嘌呤核苷酸代謝與惡性腫瘤關(guān)系的研究進展

苑小星

北京市平谷區(qū)醫(yī)院腫瘤血液科，北京 101200

20世紀20年代，德國科學(xué)家、諾貝爾獎得主Warburg首先發(fā)現(xiàn)，與正常細胞相比，腫瘤細胞會優(yōu)先進行無氧糖酵解，為自身提供充足的能量，也為合成生物大分子提供所需的前體，這就是著名的瓦博格效應(yīng)。近年來，瓦博格效應(yīng)的內(nèi)涵被進一步擴展，越來越多的證據(jù)表明細胞癌變過程的代謝模式發(fā)生了顯著變化，其涉及糖酵解、三羧酸循環(huán)、氧化磷酸化、氨基酸代謝、脂肪酸代謝和核酸代謝等諸多方面，這一現(xiàn)象被稱為腫瘤細胞的能量代謝重編程，通常由基因突變引起，腫瘤細胞代謝的改變對腫瘤的生長至關(guān)重要[1]。腫瘤發(fā)生過程中存在嘌呤核苷酸代謝失衡：①腫瘤細胞表達大量的胞質(zhì)-5'-核苷酸酶-Ⅱ（cytoplasmic-5'-nucleotidase-Ⅱ，CN-Ⅱ），對化療藥物中的核苷類似物產(chǎn)生耐藥性；②在一些實體腫瘤中發(fā)現(xiàn)次黃嘌呤鳥嘌呤磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶（hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase，HPRT）的表達上調(diào)，有利于嘌呤單核苷酸代謝，使腫瘤細胞具有選擇性生長的優(yōu)勢；③腺苷激酶（adenosine kinase，ADK）和腺苷脫氨酶（adenosine deaminase，ADA）在高級別膠質(zhì)瘤中的表達明顯上調(diào)；④血清尿酸具有抗氧化作用，但其表達水平升高與惡性腫瘤的發(fā)病及死亡風(fēng)險增加具有相關(guān)性，提示尿酸在惡性腫瘤的生物學(xué)行為中具有更復(fù)雜的作用。本文就嘌呤核苷酸代謝與惡性腫瘤關(guān)系的研究進展作一綜述。

1 嘌呤核苷酸代謝與惡性腫瘤

核苷酸是構(gòu)成核酸的基本單位，人體所需的核苷酸都是由機體自身合成的。除了作為DNA和RNA的構(gòu)建模塊，嘌呤代謝物還為細胞提供必要的能量和輔助因子，以促進細胞的生長和增殖。體內(nèi)核苷酸的合成具有兩條途徑：①從頭合成途徑，以5-磷酸核糖為原料，由6種酶參與嘌呤合成，共10個步驟，最終產(chǎn)物為腺苷一磷酸（adenosine monophosphate，AMP）、肌苷一磷酸（inosine monophosphate，IMP）和鳥苷一磷酸（guanosine monophosphate，GMP）；②補救合成途徑，指利用分解代謝產(chǎn)生的嘌呤堿和（或）嘌呤核苷合成嘌呤核苷酸的過程。嘌呤核苷酸的分解代謝首先是在核苷酸酶的催化下，脫去磷酸生成嘌呤核苷，然后在核苷酶的催化下形成嘌呤堿，部分經(jīng)氧化生成終產(chǎn)物尿酸[2]。嘌呤核苷酸合成和分解代謝過程中的部分酶參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展。

