肿瘤脂代谢异常和脂代谢调节治疗

肿瘤脂代谢异常和脂代谢调节治疗脂类是三大营养素之一，除了与能量供应和储存密切相关外，还有两个方面作用：是细胞的主要构件分子。磷脂（甘油磷脂和鞘磷脂等）和胆固醇是细胞膜的主要成分，脂类代谢改变会直接影响细胞膜合成和细胞增殖；是细胞生命活动中的重要活性分子。多种脂类分子及其代谢中间物可参与细胞信号转导、炎症和血管调节等，并与细胞增殖、细胞黏附和运动等密切相关。因此，脂类代谢异常不仅与心血管疾病发生密切相关，而且与肿瘤发生、发展、侵袭和转移等密切相关。肿瘤脂类异常代谢是改变肿瘤代谢，也称肿瘤代谢重编程（metabolismreprogramming）的重要组成部分。肿瘤细胞脂类代谢异常主要表现为不受控制的脂肪酸从头合成和脂类合成增强，为肿瘤细胞增殖持续提供所需的构件分子。而肿瘤宿主的脂类代谢则与之相反，不断进行脂肪动员和分解，同时存在不同程度外源性脂类利用障碍。这些改变与肿瘤癌基因信号通路增强、相关代谢酶改变和炎症等密切相关。因此，肿瘤脂类异常代谢通路及相关酶是肿瘤潜在的抗癌药物治疗靶点，也是肿瘤营养支持治疗的重要参考依据。1、肿瘤细胞脂类异常代谢肿瘤细胞脂类异常代谢主要表现为脂肪酸从头合成和脂类合成增强，脂肪酸分解降低[1]。各种肿瘤均显示内源性脂肪酸生物合成增高，而大多数正常细胞，即便是有着相对较高的增殖速度细胞也是优先利用饮食中和（或）内源性脂类来合成新的结构脂类。尽管一些正常组织，如脂肪细胞、肝细胞、激素敏感细胞和胎肺组织具有非常活跃的脂肪酸合成信号，但在大多数正常细胞中脂肪酸从头合成均受到抑制。研究发现肿瘤细胞内脂肪酸从头合成增加与细胞脂类水平无关，其原因还不清楚，这可能与肿瘤细胞不断增殖需要合成大量膜脂有关，并且与肿瘤细胞恶性表型(侵袭和迁移等)密切相关。肿瘤细胞快速增殖需要不断补充能量和合成构件大分子。为了满足这些需求，肿瘤细胞的代谢信号明显发生了改变，其中最重要的代谢改变之一就是肿瘤细胞脂肪酸从头合成大大增强。脂类合成信号涉及了脂肪酸合成信号和甲羟戊酸信号，后者导致了胆固醇和类异戊二烯合成。脂肪酸从头合成的重要构件分子是乙酰CoA，其主要来源有两个途径：其一，主要来自三羧酸循环的柠檬酸，柠檬酸出线粒体进入胞质后在柠檬酸裂解酶催化下裂解为乙酰CoA和草酰乙酸。而柠檬酸有两个主要来源，分别是葡萄糖和谷氨酰胺，因此肿瘤细胞对于葡萄糖和谷氨酰胺消耗非常大，而且两者是相互促进肿瘤细胞摄取［2］。其二，肿瘤细胞直接从胞外摄取乙酸并在乙酰CoA合成酶催化生成乙酰CoA。研究发现肿瘤患者血清乙酸水平明显低于健康对照者［3］。在许多肿瘤细胞中参与脂肪酸和脂类(磷脂和胆固醇等)合成通路酶表达和活性显著升高，而肿瘤细胞癌基因激活PI3K/Akt信号通路，癌蛋白ErbB2和HIF-1等都可促进脂类合成酶的表达，如脂肪酸合成酶(fattyacidsynthase，FAS)、ATP-柠檬酸裂解酶(ATP-citricacidlyase，ACLY)，乙酰CoA羧化酶(acetyl-CoAcarboxylase，ACC)，3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methylglutarylcoenzymeAreductase，HMGCoAR)、Spot14或称甲状腺素反应蛋白(thyroidhormoneresponseprotein，THRP)和单脂酰甘油脂酶(monoacylglycerollipase，MAGL)等［4,5］(图1)。