脂质代谢在去势抵抗性前列腺癌中的研究进展

高 杰综述，丁留成，卫中庆审校

0 引 言

前列腺癌(prostate cancer, PCa)是泌尿系统中发病率最高的一种恶性肿瘤，美国癌症协会预计，2020年在美国男性中PCa将位居新发恶性肿瘤榜首，且其癌症相关死亡率将紧随肺癌之后位居第二[1]。我国PCa的发病率也呈现逐年上升的趋势，因其不良预后及高度恶性，逐渐成为威胁老年男性生存时间和质量的重要问题。现阶段，包括手术去势和药物去势治疗在内的雄激素剥夺治疗(androgen deprivation therapy, ADT)可有效缓解PCa进程，是所有阶段复发性PCa的标准治疗手段[2-3]。但经过初次持续ADT治疗后疾病依然进展，最终将不可避免地发展成恶性程度更高的去势抵抗性前列腺癌(castration-resistant prostate cancer, CRPC)[4]，导致患者的恶性预后结果。相关研究发现，在肺癌[5]、甲状腺癌[6]、结直肠癌[7]和乳腺癌等肿瘤中均已发现存在异常的脂质代谢。同样，在CRPC患者中发现有诸如2型糖尿病和胰岛素抵抗等糖代谢紊乱的临床表现，以及肥胖和血脂异常等脂代谢紊乱的临床表现[8]。近年来，脂代谢重编程与CRPC的密切联系得到广泛关注，本文主要就脂质代谢在CRPC中的研究进展作一综述。

1 脂质代谢与PCa的关系

肿瘤能够自发产生能量代谢重编程，是其区别于正常组织的重要特征之一[9-10]，并在肿瘤的进展过程及转移侵袭等多种生物学行为中起到重要作用[11]。其重要的标志之一是Warburg效应，即尽管肿瘤细胞处于氧气充足的环境中，仍可以糖酵解为葡萄糖的主要代谢途径，从而增强自身增殖、迁移和侵袭等生物学能力[12]。

目前有多个层面的研究已经证实，脂质代谢与PCa的进展、耐药性以及复发转移密切相关。大量研究表明，PCa发生发展过程中存在多种途径的脂代谢异常，包括循环池中脂质的摄取增加[13]，脂肪酸从基质脂肪细胞更多地转移到PCa细胞内[14]，脂肪酸和磷脂的从头合成增加[15]，磷脂[16]以及作为胆固醇酯储存在胞浆脂滴中的胆固醇积累增加[17]。有趣的是，支链脂肪酸氧化过程中的关键酶α-甲酰辅酶A消旋酶被发现在PCa中过表达，并能增加细胞内脂肪酸氧化来为肿瘤生长提供能量[18]。这就暗示在PCa的进展中可能存在一种脂质合成和氧化之间的平衡，其功能是同时为PCa细胞的生长提供所需的脂质原料和必要能量。PCa患者在接受ADT治疗12-24周后，可观察到患者胰岛素抵抗增强和血清胆固醇升高的现象[19]。虽然肥胖与PCa发病风险之间的关系目前尚不清楚，但相关研究提示肥胖和代谢综合征与CRPC患者生存不良预后有关[20]。在CRPC阶段，雄激素受体(androgen receptor, AR)顺位基因大部分被保留，特别是AR介导的脂质生物合成在PCa发展为CRPC的过程中高度保守并被重新激活，高强度的脂质合成状态被认为可导致患者的不良预后，这就提示脂质生物合成途径可依赖AR调节而重新激活，这在推动PCa进展中起到重要作用，并表明ADT可能通过阻断脂质生物合成途径而在治疗上得到增强[21]。

2 脂肪酸代谢和CRPC

2.1 脂肪酸合成的基本过程脂肪酸代谢是脂质代谢的关键组成部分，其从头合成的第一步是由柠檬酸合成乙酰CoA，这需要关键酶ATP柠檬酸裂解酶(ATP citrate lyase, ACLY)的催化。而乙酰CoA羧化酶可将乙酰CoA缩合成丙二酰CoA，后者再被脂肪酸合成酶(fatty acid synthase, FAS)转化为16碳脂肪酸棕榈酸酯。随后在硬脂酰CoA去饱和酶的作用下生成单不饱和脂肪酸，然后由脂肪酸伸长酶等酶催化合成多不饱和脂肪酸，最终产生三酰甘油。

