田瓔 吳杰 鄒暢

[摘要]?腫瘤細(xì)胞的增殖和生長需要營養(yǎng)物質(zhì)的支持，并進(jìn)行能量代謝重編程。其中，線粒體功能改變是多種類型腫瘤發(fā)生的標(biāo)志之一。Warburg效應(yīng)是指腫瘤細(xì)胞通過激活乳酸脫氫酶、抑制丙酮酸代謝而產(chǎn)生大量乳酸，并在線粒體中進(jìn)行能量代謝重編程的過程。腫瘤耐藥是當(dāng)前腫瘤臨床治療中較為棘手的問題之一。研究發(fā)現(xiàn)Warburg效應(yīng)與抗腫瘤藥物的耐藥性息息相關(guān)。本文闡述Warburg效應(yīng)在腫瘤耐藥中的研究進(jìn)展，為臨床攻克腫瘤耐藥提供新思路。

[關(guān)鍵詞]?Warburg效應(yīng)；腫瘤耐藥；葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白；細(xì)胞凋亡；有氧糖酵解

[中圖分類號]?R979.1??????[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]?A??????[DOI]?10.3969/j.issn.1673-9701.2024.16.033

1956年，Warburg[1]研究發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞存在一種特殊的代謝特征，即在氧氣充足的情況下腫瘤細(xì)胞優(yōu)先選擇產(chǎn)能率相對較低的糖酵解途徑為自身供能，削弱有氧呼吸，產(chǎn)生大量腺苷三磷酸（adenosine-?triphosphate，ATP），稱作Warburg效應(yīng)。Warburg效應(yīng)也被稱為有氧糖酵解，其可滿足腫瘤細(xì)胞快速生長對能量和代謝物質(zhì)的需求，有助于維持細(xì)胞內(nèi)部的氧化還原穩(wěn)態(tài)。腫瘤是嚴(yán)重威脅人類生命健康的疾病之一。藥物治療在腫瘤臨床治療中占據(jù)重要地位，然而藥物耐藥也給腫瘤治療帶來困擾[2]。Warburg效應(yīng)與腫瘤耐藥密切相關(guān)。研究表明Warburg效應(yīng)可增強(qiáng)結(jié)直腸癌細(xì)胞對抗腫瘤藥物的抵抗力，且在對抗腫瘤藥物抵抗力更強(qiáng)的腫瘤中糖酵解作用更明顯，磷酸果糖激酶-1可增強(qiáng)Warburg效應(yīng)，促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞對表皮生長因子受體抑制劑的耐藥性[3]；M2型丙酮酸激酶（pyruvate?kinase?M2，PKM2）是Warburg效應(yīng)中的糖酵解酶，其在膀胱癌中表達(dá)上調(diào)，導(dǎo)致膀胱癌順鉑耐藥[4]；葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在多種惡性腫瘤中過度表達(dá)，易導(dǎo)致順鉑耐藥，在頭頸部鱗狀細(xì)胞癌中，沉默WNT2B可逆轉(zhuǎn)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白過表達(dá)導(dǎo)致的順鉑耐藥[5]。Warburg效應(yīng)還在乳腺癌、肝細(xì)胞癌和宮頸癌等腫瘤耐藥中發(fā)揮顯著作用[6-8]。腫瘤細(xì)胞中的Warburg效應(yīng)可增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞對抗腫瘤藥物的耐藥性，且腫瘤細(xì)胞中的糖酵解反應(yīng)更多[9-10]。本文對Warburg效應(yīng)和腫瘤耐藥的特點(diǎn)及Warburg效應(yīng)對腫瘤耐藥的調(diào)控機(jī)制研究進(jìn)展進(jìn)行闡述，為提高臨床靶向治療療效提供參考。