ACLY是催化柠檬酸裂解生成乙酰-CoA和草酰乙酸的胞质酶。在多种肿瘤中都有ACLY上调或激活，抑制ACLY活性时可明显阻滞肿瘤细胞增殖。2013年复旦大学雷群英教授课题组［6］发现ACLY多肽链的540、546和554赖氨酸残基(K)位点乙酰化修饰后，促进了脂类生物合成及肿瘤生长，并且在肺癌组织中证实ACLY乙酰化水平明显升高，进一步研究证实，ACLY3K也是泛素化修饰位点，两者存在竞争关系。当在高葡萄糖条件下通过激活PCAF(P300/calciumbindingprotein-associatedfactor)乙酰转移酶促进ACLY乙酰化，而阻断ACLY泛素化和降解，提高了其稳定性，促进脂类从头合成、细胞增殖及肿瘤生长。FAS最初被鉴定为乳腺癌相关蛋白OA-519，实际上FAS在许多种癌细胞中均有高表达。FAS是多功能酶，它催化乙酰CoA和丙二酰CoA通过多次缩合和还原循环方式合成棕榈酸。FAS是催化糖转变成脂肪过程中的关键酶。正常情况下，FAS主要在肝脏细胞表达，肝脏借此合成脂肪并输出至脂肪组织储存并为其他组织器官供能。因此，许多组织器官主要依赖血循环中的脂类，而不表达FAS。许多肿瘤细胞，尤其是侵袭性强的肿瘤细胞中FAS表达水平显著提高。同时，FAS表达是肿瘤发生和发展过程中的早期事件，并且其表达水平可提示肿瘤发展从早期向晚期的转变，与肿瘤预后密切相关。FAS表达受复杂网络调控，已经明确激素依赖的肿瘤，如乳腺癌、前列腺癌和子宫内膜癌中类固醇激素可诱导其表达，这涉及MAPK，MEK1/MEK2，和PI3K/AKT信号通路。其中PI3K/AKT信号通路在脂肪合成中发挥重要作用(图1)。活化的PI3K/AKT通过激活类固醇激素反应元件结合蛋白1并促进其入核而促进脂肪合成相关基因表达。最新研究发现骨肉瘤中AKT磷酸化与FAS表达之间形成正反馈，且在骨肉瘤恶性发展中起着重要作用。PI3K/AKT还可直接激活ACL促进脂肪酸合成，同时可通过下调肉毒碱棕榈酰基转移酶1A(carnitinepalmitoyltransterase-1A,CPT1A)抑制脂肪酸p-氧化。在乳头状甲状腺癌亚型中，FAS增加与PI3K/AKT信号通路激活密切相关，而抑制FAS可阻止肿瘤细胞生长和诱导死亡［7］。此外，HIF-1可诱导许多脂类合成酶系表达，在肿瘤恶液质脂代谢紊乱中也发挥重要作用。MAGL绅匕祕:占由丿PI33CJ*kt缶如.UlfMAGL绅匕祕:占由丿PI33CJ*kt缶如.UlfT<AI一甘¥«擔图1肿瘤细胞脂类代谢异常和调节注；FAS,fattyajcidsynth^^T脂肪酸合成孵；ACLY.ATP-citricaridlyase.JVTP-柠稼悔裂解誨+ACC,sic^^:l-CoAcarhoxylaiie,乙酰CoA玫ft酶；HMG-CoAR^J-hvndiuxy-S-inethylglLitarylciKinzyni-eArJMlissHMG-CvA还凰酹；MAGL,moiK)£tcylglyctn?lEipase.PSH油脂稱；C?T1A,smitiiK?paknitoyltrun血rislIA,肉毒碱粽搁醸U轶移酶1A；TCA,triLaiboxylicacidcycle,三拔酸循环；QT,ululiuTLinctranspcrrtin',番頸駐胺转运载体；GluhgliKu.^etnu'apDrLtjr,ACC是脂肪酸合成的限速酶，它催化乙酰CoA和C02生成丙二酰CoA。ACC在乳腺癌和前列腺癌中高表达，而抑制ACC导致脂肪合成下降和细胞凋亡。