腺癌中，c‐Myc 通過調(diào)節(jié)谷氨酰胺轉(zhuǎn)運(yùn)體丙氨酸絲氨酸半胱氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體2 和興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體2 來增加谷氨酰胺和葡萄糖的攝取，促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)。在管腔B 乳腺癌亞型中，c‐Myc 通過調(diào)節(jié)谷氨酰胺‐脯氨酸調(diào)節(jié)軸來保護(hù)細(xì)胞免受氧化損傷并維持生存。最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，HER2 的啟動(dòng)也會(huì)刺激乳腺癌細(xì)胞中GLS1 的表達(dá)。在管腔B 乳腺癌亞型中，c‐Myc通過調(diào)節(jié)谷氨酰胺‐脯氨酸調(diào)節(jié)軸來保護(hù)細(xì)胞免受氧化損傷并維持生存。最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，HER2的啟動(dòng)也會(huì)刺激乳腺癌細(xì)胞中GLS1 的表達(dá)[31‐33]。

3.3 SIX1

SIX1 是研究最多的SIX 家族成員，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮作用，包括乳腺癌。SIX1 通過啟動(dòng)cyclin A 和cyclin D 在持續(xù)的增殖信號(hào)通路中發(fā)揮作用。SIX1 過表達(dá)與腫瘤的惡性生物學(xué)特性呈正相關(guān)，包括侵襲轉(zhuǎn)移、逃避生長(zhǎng)抑制因子、非致瘤細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化、細(xì)胞抵抗死亡等[34,35]。

SIX1 通過調(diào)節(jié)有氧糖酵解，在體內(nèi)外促進(jìn)乳腺癌生長(zhǎng)。有研究表明，miR‐548a‐3p/SIX1 軸在War‐burg 效應(yīng)中發(fā)揮重要調(diào)控通路作用。SIX1 可以通過上 調(diào)GLUT1、HK2、PFKL、ALDOA、GAPDH、PGK1、ENO1、Pyruvate kinase M2 (PKM2)和LDHA等幾乎所有糖酵解基因的表達(dá)來促進(jìn)有氧糖酵解。SIX1 增加通過組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶HBO1 和AIB1 表達(dá)糖酵解基因。miR‐548a‐3p 可以降低SIX1 的表達(dá)，從而影響腫瘤的代謝和生長(zhǎng)[36]。

3.4 p53

在近30%的乳腺癌中發(fā)現(xiàn)P53 突變，與各種乳腺癌亞型高度相關(guān)[37]。p53 突變的女性在60 歲時(shí)患乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)為85%。p53 除了作為腫瘤抑制因子的傳統(tǒng)作用外，還抑制糖酵解，加速糖代謝中的氧化磷酸化。在有氧糖酵解過程中，p53 通過下調(diào)GLUT 家族基因限制葡萄糖的攝取。p53 通過在轉(zhuǎn)錄上下調(diào)HK2 和PDK2 來破壞糖酵解。此外，p53 通過下調(diào)單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（Monocarxylate transporter 1, MCT1），加速細(xì)胞內(nèi)乳酸的積累，導(dǎo)致糖酵解轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸姿峄痆38]。p53 通過結(jié)合抑制G6PD 活性二聚體的形成，從而抑制PPP，減少葡萄糖消耗和NADPH 的產(chǎn)生及生物合成。然而，有研究報(bào)導(dǎo)p53下游基因之一的p53誘導(dǎo)糖酵解和凋亡調(diào)節(jié)因子(TIGAR)在乳腺癌細(xì)胞中過表達(dá)，通過降低Warburg效應(yīng)、促進(jìn)PPP 促進(jìn)細(xì)胞氧化抵抗。此外，TIGAR可能有助于增強(qiáng)癌細(xì)胞的線粒體功能[39]。TIGAR 在糖代謝中的作用與p53 存在矛盾，p53 在乳腺癌中被認(rèn)為是一個(gè)抑癌基因。然而，TIGAR 表達(dá)的升高與腫瘤有關(guān)。

4 靶向乳腺癌細(xì)胞能量代謝治療策略

近年來，關(guān)于乳腺癌代謝異常機(jī)制的研究越來越全面。同時(shí)，各種各樣的代謝靶向藥物已被開發(fā)出來。例如，與非肥胖女性相比，肥胖女性乳腺癌的發(fā)病率和死亡率率更高。IGF1 的過度激活在肥胖女性的致癌過程中起著重要作用。MEDI‐573 是一種阻斷IGF1 和IGF1 受體結(jié)合的單克隆抗體。在乳腺癌患者1 期臨床試驗(yàn)中顯示出良好的抗癌活性耐受性[40]。AMPK 是維持代謝穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵蛋白激酶，在葡萄糖耗盡的情況下被激活并維持細(xì)胞存活，然而，過度活化的AMPK 反而促進(jìn)細(xì)胞凋亡。一些臨床藥物，如二甲雙胍、去甲氧姜黃素和氟西汀，可以激活A(yù)MPK 通路來抑制乳腺癌細(xì)胞[41]。除了這些藥物，一些針對(duì)正常代謝在抗癌藥物也在研發(fā)中，但這些藥物的有效性和不良副作用值得進(jìn)一步探索評(píng)價(jià)。

5 小結(jié)與展望

癌細(xì)胞能量代謝發(fā)生改變的現(xiàn)象非常普遍，并與癌細(xì)胞的其他特征相互影響，是癌細(xì)胞最普遍的特征之一。在代謝方面，乳腺癌細(xì)胞具有較高的能量代謝水平。乳腺癌細(xì)胞通過增強(qiáng)Warburg效應(yīng)產(chǎn)生能量和乳酸維持增殖和腫瘤微環(huán)境。乳腺癌細(xì)胞還利用脂質(zhì)代謝和其他葡萄糖代謝，如TCA 和PPP，以獲得維持機(jī)體的重要化合物。在乳腺癌細(xì)胞中，谷氨酰胺也會(huì)升高并保護(hù)細(xì)胞免受ROS 升高和凋亡的影響。異常的能量代謝導(dǎo)致的獨(dú)特腫瘤微環(huán)境，抑制了抗腫瘤免疫并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移。這些研究均使我們深入的了解了乳腺癌細(xì)胞的生物學(xué)特性，為以能量代謝的關(guān)鍵酶或載體為靶點(diǎn)進(jìn)行分子靶向治療提供了理論基礎(chǔ)。