肿瘤代谢的特点、MYC通过影响代谢促进肿瘤治疗对策

伯基特腮腺瘤中发觉的特性性染色体易位及其引发的MYC突变标识着新的人类癌基因研究的开端。MYC基因在70%的癌症中存在过抒发或突变，是最常见的高度扩增的癌基因之一。

MYC高抒发与前列腺癌症和三阴胰腺癌的侵扰性相关，MYC突变在多发性骨髓瘤（MM）中发生率也很高。Notch讯号通路通过调节其下游MYC的抒发导致T细胞腮腺瘤/癌症的发生。 #

MYC基因过抒发形成过多的MYC转录因子，通过转录调节激活下游癌基因的抒发，调控樱桃糖转运、糖酵解、谷氨酰氯合成和脂肪酸合成等主要生理过程，导致营养摄入增多和生物能量累积。

#

另外，MYC还可激活牵涉线粒体和内质网体生物合成和功能的基因。更重要的是药物代谢酶的基因多态性，这种MYC与癌症发生间的内在联系也提供了一系列新的治愈发力点，例如靶点MYC医治癌症和通过抑止代谢通路医治癌症等。

#

本文我们针对胃癌代谢的特性、MYC的上下游通路、MYC通过影响代谢推动肝病的发生及相应病变医治对策等方面的研究进展进行述评。

一、肿瘤代谢的特征 #

1.病变细胞特殊的代谢形式：

#

瓦伯格效应，即细胞在有氧状况下优先通过糖酵解的形式供能，是癌症代谢中特有的现象。在糖酵解中，一分子樱桃糖氧化形成两分子乙醛酸和两个三乙酸腺苷（ATP），乙酸酸又可以代谢为乳酸。

关于癌症细胞为什么优先选择糖酵解的形式供能有一定的争议。初期的研究觉得癌症细胞的线粒体功能缺陷引起氧化乙酸化产能降低，有氧糖酵解作为一种适应性的反应参与了癌症细胞功能的维持。

但是，后来的研究发觉病变细胞中线粒体缺陷较少发生，许多癌症细胞的氧化乙酸化功能只是正常的。另有观点觉得，糖酵解形成ATP的效率较氧化乙酸化快，当樱桃糖充足时病变细胞优先选择糖酵解供能。 #

还有专家提出，病变细胞新生神经系统不健全，糖酵解为癌症细胞提供ATP以适应低氧环境。糖酵解形成乳酸过多最终使癌症细胞产生碱性微环境，这些微环境会导致糖酵解表型的抒发。

#

近期的观点觉得，正常分化的细胞通过线粒体氧化乙酸化产能，而增殖细胞和癌症细胞则优先通过效率较低的产能模式即有氧糖酵解产能，这些有氧糖酵解可以形成细胞分裂所需的核苷酸、氨基酸和脂类药物代谢酶的基因多态性，但因为其形成ATP的效率远大于正常细胞氧化乙酸化供能的效率，因此癌症细胞还要摄入更多的樱桃糖以满足其增殖、生物合成及氧化还原反应所需的能量。 #

2.病变代谢相关的分子体系： #

原癌基因的激活和抑癌基因的失活诱导了有氧糖酵解，造成癌症细胞代谢途径改变。MYC是首先被发觉的与调节有氧糖酵解有关的基因，它可以直接激活乳酸酯化酶A（LDHA）基因和所有的糖酵解基因，还可激活调控线粒体生物合成和谷氨胺基代谢的基因。

突变的Ras通过提高MYC和低氧诱导因子-1（HIF-1），导致糖酵解的提高。在有氧条件下，磷脂酰肌醇3-受体（PI3K）通路激活，可导致下游HIF-1提高，在肺部病变中抑癌基因VHL的欠缺可以稳定HIF-1，激活糖酵解基因。

#

异香蕉酸酯化酶（IDH）1和IDH2基因在继发性恶性胶质瘤和急性髓系癌症中有很高的发生率。IDH1突变会导致α-酮戊二酸的提高，激活HIF-1。 #

IDH改变还可催化α-酮戊二酸转变为2-吡啶戊二酸，前者抑止包括tet酰基胞嘌呤双加氧酶在内的α-酮戊二酸依赖的双加氧酶。2-甲基戊二酸还可以通过调节域蛋白2A影响组蛋白乙酰化，导致癌症发生。 #