Spot14可调节多种脂肪合成相关酶基因表达，包括FAS和ACC等，乳腺癌中Spot14水平与癌侵袭性和预后差密切相关。MCF-7乳腺癌细胞转染过表达ErbB2癌基因后，脂肪酸从头合成的酶和不同脂类（甘油磷脂、鞘磷脂和前列腺素）周转相关酶表达明显改变。单脂酰甘油脂酶（MAGL）在补充肿瘤细胞脂肪酸中发挥重要作用。MAGL在许多肿瘤中表达和活性增强，并且与肿瘤发生、侵袭和转移有关［5］。与肿瘤相关的其他脂类代谢酶：如环氧合酶（cyclooxygenase，COX）和脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）。COX-2可能在腺瘤的发展和发生中起重要作用，并且C0X-2表达增多可导致APC基因不能实现其正常功能，使大肠上皮细胞分化失平衡而出现异常增生。脂类代谢异常尤其是COX过度活化可使乙烯型DNA复合物形成增多，最终可能导致腺瘤基因不稳定和肿瘤的发展。近年来研究表明：LOX-5在许多肿瘤组织中存在过度表达，这种过度表达抑制了细胞凋亡，促进了肿瘤的发生和转移。在动物胰腺癌模型中使用LOX-5抑制剂显著降低了肝脏转移的发生率，转移瘤的大小及数量。2、肿瘤患者脂代谢异常愈来愈多的研究证据显示饮食肥胖以及随之产生的高血脂可能都会促进激素相关癌症(卵巢癌、子宫内膜癌)的发展。因此，异常血脂指标可能在评价某些肿瘤类型上是有用的标记。由于肿瘤本身因素，以及肿瘤治疗等因素会导致肿瘤患者体内的物质代谢发生明显改变。肿瘤患者脂类代谢的主要改变包括：脂肪组织分解动员增强、外源脂类利用下降、血浆脂蛋白(乳糜微粒和极低密度脂蛋白)和甘油三酯水平升高。长期代谢改变会导致储存脂肪耗竭，严重时骨骼肌蛋白质分解，结果是整体性消瘦，体重不断下降，也就是出现恶液质(cachexia)。许多研究认为脂代谢改变可能与人类和动物各种肿瘤的发展和癌症病人的恶液质密切相关，脂代谢改变可能是恶液质的一个重要致病因素。因此，提出抑制脂类分解可抑制肿瘤生长［8］。许多研究发现，即使是非侵袭性肿瘤并且没有发生营养摄入改变的肿瘤患者，都显示腹膜后储存脂肪的严重下降，这提示肿瘤产生了一系列分解脂类的物质并释放入血液中。这类活性因子包括炎症因子(如TNF-a)、激素敏感脂肪酶(hormonesensitivelipase、HSL)、脂肪动员因子(lipid-mobilizingfactor,LMF/ZAG)和糖皮质激素等，这些分子在癌症早期就存在，并且随着癌症进展而愈来愈严重(图2)。卵巢癌病人血清和腹腔液中可检出促进脂类分解的HSL活性是正常人的2.3倍。Taylor等研究认为，卵巢癌病人脂类代谢紊乱中HSL可能起主要作用，肿瘤病人中存在肿瘤源性脂解促进因子和整体脂代谢改变，提示脂代谢与某些肿瘤之间的相关性［9］。脂肪组织的甘油三酯脂酶(adiposetriglyceridelipase,ATGL)也与HSL—样在恶液质脂肪消耗中发挥重要作用。最新动物模型研究发现ATGL缺失的荷瘤鼠不会出现白色脂肪组织(whiteadiposetissue,WAT)消耗，同时也不出现骨骼肌降解，这表明ATGL和HSL—起参与了肿瘤恶液质的脂肪消耗［10,11］。沖ia迪匏TNF-&丄klAPK游觀聃肪舊沖ia迪匏TNF-&丄klAPK游觀聃肪舊图2肿瘤宿主脂肪组织甘油三酯异常分解机制

洼：LMF/ZAG,lipid-mobilizingfactor,脂肪动员因子#锌-ti2-

糖蛋■白；TWF-n,tumorneciuiiiiiFactor,肿瘤坏死IS子-ikAC.