1??Warburg效應(yīng)概述

腫瘤細(xì)胞利用大量的營養(yǎng)物質(zhì)維持其無限增殖和生長，能量代謝重編程被認(rèn)為是腫瘤發(fā)生的標(biāo)志之一[11]。能量代謝的改變導(dǎo)致營養(yǎng)缺乏和代謝廢物積累，影響腫瘤細(xì)胞附近非腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)行為[12]。在糖酵解過程中，葡萄糖分解產(chǎn)生丙酮酸和少量ATP。在正常細(xì)胞中，丙酮酸進(jìn)入三羧酸循環(huán)產(chǎn)生能量；而在腫瘤細(xì)胞中，無論氧氣水平如何，細(xì)胞都表現(xiàn)出高糖酵解活性，通過激活乳酸脫氫酶、抑制丙酮酸代謝產(chǎn)生大量乳酸[10]。Warburg效應(yīng)表明細(xì)胞利用能量的方式由氧化磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)樘墙徒?，被視為腫瘤的一大特征[11]。Warburg效應(yīng)的內(nèi)在機(jī)制十分復(fù)雜，尚未完全明確。研究證實(shí)K-ras突變及抑癌基因p53表達(dá)異常與Warburg效應(yīng)有關(guān)[13-14]；糖代謝中關(guān)鍵酶的改變也與Warburg效應(yīng)有關(guān)[15]。

2??腫瘤耐藥概述

耐藥一般是指病原體與藥物多次接觸后對藥物的敏感度降低或無效。腫瘤耐藥可分為內(nèi)源性耐藥（在化療藥物應(yīng)用前便存在耐藥因素）和獲得性耐藥（在化療藥物應(yīng)用后產(chǎn)生的適應(yīng)性反應(yīng)）。腫瘤耐藥發(fā)生機(jī)制如下。

2.1??P-糖蛋白

抗腫瘤藥物進(jìn)入細(xì)胞后被識別并外排，彌散到漿膜時遇到多藥耐藥運(yùn)載體，多藥耐藥運(yùn)載體利用兩個ATP結(jié)合位點(diǎn)上的能量將藥物泵出細(xì)胞外。化療藥物及其他藥物單一且長期應(yīng)用可激活P-糖蛋白活性，減少藥物在細(xì)胞內(nèi)的積蓄，從而產(chǎn)生腫瘤多藥耐藥。

2.2??表觀遺傳學(xué)改變

在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中，非DNA序列改變引起的基因表達(dá)變化主要有DNA甲基化、非編碼RNA和組蛋白修飾等表觀遺傳學(xué)改變。腫瘤細(xì)胞可通過DNA高甲基化抑制抑癌基因的表達(dá)。腫瘤細(xì)胞系中ATP結(jié)合盒亞家族B成員1基因過表達(dá)可導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞內(nèi)抗腫瘤藥物毒性降低，這是獲得多重耐藥的主要原因[16]。

2.3??細(xì)胞凋亡

研究發(fā)現(xiàn)腫瘤耐藥與細(xì)胞凋亡相關(guān)基因如抗凋亡基因Bcl-2、p53等的過表達(dá)有關(guān)，細(xì)胞凋亡相關(guān)基因也可作為耐藥的靶分子，與其他途徑共同介導(dǎo)細(xì)胞生物功能[17]。

3??Warburg效應(yīng)調(diào)控腫瘤耐藥的機(jī)制

3.1??致癌蛋白和腫瘤因子

腫瘤中的細(xì)胞代謝重編程受致癌蛋白和腫瘤因子的調(diào)控。缺氧誘導(dǎo)因子（hypoxia-inducible?factor，HIF）在Warburg效應(yīng)中發(fā)揮重要作用，可促進(jìn)三羧酸循環(huán)和糖酵解的斷開，誘導(dǎo)還原性酵解[18-19]。研究發(fā)現(xiàn)Warburg效應(yīng)可激活HIF-1α介導(dǎo)的信號通路，抑制糖酵解和細(xì)胞自噬，使宮頸癌HeLa-R細(xì)胞對紫杉醇重獲敏感[8]。在卵巢癌中，HIF-1α、K-ras和磷脂酰肌醇3激酶（phosphoinositide?3-kinase，PI3K）等致癌基因表達(dá)的改變通過直接調(diào)節(jié)糖酵解酶，如己糖激酶2（hexokinase?2，HK2）和乳酸脫氫酶A促進(jìn)有氧糖酵解[20-21]。同時，可通過丙酮酸脫氫酶激酶1（pyruvate?dehydrogenase?kinase?1，PDK1）抑制丙酮酸脫氫酶促進(jìn)還原代謝[22]；PDK1可被HIF-1α、蛋白激酶B（protein?kinase?B，PKB，又稱Akt）和磷酸甘油酸激酶1進(jìn)一步激活，從而促進(jìn)腫瘤耐藥[23]。