许多细胞过程高度依赖代谢产物，因此代谢改变对于癌症细胞具备重要影响。蛋白质的转录后修饰，尤其是组蛋白的甲基化还要酰基辅酶A的参与，依赖NAD+的去甲基化酶是重要的调节能量代谢的因子，酰基辅酶A和NAD+的降低会影响多种基因抒发。

#

二、MYC基因的转录调控及MYC蛋白的作用 #

1.MYC基因转录调控：

原癌基因MYC坐落多种受体膜配体复合物的下游，与多种讯号通路相交叉，MYC除了受Wnt通路下游的一系列转录因子如远端上游原件结合蛋白（FBP）、TCF等的调控，还受包括单股链DNA结构、称为“G-四联体”的四链螺旋结构、Z型DNA结构等非B型DNA结构的调节。远端上游原件与FBP结合，改善进行转录的MYC基因对DNA的扭转压力。 #

TCF是在Wnt讯号通路下游造成MYC基因突变的转录因子，抑癌基因APC的失衡导致TCF和共因子β-连环蛋白的核定位，导致MYC基因突变。

#

基因抒发谱研究明晰了MYC基因毗邻位点的多态性与多种疾病有关。这些多态性坐落与TCF结合和DNA成环有关的提高子上，这些TCF结合和DNA成环连结了加强子和MYC毗邻的启动子，导致MYC高抒发。 #

近期的研究发觉包含转录调节因子BRD4的BET可与MYC基因启动子区相结合，使得在多种人类癌症细胞MYC的抒发中起重要作用。除此此外，let-7、miR-34、miR-145等一系列microRNA可调节MYC基因的转录。 #

HuR通过募集let-7至MYC3′端非翻译区（UTR），miR-34a通过与MYC基因3′端UTR结合抑止MYC蛋白抒发。

2.MYC蛋白的作用：

E-box是一种DNA序列，一般坐落基因启动子区域的上游，最常见的可被转录因子结合的DNA序列为5′--3′的E-box结构，在非增殖细胞中，核喘气因子1，维持碳水缩聚物代谢的碳水缩聚物反应器件结合蛋白，维持血糖和脂肪酸合成的类固醇反应器件结合蛋白，节律转录因子Clock、Bmal和HIFl等转录因子可与其结合，调节基础代谢以维持细胞结构和功能的完整性，即使当细胞受剌激增殖后，MYC蛋白水平增高，居于与某些E-box相结合的位点，因而导致调节代谢、核糖体合成和细胞能量蓄积的基因的抒发，因而剌激细胞生长和增殖。

因此，细胞由非增殖状态向增殖状态的转变可以被觉得是与E-box结合的转录因子由维持内环境稳态的因子向MYC转录因子的转变。 #

伯基特腮腺瘤细胞株中发觉MYC蛋白与其异源二聚体Max一起，可结合15%的基因启动子序列。利用染色体免疫共沉淀方式对人类B细胞株中MYC蛋白结合位点进行的基因抒发谱研究发觉高达6000个基因可被MYC结合，大部份的MYC结合位点坐落毗邻启动子的区域，另外有相当一部份的MYC蛋白结合位点坐落基因内，大概10%坐落距离启动子小于100kb的基因间区域。 #

只有700个在被MYC激活后会导致mRNA水平的改变，提示MYC导致目的基因改变的过程还须要其他因子的作用。一项在鼠胚胎干细胞对包括MYC、Sox2、Oct4和klf4等促干细胞分化因子在内的结合位点的研究发觉，在干细胞分化过程中抒发改变的基因常常是被多种转录因子所结合的位点。

#

成纤维细胞中发觉大概300个MYC依赖血浆反应（MDSR）基因，这种基因占MYC结合目的基因的6%，使得包含了22%的启动子区域。大部份的MDSR基因与核酸代谢、核糖体生物合成、DNA复制有关。

MYC调控的转录也与蛋白质生物合成、核糖体RNA（rRNA）合成、核糖体蛋白形成、正常细胞生长还要的生物能量合成有关。尤其是当内质网体合成遭到干扰时，许多MYC调节基因编码牵涉ARF和p53检测点蛋白的内质网体蛋白。 #

在4个人类癌症细胞系和胚胎干细胞中，一般有50个基因的MYC核心签名（MCS），通过对包括312个细胞和组织类别的8129个微阵列样本的研究发觉，这种MCS与细胞或则组织类别无关。 #