adenylatecyckseT腺昔酸环化隔PKAT卩retcmkin^eAT蛍门激騎民

HSL-hcnnonesensitivelipase,漱索敏感弗昉藕？IJCP1,uLtucLipling

Drol£iiiI・解偶联影口1；MAPK・mito^tn-LictiviitEdDivteinkiTiL^c・在脂肪组织下降60%的荷瘤鼠模型上显示：WAT的LMF/ZAGmRNA表达水平增加10倍，棕色脂肪组织(brownadiposetissue,BAT)增加3倍，这表明LMF/ZAG在肿瘤患者脂肪代谢紊乱和恶液质发生过程中发挥着重要作用。LMF/ZAG存在于脂肪组织细胞和肿瘤细胞内，多种机制可以调节LMF/ZAG的表达：研究发现PPARy激动剂罗格列酮可以诱导人脂肪细胞LMF/ZAG表达上调达3倍，TNF-a可上调LMF/ZAG4倍，同时LMF/ZAG还受到肾上腺能受体阳激动剂BRL37344和糖皮质激素调节。而许多动物实验和临床研究提示糖皮质激素可能是恶液质LMF/ZAG表达升高主要调节因素：糖皮质激素拮抗剂RU38486可以明显减轻恶液质患者的体重下降和WAT的LMF/ZAG水平；恶液质鼠血浆皮质醇水平与体重丢失成正比，皮质醇增强是恶液质早期的一个特征，营养不良的恶液质患者尿液中皮质醇增高。还有儿茶酚胺类增加也与恶液质LMF/ZAG水平有关。LMF/ZAG主要通过经典依赖GTP的腺苷酸环化酶-cAMP通路激活激素敏感脂肪酶HSL(图2)。LMF/ZAG促进脂肪动员同时还加强脂类的氧化分解，其机制可能通过激活肾上腺素能受体P3-腺苷酸环化酶-cAMP通路而促进解偶联蛋白(uncouplingprotein,UCP)1表达有关，而后者促进线粒体脂肪酸氧化分解［12］(图2)。炎症是在肿瘤发生和发展过程中始终发挥重要作用的一个因素。肿瘤患者长期处在慢性炎症状态，慢性炎症因子如TNF-a、IL-1和IL-6等在肿瘤代谢紊乱中也起着十分重要作用。许多研究发现TNF-a是肿瘤恶液质患者脂肪消耗的主要细胞因子之一。TNF-a可以通过抑制脂蛋白脂酶(lipoproteinlipase，LPL)表达而限制外源性脂类摄取，或通过直接促进脂肪分解等途径来降低恶液质患者的脂肪(图2)。研究证实TNF-a可以促进脂肪细胞和肿瘤细胞表达和释放LMF/ZAG，上调可达4倍。TNF-a促进脂肪分解机制涉及丝裂原激活蛋白激酶(mitogen-activatedproteinkinase，MAPK)p44/42和c-Jun氨基末端激酶(c-jun-NH2-terminalkinase,JNK)通路激活，主要通过专一性的抑制水解cAMP的磷酸二酯酶3B而升高细胞内cAMP水平。MAPK通路激活后，一方面可以抑制PLIN表达，同时磷酸修饰PLIN使之脱离脂肪滴表面，促进脂肪分解；TNF-a还可以激活NF-kB通路促进脂肪水解；MAPKp44/42和JNK通路激活后磷酸化过氧化物酶体增殖激活性受体Y(peroxisomeproliferator-activatedreceptor,PPARy),从而阻止PPARy的转录激活功能［13］。3、肿瘤脂代谢调节治疗肿瘤代谢紊乱或称肿瘤代谢重编程是肿瘤发生发展侵袭和转移的基础。因此，纠正或干扰肿瘤代谢为主的肿瘤代谢调节治疗是肿瘤治疗的治本策略之一。干预肿瘤脂类代谢涉及肿瘤细胞和宿主两个方面，具体包括：直接纠正肿瘤脂代谢紊乱或阻止失控的脂类合成；控制由肿瘤引起的慢性炎症状态，纠正激素和相关信号紊乱，以及通过营养素干预来选择性饥饿肿瘤和改善肿瘤患者营养状况等。肿瘤细胞脂肪酸从头合成通路是抗肿瘤的重要靶点，如关键酶FAS在许多肿瘤(乳腺癌，前列腺癌等)高表达并且与预后差密切相关，因此，抑制FAS活性可显著影响肿瘤细胞增殖。蓝色头孢霉菌的自然代谢产物浅蓝菌素(cerulenin)是FAS抑制剂，可以显著阻断细胞系内脂肪酸合成，对多种癌细胞系和人卵巢癌(0VCAR3)移植瘤具有细胞毒作用。