研究表明PI3K/Akt信號通路可介導(dǎo)腫瘤耐藥[24]。結(jié)腸癌轉(zhuǎn)移相關(guān)基因1可通過PI3K/Akt信號通路促進(jìn)Warburg效應(yīng)，進(jìn)一步增強(qiáng)胃癌細(xì)胞曲妥珠單抗耐藥[25]。PI3K/Akt/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白及Ras/促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated?protein?kinase，MAPK）信號通路通過激活糖酵解過程促進(jìn)原發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤衍生細(xì)胞對甲氨蝶呤耐藥[26]。研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)纖維瘤蛋白1可激活間變性淋巴瘤激酶（anaplastic?lymphoma?kinase，ALK）的K-ras突變，這是驅(qū)動神經(jīng)母細(xì)胞瘤中ALK抑制劑耐藥的真正臨床原因，Ras/MAPK信號通路下游信號傳導(dǎo)的重新激活是ALK抑制劑耐藥的發(fā)生機(jī)制[27]。維生素C可能對腫瘤治療有積極作用，其機(jī)制是通過下調(diào)K-ras突變腫瘤中的關(guān)鍵代謝檢查點(diǎn)導(dǎo)致Warburg效應(yīng)中斷，而不殺死人類永生化結(jié)直腸癌細(xì)胞。維生素C誘導(dǎo)Ras脫離細(xì)胞膜，抑制胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2和PKM2磷酸化，繼而下調(diào)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1和PKM2-PTB依賴蛋白的表達(dá)，Warburg效應(yīng)中斷導(dǎo)致能量應(yīng)激而產(chǎn)生耐藥[28]。

3.2??葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白

葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在人體組織和器官中廣泛表達(dá)，是主要的葡萄糖跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。研究發(fā)現(xiàn)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可促進(jìn)有氧糖酵解，產(chǎn)生更多的丙酮酸對抗活性氧（reactive?oxygen?species，ROS）誘導(dǎo)的壞死性細(xì)胞凋亡，并使細(xì)胞周期處于靜止?fàn)顟B(tài)[29-30]。在Warburg效應(yīng)中，生長因子可促進(jìn)PI3K/Akt信號通路的活化，Akt可提高葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的活性，已糖激酶、磷酸果糖激酶、糖酵解酶可促進(jìn)糖酵解的發(fā)生。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)高葡萄糖可減弱5-氟尿嘧啶在人結(jié)腸癌細(xì)胞中的抗增殖作用和細(xì)胞毒性[31]。

3.3??細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡指為維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，由基因控制的細(xì)胞自主有序死亡。細(xì)胞凋亡信號通路的失調(diào)使腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生耐藥性。研究發(fā)現(xiàn)Warburg效應(yīng)可通過抑制細(xì)胞凋亡抵抗細(xì)胞死亡的誘導(dǎo)[32]。增強(qiáng)糖酵解代謝可降低細(xì)胞內(nèi)ROS水平，ROS被認(rèn)為是誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的重要因素[33-34]；糖酵解酶還可通過直接調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡挽救ROS誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[35]。PKM2可易位至線粒體并磷酸化Bcl-2，促進(jìn)Bcl-2的表達(dá)，抑制細(xì)胞凋亡[35]。HK2也可轉(zhuǎn)移到線粒體保護(hù)腫瘤細(xì)胞免于凋亡[36]。相反，抑制人結(jié)直腸癌細(xì)胞的糖酵解可導(dǎo)致細(xì)胞凋亡增加，降低對5-氟尿嘧啶的抵抗[37]。有氧糖酵解的減少伴隨細(xì)胞凋亡的增加[38]。

4??小結(jié)與展望

腫瘤細(xì)胞能量代謝與正常細(xì)胞不同，是一個復(fù)雜的過程，尤其是葡萄糖代謝過程。糖酵解不僅可提供能量，還可提供細(xì)胞生物合成所需中間產(chǎn)物，為腫瘤細(xì)胞的快速增殖提供能量和營養(yǎng)，幫助腫瘤細(xì)胞逃避代謝壓力，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞免疫逃逸等。因此，研究Warburg效應(yīng)中的關(guān)鍵調(diào)控點(diǎn)可為腫瘤的耐藥治療提供方向和策略。多種蛋白和信號通路參與Warburg效應(yīng)調(diào)控腫瘤耐藥，隨著研究的深入，Warburg效應(yīng)參與腫瘤耐藥的機(jī)制更加明晰，將為臨床靶向藥物的選擇提供更多幫助，給患者帶來更好的治療效果。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

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（收稿日期：2023–08–27）

（修回日期：2024–05–15）