2.2 脂肪酸代谢紊乱中的重要酶体

2.2.1 ACLY有研究证明在CRPC细胞中，抑制ACLY可增强细胞对AR拮抗剂的敏感性，而同时抑制ACLY和AR则可直接限制细胞增殖并诱导细胞凋亡，这种现象在雄激素缺乏的情况下更加明显[22]；并且这一抑制剂组合可导致细胞内质网应激状态并同时激活AMP依赖的蛋白激酶，从而抑制AR水平[22]；而在CRPC细胞中，AR转录水平与ACLY以及其他脂肪酸合成过程中需要的酶基因的表达呈正相关关系。这些研究提示在ACLY与AR的协同作用对维持CRPC细胞耐药意义重大。孔海瑞等[23]在PCa的DU145细胞中使用小干扰RNA片段选择性敲低ACLY的表达后，发现细胞增殖水平受到抑制，而胞内乙酰CoA和凋亡蛋白Caspase-3的表达明显上调，同时早晚期凋亡细胞比例明显升高。这表明ACLY可能在PCa恶性进展及维持CRPC耐药性中有着重要作用。综上，抑制CRPC中ACLY的表达，可显著提高对CRPC细胞的ADT治疗敏感性。ACLY可能是CRPC治疗中潜在的新靶点，这些研究为临床靶向干预和治疗CRPC提供了新的思路。

2.2.2 FAS人体内大多数的脂肪酸由日常饮食供应，内生合成通常很少，所以FAS在大多数正常人体组织中以低到不可检测的水平表达。研究表明随着PCa组织Gleason评分的增加，FAS的表达量也逐步增加[24],这一发现今后可能被用于结合FAS水平和Gleason评分的PCa的分级分期，可作为新的诊断和预后的生物标志物。

从头合成脂肪酸、FAS等关键合成酶[25]以及固醇调节元件结合蛋白(sterol regulatory element binding protein, SREBPs)等转录调节剂表达的显著上调被认为是CRPC的另一个代谢特征，这些高强度的脂肪酸合成机制为肿瘤转移性扩散提供了充足的底物和能量[26]。FAS的表达还受到转录因子AR的调控，具体机制为通过SREBP1间接激活或与FAS启动子区域结合直接激活FAS转录，而SREBP1抑制剂又可下调AR-FL(full-length AR)水平[27]，这说明AR信号传导与FA代谢之间存在相互调节作用。FAS活性的增强还与多种致癌机制有关，如PI3K / Akt / mTORC1途径的激活、某些致癌基因(包括Kras和Wnt-1)的棕榈酰化[28]、内质网功能和抗基因毒性损伤[29]。通过遗传和药理学方法抑制FAS活性可导致细胞周期停滞和/或凋亡达到抑制PCa细胞的生长的效果[29]，而FAS的过表达则与PCa细胞对化疗的耐药性相关。这些都提示FAS可能是CRPC抗代谢治疗的潜在靶点，这为难治性CRPC的治疗指出了新的方向。

2.2.3 HOXA10乙型肝炎病毒激活同源异型盒A10 (Hepatitis B virus activates homeobox A10, HOXA10)是同源盒基因超家族的成员之一，可不依赖雄激素而参与抑制PCa细胞增殖、锚定集落形成和异种移植物生长。另外，HOXA10可结合AR形成蛋白复合物，阻止后者进入FAS基因启动子，从而抑制FAS基因的转录。相关研究提示HOXA10基因在PCa细胞中的表达下调可能促进脂肪生成，并进一步促进PCa细胞生长和肿瘤向去势抵抗阶段发展[30]。这表明HOXA10在PCa向CRPC发展的过程中起到重要作用，相关机制值得更加深入的研究。

2.2.4 PPARγ和FABP5当PCa细胞中脂肪酸代谢紊乱时，脂肪酸结合蛋白5(fatty acid binding proteins 5, FABP5)活化，进而转运过多的脂肪酸，而这一过程能够激活过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ, PPARγ)，后者可作用于血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)的启动子并上调其表达进而促进血管生成[31]。在雄激素依赖的PCa细胞中，VEGF的表达可通过启动子上Sp1/Sp3结合位点受到雄激素的调节，但随着肿瘤的进展，细胞逐渐失去对雄激素的依赖性，这一途径被FABP5-PPARγ-VEGF信号通路取而代之[31]。这些结果提示，FABP5-PPARγ-VEGF信号转导轴可能是CRPC血管生成抑制治疗的一个更重要的新靶点。临床证据表明，一些激素治疗后复发的CRPC具有神经内分泌分化(neuroendocrine differentiated, NED)表型，这是一种十分恶性的肿瘤类型。有趣的是，Lin等[32]通过实验证明了IL-6或ADT可通过PPARγ和脂肪细胞分化相关蛋白在PCa细胞中诱导NED。此外相关实验证明，抑制高度恶性PCa细胞中的PPARγ可显著降低细胞的增殖率、侵袭力、和迁移等生物学能力[33]。这些研究结果指出，PPARγ可能与CRPC获得NED表型进而获得更加恶性的生物学能力具有密切联系，有望成为潜在的干预靶点，但仍需要更多的实验数据和分析加以证实。