1.1 ADK和ADA

嘌呤核苷酸補救合成途徑主要受酶表達水平及其動力學(xué)特征和底物濃度的調(diào)節(jié)，與分解代謝共同形成嘌呤循環(huán)。其中，ADK使腺苷磷酸化為腺苷酸，而ADA則使腺苷脫氨成為肌苷，后者進入嘌呤循環(huán)，最終轉(zhuǎn)化為IMP和尿酸。在大腦發(fā)育過程中，ADK首先表達于神經(jīng)元，隨后富含于星形膠質(zhì)細胞中，并可對腦損傷作出反應(yīng)[3]。有研究表明，ADK和ADA水平與膠質(zhì)瘤進展有關(guān)，在膠質(zhì)瘤細胞的細胞質(zhì)和細胞核中可檢測到ADK，與正常腦膠質(zhì)細胞相比，Ⅱ級和Ⅲ級膠質(zhì)瘤細胞中ADA和ADK的表達上調(diào)[4-5]。ADK和ADA通過調(diào)節(jié)腺苷的濃度，可能在膠質(zhì)瘤細胞的生長和凋亡中發(fā)揮作用，并參與膠質(zhì)細胞和內(nèi)皮細胞的增殖[6]。

1.2 HPRT

HPRT是嘌呤核苷酸補救合成途徑中的關(guān)鍵酶，可催化次黃嘌呤與鳥嘌呤，使其向各自的單核苷酸轉(zhuǎn)化。HPRT部分缺乏可導(dǎo)致尿酸產(chǎn)生過多而致痛風(fēng)。有研究者采用免疫組織化學(xué)法比較人類肺、乳腺、結(jié)腸和前列腺來源的正常組織和惡性腫瘤組織中HPRT的表達水平，結(jié)果顯示，腫瘤組織中HPRT的表達上調(diào)，且與肺癌的臨床分期較晚有關(guān)，與其他幾種腫瘤的臨床分期無明顯關(guān)系，其機制尚不明確[7-8]。另有研究者認為，HPRT不僅有可能成為惡性腫瘤的重要生物標志物，而且有可能成為潛在的治療靶點[9]。

1.3 CN-Ⅱ

嘌呤核苷酸分解代謝的第一步由5'-核苷酸酶催化，此酶的6種胞質(zhì)同工酶中，CN-Ⅱ是一種普遍存在的、結(jié)構(gòu)保守的酶，可促使肌苷酸或鳥苷酸去磷酸化，生成肌苷或鳥苷，進而可分解為核糖-1-磷酸和次黃嘌呤或鳥嘌呤，嘌呤堿部分進入嘌呤循環(huán)參與形成肌苷酸和鳥苷酸，部分作為尿酸排出。CN-Ⅱ在腫瘤細胞中高度表達[10]。抗腫瘤藥物氟達拉濱、阿糖胞苷、吉西他濱、6-巰基嘌呤（6-mercaptopurine，6-MP）等為核苷類似物，通過對代謝酶的競爭性抑制作用干擾或抑制嘌呤核苷酸的合成，因而具有抗腫瘤作用。CN-Ⅱ可使此類核苷類似物去磷酸化而發(fā)生耐藥[11]。體內(nèi)外研究結(jié)果顯示，對表達CN-Ⅱ的小鼠白血病細胞在體外采用6-MP處理后無效，此類白血病小鼠在接受6-MP治療后也未獲得疾病緩解，CN-Ⅱ在巰嘌呤治療后的復(fù)發(fā)中起關(guān)鍵作用[12]。

由于腫瘤細胞中CN-Ⅱ高表達及其與耐藥性的關(guān)系，已提出將CN-Ⅱ抑制劑作為腫瘤治療的新方法。研究顯示，降低膠質(zhì)母細胞瘤、肺癌、乳腺癌細胞中CN-Ⅱ的表達水平，可抑制腫瘤細胞增殖[13-15]。

1.4 黃嘌呤氧化還原酶

黃嘌呤氧化還原酶（xanthine oxidase reductase，XOR）是嘌呤分解代謝途徑最后兩個步驟中的限速酶，能夠使次黃嘌呤氧化生成黃嘌呤，進而催化黃嘌呤氧化生成尿酸，上述過程只發(fā)生在表達黃嘌呤氧化酶的組織中，主要是肝臟、小腸和乳腺組織。在該反應(yīng)中，活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）作為副產(chǎn)物產(chǎn)生，這種途徑是ROS生成的關(guān)鍵來源，可誘發(fā)氧化應(yīng)激和基因突變。研究表明，XOR高表達于乳腺癌、肝癌、胃腸道腫瘤及腎癌中，且與組織分化差和預(yù)后不良有關(guān)[16]。而另有研究表明，XOR低表達的非小細胞肺癌和卵巢癌患者的腫瘤細胞增殖更快[17-18]。研究顯示，XOR的下調(diào)與轉(zhuǎn)化生長因子-β的激活和誘導(dǎo)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的基因表達增加有關(guān)，有利于腫瘤細胞的遷移和侵襲[19]。

