田震 胡文鑫 黄玉华

前列腺癌(prostate cancer, PCa)的发病率在男性恶性肿瘤中位居第二[1]，我国PCa发病率逐年上升，严重影响老年男性的生活质量。虽然PCa的诊断和治疗已经标准化，但随着代谢组学的深入研究，脂质代谢被证明与PCa密切相关。未来有望通过脂质代谢作为诊断和治疗PCa的突破点，本文主要就脂质代谢在PCa各个阶段如何发挥作用做一综述。

一、脂质及其生物学作用

脂类被定义为可溶于非极性有机溶剂而不能溶于水，在化学成分及结构上非均一的化合物，其物理性质从高度疏水到亲水及亲脂各不相同。根据其结构和功能的不同，脂质被分为8类，即脂肪酸(fatty acid, FA)、甘油脂、甘油磷脂、甾醇与甾醇衍生物、鞘磷脂、戊烯醇脂、糖脂和聚酮[2]。脂质合成的主要场所位于内质网、高尔基体和线粒体，在参与调节多种生命活动过程中，脂质不仅作为细胞及细胞器膜的重要组成成分，还在能量转换、物质运输、信息识别与信号传递、细胞发育和分化及维持细胞稳态等方面起到重要作用[3]。例如FA，作为复杂脂类的主要构成成分，其代谢过程主要包括从头合成氧化、去饱和及加长而生成不同饱和程度、不同碳链长度的FA。FA代谢过程中的关键酶均在脂代谢稳态中发挥着重要作用[4-5]。FA的来源除了通过脂解酶将甘油酯、磷脂、鞘脂、固醇脂等脂类水解。一些必需FA因无法在体内合成，饮食便成为其主要来源。同样在脂质中占据一席之地的甾醇，其代表主要为胆固醇，在维持真核细胞生存和细胞膜完整上有着不可或缺的作用。过多游离甾醇可能会对细胞产生毒性，所以甾醇合成的平衡和调节非常重要[6]。其他的脂质也通过各自不同的代谢途径，在细胞代谢过程中发挥着重要作用。

二、正常前列腺细胞内脂质代谢

FA作为构成脂质的主要成分，参与多种细胞活动过程，如细胞膜的构建、蛋白质在膜上的定位、脂质第二信使前体的合成以及作为储存能量的介质，还可参与肺表面活性物质和乳脂的产生等特殊的功能活动。正常细胞中的FA是从食物中获得的，在正常的有机个体中，FA动态平衡的中心是肝脏和脂肪组织，并根据饮食的不同，可以将过量的碳转化为FA，以便储存或分配到全身。

正常前列腺上皮细胞自身从头合成FA的能力及产脂酶的表达均较低，需要从循环中获得所需的大部分FA，并在雄激素受体(androgen receptor, AR)的调节下通过糖酵解产生绝大部分能量。正常的前列腺上皮细胞内存在着锌聚集，通过抑制间乌头酸酶，从而限制柠檬酸的氧化并使其积累，当正常积累锌的柠檬酸产生细胞向失去积累锌的柠檬酸氧化细胞转化时，锌浓度降低，丧失了对间乌头酸酶的抑制作用，间乌头酸酶允许柠檬酸通过Krebs循环氧化，从而用作从头生成脂肪的底物即乙酰辅酶A或为脂肪生成提供能量[7-9]。

胆固醇作为维持正常细胞稳态所必需的脂质，不仅是类固醇激素的前体，形成雄激素促使PCa细胞增殖；也是质膜的重要组成部分，在维持膜的完整性和流动性、形成膜的微结构以及细胞内信号转导中起着关键作用[10]。正常人体组织的胆固醇来源主要有两个途径，一是外源性摄取，即饮食；二是内源性原位合成，即在肝脏中由初始的乙酰辅酶A经过甲羟戊酸途径等一系列的酶反应最终合成胆固醇，并在低密度脂蛋白及受体帮助下转运至细胞膜或内质网膜上，该过程受甾醇调节元件结合蛋白(sterol regulatory element binding protein, SREBP)尤其是SREBP-2的调节。大多数与胆固醇合成相关的酶，包括3-羟基-3-甲基戊二酸辅酶A还原酶，也都受到SREBP的直接调控[11-13]。升高的胆固醇可以通过氧化转化为氧甾醇，或以胆固醇酯(cholesterol ester, CEs)的形式储存在脂滴中[14]；而在肾上腺和睾丸等产生类固醇的组织中，胆固醇又可以转化为类固醇激素。过量的胆固醇则可通过受肝X受体直接调控的三磷酸腺苷结合盒转运体A-1(ATP-binding cassette transporter A1, ABCA1)运输到血液中[15]。

三、早期PCa细胞中脂质代谢改变

肿瘤的类型和病因虽千差万别，但肿瘤细胞代谢异常的属性决定了其紊乱的生长和增殖过程需要核酸、蛋白质和脂质等细胞构件，而构件的来源就是异常代谢中不断累积的中间产物。肿瘤细胞中最开始被提出的代谢异常是Warburg效应，这是一种对葡萄糖新陈代谢产生能量使用上的改变，在这种变化中，肿瘤细胞使用葡萄糖中的碳来构建其他分子，而不是完全将它们氧化成二氧化碳[16]。另一种常见的肿瘤代谢改变是谷氨酰胺代谢增加。在哺乳动物细胞中，α-酮戊二酸通过进入克雷布斯循环产生ATP，而谷氨酰胺是代谢产生α-酮戊二酸的主要能量底物[17]。最后一种是本文所提及的在肿瘤细胞中脂质代谢的改变。