在这基础上进一步研发出了一个小分子的FAS抑制剂C75。C75比浅蓝菌素化学性质更稳定，对多种人癌细胞系，以及乳腺癌、前列腺癌、间皮细胞瘤和卵巢癌移植瘤抑制作用更强，C75除了抑制脂肪酸合成外，还能激活CPT-1促进脂肪酸进入线粒体氧化分解。此外，研究发现C75还下调ErbB2，Akt，pAkt，和p21(waf1)水平，这些可能也是C75抑制癌细胞增殖和促进凋亡的作用机制［14］。此外，从常用于治疗癌症的卷柏科植物分离获得的穗花杉双黄酮(Amentoflavone)能明显抑制FAS活性，并通过调节Her2通路下调FAS表达，从而发挥出抑制乳腺癌细胞增殖和促进凋亡的作用［15,16］。过去研究已经表明MAGL参与肿瘤生长和转移，特别与结肠癌关系密切。最新研究提示MAGL可以作为结直肠癌治疗的潜在靶点，MAGL抑制剂JZL184可以抑制结肠癌细胞增殖和促进凋亡；抑制不同恶性程度结直肠癌细胞转移活性，同时还发现JZL184增强癌细胞对5-FU的敏感性［17］。多不饱和脂肪酸代谢和生物转化通路对肿瘤影响很大。许多肿瘤细胞高表达COX、LOX和细胞色素P450等，这些酶可将3-6多不饱和脂肪酸(polyunsaturatedfattyacid,PUFAs)转化为高活性类花生四烯酸分子，调节肿瘤细胞增殖和死亡。相反，多种来自3-3多不饱和脂肪酸的代谢产物可明显抑制肿瘤发生通路，如二十碳五烯酸(eicosapentaenoicacid,EPA)代谢转化产物3-317,18-环氧化物能级联激活抗增殖和促凋亡通路，经LOX代谢产生的消退素(resolvins)是肿瘤源性炎症通路的有效抑制因子。因此，含有3-3多不饱和脂肪酸磷脂分子可能是潜在抗癌剂，近来已成功对这类分子进行烷基化修饰以提高体内的稳定性。烷基化磷脂对多种肿瘤(皮肤癌和白血病)有较高的抗癌活性，并且可与已有抗癌药一起发挥协调效应［18］。此外，最新发现生物体内的一类新型脂类分子—羟脂肪酸支链脂肪酸酯(branchedfattyacidestersofhydroxyfattyacids,FAHFAs)具有改善胰岛素抵抗，抑制整体炎症反应的作用。FAHSAs作用及机制与3-3脂肪酸基本相似［19］。因此，这类新型脂类分子不仅可用于预防和治疗糖尿病等代谢疾病，也可能对肿瘤有潜在预防和治疗作用。最新研究发现一些富含多不饱和脂肪酸食用油(葵花籽油，篮蓟油)可抑制结肠癌细胞增殖，尤其是来自花生油中的四烯酸单细胞油和葵花籽油中的单脂酰甘油和二脂酰甘油具有明显抑制MAGL活性而发挥预防结直肠癌的作用［20］。肿瘤病人营养支持中补充脂类是非常重要的，一般脂类可提供正常成人所需总热量的20%~30%，在一些特殊疾病如慢性阻塞性肺疾病(chronicobstructivepulmonarydisease,COPD)、糖尿病和肿瘤等的治疗中45%以上的热量由脂肪提供，有利于控制血糖和减少CO2产生。对葡萄糖依赖性强的肿瘤(如神经胶质瘤等)可进一步提高脂类功能比例，即可以通过生酮饮食(ketogenicdiet,KD)来减少葡萄糖供应而抑制肿瘤增殖。一般KD中的脂类与蛋白质和糖组成比为4:1,在增加脂类供应同时还要注意调整各种脂肪酸组成比例，尽可能要增加必需脂肪酸比例，特别是多不饱和的3-3脂肪酸(EPA和DHA)，同时尽量减少3-6脂肪酸摄入。这样除了发挥一般KD作用外，进一步发挥3-3脂肪酸的抗炎和抗癌作用［8］。