2 尿酸與惡性腫瘤

2.1 尿酸與惡性腫瘤關(guān)系的基礎(chǔ)研究

1981年，Ames等[20]提出尿酸作為一種抗氧化劑能有效地清除體內(nèi)的氧自由基。體內(nèi)的ROS包括分子氧及各種細胞氧化代謝產(chǎn)物，如超氧化物、羥基自由基，還包括過氧化氫、過氧亞硝基陰離子、次氯酸，雖然它們不是自由基，但也具有氧化性能[21]。ROS過多可增加細胞的基因突變率，并可促進腫瘤細胞的增殖、浸潤和轉(zhuǎn)移[22]。尿酸通過抑制過氧亞硝酸鹽誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)亞硝化、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)過氧化及四氫生物蝶呤失活清除氧自由基，從而表現(xiàn)其抗氧化特性[23]。

然而，血清尿酸水平升高與惡性腫瘤患者的發(fā)病及死亡風(fēng)險增加具有一定的關(guān)系，提示尿酸在惡性腫瘤的生物學(xué)行為中具有更復(fù)雜的作用。目前認為細胞內(nèi)尿酸的促炎特性在惡性腫瘤的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用。高尿酸血癥可增加尿酸在細胞內(nèi)的濃度，細胞內(nèi)尿酸的促炎機制如下：①與活性氧、一氧化氮和活性氮反應(yīng)，引起氧化和促炎活性；②通過誘導(dǎo)環(huán)氧化酶-2和基質(zhì)金屬蛋白酶的表達，降低XOR的表達水平，增加嘌呤核苷酸補救合成途徑，與腫瘤細胞分化差、侵襲性和轉(zhuǎn)移能力增加有關(guān)[24]；③單尿酸鈉鹽晶體激活Toll樣受體，可刺激促炎細胞因子的產(chǎn)生，激活促分裂原活化的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）[如p38和胞外信號調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）]，刺激核因子κB（nuclear factor of kappa B，NF-κB），并誘導(dǎo)包括單核細胞趨化蛋白-1和C反應(yīng)蛋白在內(nèi)的炎癥介質(zhì)的表達[25]，這些作用可能由還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）氧化酶誘導(dǎo)的細胞內(nèi)氧化應(yīng)激介導(dǎo)[26-27]。炎癥反應(yīng)所招募的活化的巨噬細胞產(chǎn)生大量可引起細胞損傷的自由基，此種因炎癥壞死激發(fā)的細胞增生可使DNA復(fù)制錯誤的概率大大增加。

高尿酸血癥為代謝綜合征（metabolic syndrome，MS）的主要表現(xiàn)之一。MS患者存在神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)失衡，改變了脂肪細胞的微環(huán)境，故易發(fā)生癌變[28]。脂聯(lián)素是脂肪細胞分泌最多的一種蛋白激素，在腫瘤組織內(nèi)，尿酸水平與脂聯(lián)素水平呈負相關(guān)，且尿酸可誘導(dǎo)脂聯(lián)素水平下降[29]，而脂聯(lián)素具有明顯的抗炎、抑制細胞異常增殖、促進腫瘤細胞凋亡等作用[28,30-31]，提示脂聯(lián)素水平下降是高尿酸血癥誘發(fā)腫瘤的間接機制。