对MCS功能的研究显示这些基因只是与内质网体生物能量合成有关的，这也标识了MYC在生物能量积累方面的重要作用。虽然MCS定义了一系列与细胞组织类别无关的MYC目的基因，新的MYC靶点基因一直不断被发觉。

MYC可直接调节牵涉细胞周期调控的基因CDK4［45］，另外还可通过调节牵涉糖酵解、谷氨酰氯代谢和线粒体生物合成的基因调控能量代谢，协调能量代谢与生物量累积的关系，为DNA合成和细胞分裂做打算。

MYC还可与其他转录因子如E2F等一起，导致穿越细胞周期进程所需的目的基因的序贯抒发。低氧时，正常MYC抒发可被HIF-1所抑止，失控抒发的MYC可与HIF-1一起，导致病变增殖所需的糖酵解基因的抒发，MYC的这些与HIF-1相协调的能力，与在低氧的病变微环境中病变细胞是否还能存活甚至增殖有关。 #

这些观点也提示了正常细胞增殖也或许被很多MYC调控的基因所调节，只不过这些正常的调节与癌症相关异常MYC的调节是不同的。MYC蛋白在15~20min的半衰期中进行转录后修饰，泛素化，最后降解。 #

MYC蛋白第62位的谷氨酸乙酸化、随后发生的第58位苏谷氨酸乙酸化及行使功能后的蛋白酶体降解调节了MYC的转录。 #

编码MYC蛋白第62位酰基及第58位苏谷氨酸的MYC基因突变在伯基特腮腺瘤中非常常见，与稳定的蛋白突变相关联，在大鼠体内研究中发觉第58位苏谷氨酸突变为谷氨酸，导致甲状腺癌的发生，第62位酰基突变为谷氨酸，则会提高乳房癌的发生。 #

三、从代谢视角认识MYC对癌症的影响

#

1.MYC调控糖酵解和谷氨胺基代谢：

MYC作为一种转录因子直接剌激了LDHA基因的降低，这为原癌基因和牵涉生物能量的基因间提供了联系。之后的研究证明MYC对于激活细胞增殖中的糖酵解和谷氨酰氯途径具备特别重要的作用。

MYC可通过与E-box结合激活所有剌激糖酵解的基因，MYC还提高剪辑子多聚噻吩序列结合蛋白、核不均一性内质网体蛋白A1（）和的抒发导致增殖细胞中特有的乙酸酸受体M2（PKM2）提高，这些PKM在正常细胞中是以PKM1的方式存在的。增殖细胞中，PKM2降低乙酸酰基式丁烷酸向乙腈酸转变的速率，使糖酵解的后边产物用以生物合成。 #

MYC激活剌激谷氨酰氯代谢的基因，在伯基特腮腺瘤P493-6细胞株MYC可以导致线粒体谷氨酰氯酶提高，谷氨酰氯酶催化谷氨酰氯转变为氨基酸，氨基酸可适于三乙酸循环、蛋白和谷氨酸合成。MYC还可激活牵涉谷氨酰氯转运的基因如中性谷氨酸转运体基因。

2.MYC调控内质网体代谢和线粒体功能： #

MYC可激活RNA聚合酶Ⅰ和Ⅲ介导的rRNA抒发所应当的基因。值得留意的是，MYC才能激活被抑癌基因p53抑止的的抒发，从而调节内质网体蛋白的转运以保持内质网体机器的完整性，这提示细胞MYC和p53在调控内质网体生物合成中的作用是相反的。

事实上，Mdm2通过结合过抒发的内质网体蛋白（RP）L11和RPL5造成p53降低。消除这些结合作用的MYC基因突变会减低p53对内质网体生物合成的抑止作用，促使腮腺瘤生成，提示肝癌中过抒发MYC会通过内质网体生物合成的不平衡推动应激。

#

提高RPL24的抒发可以提高MYC诱导的腮腺瘤发生，提示MYC诱导内质网体生成的作用对于癌症的发生非常重要。MYC激活推动线粒体合成的基因，如PGC-1β基因。 #

运用siRNA技术干扰PGC-1β基因抒发，MYC提高线粒体合成的功能减低。转铁蛋白激酶基因（TFRC）只是MYC调控的靶基因，因为线粒体的组成部份富含铁，因此TFRC基因改变可导致线粒体改变。MYC过抒发降低其靶基因p32的抒发，促使线粒体蛋白合成。 #