参考文献MenendezJA,LupuR.Fattyacidsynthaseandthelipogenicphenotypeincancerpathogenesis.NatRev.Cancer.2007;7(10):763-777.KaadigeMR,LooperRE,KamalanaadhanS,etal.GlutaminedependentanapleurosisdictatesglucoseuptakeandcellgrowthbyregulatingMondoAtranscriptionalactivity.PNAS.2009;106(35):14878-14883.PomareEW,BranchWJ,CummingsJH.Carbohydratefermentationinthehumancolonanditsrelationtoacetateconcentrationsinvenousblood.JClinInvest.1985;75(5):1448-1454.ChiaradonnaF,MorescoRM,AiroldiC,etal.Fromcancermetabolismtonewbiomarkersanddrugtargets.BiotechnolAdv.2012;30(1):30-51.QinH,RuanZH.TheRoleofMonoacylglycerolLipase(MAGL)intheCancerProgress.CellBiochemBiophys.2014;70(1):33-36.LinR,TaoR,GaoX,etal.AcetylationStabilizesATP-CitrateLyasetoPromoteLipidBiosynthesisandTumorGrowth.MolCell.2013;51(4):506-518.UddinS,SirajAK,Al-RasheedM,etal.FattyacidsynthaseandAKTpathwaysignalinginasubsetofpapillarythyroidcancers.JClinEndocrinolMetab.2008;93(10):4088-4097.TisdaleMJ,BeckSA.Inhibitionoftumour-inducedlipolysisinvitroandcachexiaandtumourgrowthinvivobyeicosapentaenoicacid.BiochemPharmacol.1991;41(1):103-107.TaylorDD,Gercel-TaylorC,JenisLG,etal.Identificationofahumantumor-derivedlipolysispromotingfactor.CancerRes.1992;52(4):829-832.RydenM,JockenJ,vanHarmelenV,etal.Comparativestudiesontheroleofhormone-sensitivelipaseandadiposetriglyceridelipaseinhumanfatcelllipolysis.AmJPhysiolEndocrinolMetab.2007;292(6):E1847-E1855.DasSK,EderS,SchauerS,etal.AdiposeTriglycerideLipaseContributestoCancer-AssociatedCachexia.SCIENCE.2011;333(6039):233-238.BingC,BaoY,JenkinsJ,etal.Zinc-alpha2-glycoprotein,alipidmobilizingfactor,isexpressedinadipocytesandisup-regulatedinmicewithcancercachexia.ProcNatlAcadSciUSA.2004;101(8):2500-2505.TsoliM,RobertsonG.Cancercachexia:malignantinflammation,tumorkines,andmetabolicmayhem.TrendsinEndocrinologyandMetabolism.2013;24(4):174-183.KuhajdaFP.FattyAcidSynthaseandCancer:NewApplicationofanOldPathway.Cance