2.2 尿酸與惡性腫瘤關(guān)系的流行病學(xué)研究

一項持續(xù)12.4年的針對78 850位澳大利亞男性的前瞻性隊列研究結(jié)果顯示，高水平血清尿酸（≥472 μmol/L）可顯著增加惡性腫瘤的發(fā)生風(fēng)險，提示血清尿酸可以預(yù)測惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展[32]。一項針對493 281名瑞典成年人的25年隨訪研究結(jié)果顯示，血清尿酸水平與男性結(jié)直腸癌、肝癌、腎癌和非黑色素瘤皮膚癌的發(fā)生呈正相關(guān)，與女性頭頸部腫瘤的發(fā)生呈正相關(guān)[33]。另一項納入瑞典男性的隊列研究結(jié)果顯示，前列腺癌發(fā)病率的增加與高血清尿酸和高胰島素水平相關(guān)[34]。高尿酸血癥與惡性淋巴瘤和白血病之間也存在顯著的關(guān)系[35]。上述研究非常重要，因為在基線調(diào)查時獲得的血清尿酸來源于健康人，提示血清尿酸水平升高與惡性腫瘤的發(fā)生和發(fā)展具有一定的關(guān)系。

一項針對150例Ⅱ～Ⅲ期結(jié)腸腺癌患者的回顧性研究結(jié)果顯示，患者的平均尿酸水平為（414.72±170.77）μmol/L，而大多數(shù)Ⅲ期患者的尿酸水平大于498.02 μmol/L，且高尿酸者多為吸煙、體重下降及肝轉(zhuǎn)移者[36]。一項針對475例新確診的直腸癌患者的研究分析顯示，初診時有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移者的尿酸水平為（270.9±52.99）μmol/L，明顯高于無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移者的（215.8±43.55）μmol/L，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01），尿酸與C反應(yīng)蛋白和癌胚抗原水平均呈正相關(guān)（r=0.312，P=0.001；r=0.294，P=0.017），尿酸水平升高提示直腸癌患者可能出現(xiàn)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移[37]。另一項研究分析209例行R0根治術(shù)的食管鱗狀細胞癌患者的術(shù)前尿酸水平，受試者工作特征曲線分析結(jié)果顯示，尿酸水平為304.5 μmol/L時，預(yù)測預(yù)后的靈敏度（67.46%）和特異度（65.06%）均較高，術(shù)前尿酸水平高于304.5 μmol/L的患者生存期較短[38]。一項針對384例ⅢB～Ⅳ期非小細胞肺癌患者的研究顯示，化療前高尿酸（＞441.91 μmol/L）患者的腦轉(zhuǎn)移率較高、生存期較短[39]。一項納入466例胰腺癌患者的回顧性分析發(fā)現(xiàn)，高尿酸（＞300.90 μmol/L）患者的總生存期短，初診時尿酸水平是胰腺癌患者預(yù)后的獨立影響因素[40]。一項分析158例接受貝伐珠單抗治療的轉(zhuǎn)移性結(jié)腸癌患者尿酸水平與預(yù)后關(guān)系的研究顯示，治療3個月后尿酸水平升高與治療有效及總生存期延長均有關(guān)（P＜0.01）[41]。一項Meta分析結(jié)果提示，與低尿酸血癥者相比，高尿酸血癥者的患癌風(fēng)險較高（RR=1.11，95%CI：0.95～1.27），尿酸每增加1 mg/dl，患癌風(fēng)險增加1.03倍（95%CI：0.99～1.07），研究對象多為肺癌、結(jié)腸癌，對于其他腫瘤的研究較少[42]。

3 小結(jié)

腫瘤的發(fā)生涉及大量的病理生理學(xué)過程，雖然細胞外尿酸具有抗氧化作用，可以保護正常細胞免受轉(zhuǎn)化，但尿酸進入細胞后會產(chǎn)生炎癥應(yīng)激，有助于腫瘤的發(fā)生。尿酸對腫瘤細胞的刺激進一步促進了腫瘤細胞的增殖、遷移和抗凋亡，從而介導(dǎo)了從早期惡性腫瘤到高度侵襲性惡性腫瘤的進展?，F(xiàn)有研究從不同方向證實了尿酸作為抗氧化劑和促氧化劑的雙重作用，然而，還需要通過進一步的研究評估尿酸代謝與惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)系，提出循證醫(yī)學(xué)證據(jù)，以指導(dǎo)臨床工作。