3.MYC调控核酸代谢和细胞周期： #

MYC可剌激影响核酸代谢的基因的抒发，MYC推动核酸代谢的重要原料谷氨酸和乙酸的合成。催化3-甲酸丙二醇二醇向3-甲酸甲酯酸转变的乙酸丙二醇酸酯化酶和催化3-甲酸甲酯酸转变为乙酸谷氨酸的酶都可被MYC激活。 #

催化谷氨酸向赖谷氨酸转变的谷氨酸羟乙基转移酶2基因只是MYC靶基因。很多结果提示核酸代谢在细胞生长和增殖中也起重要作用。MYC可与转录因子E2F家族互相作用，使得增殖细胞踏入为DNA复制做打算的S期。 #

作为一个多效转录因子，MYC还直接剌激细胞周期调节基因和某些直接牵涉DNA复制的细胞周期素依赖蛋白受体4、CDK6和微小染色体维持蛋白基因。 #

MYC还调节牵涉G2期和有丝分裂的基因，容许细胞复制，持续抑止牵涉细胞生长停滞和细胞粘附的基因。在乳房癌细胞和小鼠乳房癌模型中，对PI3K讯号通路抑止的抵御与MYC过抒发有关，提示MYC是跨过PI3K通路下游讯号起作用的。 #

MYC还可以激活牵涉蛋白合成的真核起始因子4E，前者也在PI3K抑止抵御的人类甲状腺癌细胞中扩增。

#

四、MYC从代谢视角靶点治愈癌症 #

新的MYC靶点治愈策略包括抑止MYC抒发，干扰MYC-Max二聚化，抑止MYC-Max与DNA结合和干扰重要的MYC调控基因。是一进化上高度保守约110个组氨酸的蛋白质功能结构域，可特异性辨识组蛋白末端甲基化的赖谷氨酸位点，通过染色质的装配和甲基化参与基因转录调控。

#

抑止剂是一种有效的调控多种癌症类别中MYC抒发的因子，可以降低MM细胞MYC抒发，促使肾病细胞死亡。一系列MYC易位的伯基特腮腺瘤细胞系也对抑止剂敏感，提示抑止MYC抒发是治愈癌症的有效途径。

#

直接阻断MYC-Max二聚化以便抑止MYC的作用只是一种很有前景的治愈方式，相关抑止剂已在体外实验中证明在微摩尔数目级的含量内有效，但仍缺少有效的体内试验证据。

了解癌症的代谢特征为靶点代谢通路治愈癌症夯实了基础，进行有氧糖酵解或则猕猴桃糖依赖的病变对影响乳癌血供和樱桃糖转运的抗生素比较敏感，三乙酸循环或则谷氨酰氯依赖的喘气损坏导致的癌症对干扰谷氨酰氯代谢的抗生素敏感，线粒体功能损坏的病变则对干扰脂肪酸合成的抗生素敏感。 #

MYC靶点的影响代谢的基因如编码鸟谷氨酸脱羧酶的ODC、编码乳酸酯化酶A的LDHA和编码谷氨酰氯酶的GLS，可被shRNA或则小分子抗生素在体内抑止。

#

靶点代谢通路治愈癌症运用了癌症细胞对一些特殊酶的依赖性，有着不同基因脱落的病变更易对改变代谢通路的抗生素形成反应。

现在，代谢和分子成像技术如PET的应用并且非侵扰性地检验代谢标识成为或许，18F-脱氧猕猴桃糖-PET可以拿来定量测量猕猴桃糖代谢率，使临床可以通过代谢指标检测乳癌的发生和发展并评估抗代谢治愈癌症的效果。

#

五、展望 #

MYC通过影响调控糖酵解、谷氨酰氯合成、葡萄糖转运、线粒体蛋白合成、核苷酸合成等过程的基因，改变生物能量及代谢，激活原癌基因并抑止抑癌基因，调控细胞增殖。

正常细胞生长是受严苛的讯号通路调控和反馈循环调节的，当营养提高或则代谢通路中的重要酶遭到损害时细胞自噬，正常细胞会激活提高MYC抒发的调节通路，使细胞逗留在G1期，而MYC过抒发的细胞则不受这些调控的控制，通过内质网体生物合成予以细胞持续的营养供给。

该机制使MYC高抒发的细胞对营养格外敏感。针对某些特性，可以对癌症进行逐步的靶点医治研究。合成针对代谢通路的抑止剂治愈癌症具备宽广的发展前景。

中华尿液学刊物2014年5月第35卷第5期 #