3 胆固醇代谢和CRPC

一些证据表明胆固醇代谢和PCa的进展有关：首先，血清胆固醇水平与PCa级别之间存在正相关关系，并且抑制血清胆固醇合成可能有助于改善CRPC对于恩杂鲁胺的耐药性[34]；其次，在体内异种移植和体外肿瘤进展模型中存在大量胆固醇代谢紊乱现象，并由此促进PCa细胞的去势抵抗性生长[35]；第三，3-羟基-3-甲基戊二酰CoA还原酶是胆固醇代谢的关键酶，使用他汀类药物抑制其活性后测定发现可改善PCa诊断率和死亡率的低风险相关[36]。这些都证明了胆固醇代谢与CRPC的发展以及耐药有着重要关系，尽管美国食品药品监督管理局关于人胆固醇管理的建议近年来有所改变，但对于特定肿瘤中的胆固醇密切监测和管理，仍有可能决定肿瘤患者的预后和最终走向。

3.1 胆固醇代谢与细胞增殖胆固醇代谢在细胞膜合成和甾体生成中起重要作用，后者对肿瘤细胞增殖和肿瘤维持至关重要[37-38]。胆固醇是构成质膜和膜微区的主要成分，能与鞘脂、糖脂组成小的异质膜结构域，又称“脂筏”，参与调节对PCa生长和存活至关重要的特定蛋白质[39]，同时依赖于磷脂双分子层中脂肪酸的饱和度以及脂筏中胆固醇浓度的共同作用；另外，亦存在一些信号途径可直接调节胆固醇代谢来实现调节脂筏成分的效果[40]。在筏内发现的Akt亚群表现出与非筏 Akt截然不同的底物特异性，参与细胞的生长及存活，并可在转录水平调控与脂质及胆固醇合成相关的重要基因；同时Akt功能还可受膜内胆固醇浓度的调控而变化[41]。肝脏X受体(liver X receptors，LXRs)的信号转导通过下调筏内磷酸化Akt的水平而导致PCa细胞凋亡，该过程由LXR刺激的胆固醇外流引起，而加入外源性胆固醇后该效果可以得到回复。综合数据表明，胆固醇调节脂筏动力学，进而影响重要的信号传导途径，增加的胆固醇通过对脂筏的作用而保护细胞免于凋亡。另外胆固醇的合成与细胞周期进程紧密相关，通过合成阻滞剂降低胆固醇水平可能会导致细胞生长的停滞，进而诱导PCa细胞的大量凋亡[42]。这些均暗示胆固醇代谢与细胞增殖之间关系密切，通过干预胆固醇代谢而影响细胞增殖，进而延缓PCa向CRPC的进展，可能是治疗过程中的一种新思路。

3.2 胆固醇代谢与类固醇生成长链酰基CoA合成酶3(long-chain acyl-coenzyme A synthetase 3, ACSL3) 是一个参与脂肪酰CoA酯生成的雄激素反应基因，相较于激素敏感性PCa，其在CRPC中的表达水平中明显升高，并能够促进肾上腺雄激素脱氢表雄酮硫酸盐中雄激素的合成，防止活性雄激素的分解代谢[43]。这提示ACSL3通过调节类固醇生成基因来促进肿瘤内类固醇生成，进而促进CRPC的生长，可能是CRPC未来治疗的潜在分子靶标。

相关研究证实，低密度脂蛋白受体(low density lipoprotein reporter, LDLR)水平的升高与肿瘤细胞摄取LDL量增多并同时维持细胞内胆固醇稳态有关[44]。PCa细胞能将脂滴中的胆固醇酯化，以避免细胞内高胆固醇水平造成的细胞毒性，并保持胆固醇水平独立于游离胆固醇浓度。通过这种方式，肿瘤细胞可使SREBP始终保持活跃，而SREBP1或SREBP2可直接控制LDLr基因转录并维持高胆固醇水平。SREBP1蛋白在PCa组织中较正常组织升高，而在接受ADT后降低[11,45]，并且SREBP也受AR调节，在细胞系向CRPC的转变过程中能够随之发生改变。提示这可能是一个潜在的治疗靶点。约70%的晚期PCa有PTEN基因的丢失[17,46]，而随后PI3K/Akt/mTOR通路可被激活。有趣的是，该途径可不依赖于雄激素信号，而参与PCa中细胞存活、转移和抗去势生长，以及SREBP和LDLr的激活，且与脂质代谢产物胆固醇酯的储存和积聚相关[47]。综上，这些蛋白和基因作为类固醇合成过程中的重要调节因子，可能是促进PCa向CRPC进展的重要因素，是重要的治疗标志物。

4 磷脂代谢和CRPC

磷脂酰胆碱(phosphatidylcholine, PC)、磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine, PE)、磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol, PI)、磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine, PS)和鞘磷脂(sphingomyelin, SM)这五种磷脂构成了组成质膜的主要成分。

目前有关磷脂与PCa关系的研究大部分主要集中在将磷脂作为诊断和预后的生物标志物方面。通常情况下，PS锚定于细胞膜的内侧面，而在肿瘤细胞中PS在磷脂转位蛋白酶失活等多种情况下，能够被转运到胞膜的外侧面。针对PS的这一特性，目前已经有许多靶向肿瘤PS的分子被开发以丰富治疗肿瘤的手段和效果[48]。Randall等[49]将质谱成像技术用于鉴定和绘制Gleason评分为6至9的已知前列腺癌患者的前列腺组织中的脂质和代谢产物，发现PC、PS、PI、磷脂酸和心磷脂等多种脂质强度的变化梯度与Gleason评分的增加相关。这表明磷脂可能是PCa侵袭性的标志，可能用作支持影像引导的前列腺活检的临床工具以及PCa的生物标志物。

此外，膜联蛋白A3 (Annexin A3) 属于膜联蛋白的一种，许多研究证据提示恶性肿瘤的发生发展、转移以及侵袭，甚至耐药性等多种生物学能力的改变中多伴随Annexin A3表达水平的改变[50], 因此Annexin A3可能对CRPC的前期诊断和预后监测具有重要意义。此外，有研究指出膜联蛋白A3的表达水平可能与 Gleason 评分分值存在一定相关性，两者呈负相关关系，故可作为一种高度特异性的新型PCa无创性生物标志物。这提示联合检测Annexin A3和血清前列腺特异性抗原的含量，能够有效提高PCa临床诊断的精确度，从而减少不必要的前列腺穿刺活检等侵入性检查。

Lin等[51]用液相色谱-串联质谱法对96例CRPC患者的血浆样本进行了脂质组谱分析，并将结果在另外独立队列的63名CRPC患者中进行了验证，发现46种脂类水平可单独预测预后，尤其是高水平的鞘脂与不良预后相关；并且提示预测预后的三脂信号(包括神经酰胺、鞘磷脂和磷脂酰胆碱)与较短的生存期有关。这提示血浆脂质与CRPC预后有相关性，并且神经酰胺、鞘磷脂和磷脂酰胆碱等脂质在疾病进展中可能起重要作用。

线粒体2,4-二烯酰-CoA还原酶(mitochondrial 2,4-dienoyl-CoA reductase, DECR1)，是β-氧化的辅助酶，也是CRPC的临床相关生物标志物。研究表明DECR1可以通过控制饱和磷脂和不饱和磷脂之间的平衡参与氧化还原动态平衡，敲除DECR1后可诱导内质网应激，并增加CRPC细胞对肥大症敏感性；在体内，DECR1缺失会削弱脂质代谢并降低CRPC肿瘤的生长[52]，这暗示了DECR1可能在治疗CRPC耐药性发展中具有重要作用。

5 结 语

脂质代谢的改变对早期PCa向CRPC的进展等多方面发挥着至关重要的作用，也是近年来研究的热点，尤其是各类脂质代谢途径中的关键酶和AR、GR等各类固醇类受体之间的互相调控关系，涉及诸如PI3K、Akt和mTOR等多种复杂信号通路。在细胞水平上，脂质代谢途径的异常激活对于CRPC细胞更新胞膜、核苷酸、能量和DNA的需求增加是必不可少的；在机体水平上，诸如胰岛素抵抗、肥胖、代谢综合征和糖尿病等代谢相关疾病状态可改变PCa的肿瘤代谢微环境，这些均与CRPC的进展紧密相关。研究脂质代谢相关基因以及酶体的表达，可能对于CRPC今后的早期诊断、精确靶向治疗及获得更好的预后具有重要意义。另外，目前新型示踪剂整合影像学技术，包括代谢谱、转录组分析、高通量测序和成像等技术，正逐渐成为各类临床肿瘤诊断、治疗和监测的新规范，结合这些新技术，今后可以开发脂代谢相关的CRPC理想生物标志物，相信这些将会极大改善CRPC的诊疗现状。