正常人体组织会优先使用外源性脂质，即膳食来合成新的结构脂质，而从头(内源性)FA合成途径通常被抑制，合成途径中产脂酶的表达也维持在较低水平。在PCa细胞发生的早期，FA合成酶(fatty acid synthase, FASN)基因拷贝数增加，以致FASN蛋白合成增加，前列腺上皮增生和上皮内肿瘤的发生概率也随之增加[18]。泛素特异性蛋白酶-2a被认为是PCa干预的潜在靶点[19]，对于稳定的FASN蛋白，增加PCa中的FA合成有着重要意义。而该酶的主要转录调节因子是SREBP-1c。雄激素和表皮生长因子可以刺激PCa细胞中SREBP-1c的表达，而AR的表达又受SREBP-1c的调控，增加生脂酶的表达，从而形成一个正反馈回路，促进FASN的表达。有研究在PCa细胞的AR基因中发现了SREBP-1转录因子的结合位点，过表达SREBP-1会增加PCa细胞的致瘤性和侵袭性[20-21]。这些结果表明雄激素信号与FA合成的激活密切相关，两者协同促进PCa的发生和发展。

胆固醇代谢异常也与早期PCa发生密不可分，甲羟戊酸途径合成胆固醇过程中酶的转录受激活的SREBP-2转录因子调控。Freeman等[22]发现在胆固醇合成过程中，甲羟戊酸途径产生几种用作蛋白质修饰剂的代谢中间产物，如类异戊二烯、香叶基焦磷酸酯和法尼基焦磷酸酯，这些中间产物均可以使Ras和Rho等癌基因蛋白提前甲基化，从而调节PCa细胞的增殖、迁移和侵袭。胆固醇本身也可以在翻译后修饰促癌蛋白，如Sonic hedgehog促进去分化、肿瘤细胞的生长和转移[23-24]。PCa细胞生存的关键信号是通过脂筏传递的，胆固醇作为质膜脂筏微域的主要成分，它可以介导致癌蛋白信号复合体的形成，维持早期PCa细胞稳定而不发生细胞凋亡[25]。总之，甲羟戊酸途径产生的脂质分子所具有的生物学功能包括翻译后修饰、脂筏形成和类固醇合成，这些都能够影响早期PCa的发生和发展。

四、进展期PCa细胞中脂质代谢改变

脂质代谢异常改变诱导PCa细胞发生后，一方面雄激素信号介导癌症进展，另一方面PCa细胞中异常脂质代谢继续发挥着重要作用。SREBP作为脂质代谢的关键转录调节因子，不仅在早期PCa细胞中发挥作用，在进展期PCa细胞中同样重要。AR介导的mTOR活化促进SREBP的加工、活化[26]。与正常或良性前列腺增生组织相比，SREBP蛋白在人类前列腺肿瘤组织中普遍高表达，特别是SREBP1的表达与疾病进展和Gleason分级呈正相关。此外，mRNA数据集揭示了SREBP在前列腺肿瘤中的表达相比较于正常前列腺组织有着显著增加，随着SREBP激活，FASN高表达，癌细胞中脂质开始合成，生成FA。生成的FA通过以下3个方面在进展期PCa细胞的发展及转移中发挥作用：①长链饱和FA如棕榈酸酯能够顺利进入线粒体进行氧化，则必须通过棕榈酰转移酶1(carnitine palmitoyltransferase 1, CPT1)酶解从而转化为可以穿过线粒体外膜的酰基肉碱，FA通过在PCa中高表达的CPT1进行氧化分解来释放能量；②通过酰基辅酶A胆固醇酰基转移酶1储存在脂滴中，反馈作用于脂质的从头生成；③转化为磷脂结合到细胞膜中，新合成的磷脂与胆固醇一起，形成一种膜微区，即脂筏，充当着磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)途径或AKT途径等多种信号转导的平台[27]。由于信号通路的激活依赖于脂筏的完整性，可以使用胆固醇合成抑制剂(他汀类)来降低胆固醇含量，从而破坏信号通路，减少癌细胞的增殖。重组人FA结合蛋白-5(fatty acid-binding protein 5, FABP5)作为细胞内脂质伴侣蛋白，作用是协助FA运输，上调FABP5在促进PCa细胞增殖和生长中至关重要，机制可能是通过增加细胞内受体PPARb/d的活性，以促进肿瘤的生长[28]。

胆固醇的异常代谢不仅在进展期PCa细胞中发挥主要作用，同时也是组成脂滴的最主要成分。胆固醇积聚作为癌组织的普遍特征，在组织癌变过程中发挥重要作用。目前研究最多的胆固醇代谢调节是PTEN/AKT/mTORC1通路和p53基因。PTEN缺失、AKT和mTORC1的异常激活促进SREBP-2的表达和转录活性[22,29-32]，使胆固醇在乙酰辅酶A乙酰转移酶1的帮助下，增加在脂滴中的摄取和储存，从而形成了一个正反馈回路，维持PI3K/AKT/mTOR/SREBP呈高活性状态[33]。SREBP-2又可以调控HMG-CoA还原酶的表达，使得在PCa细胞中，胆固醇稳态被破坏，脂质不断从头合成导致胆固醇的积聚[32]。同时，胆固醇外排途径受到抑制，正常胆固醇外排与ATP结合ABCA1有关。Lee等[15]研究表明ABCA1表达的缺失导致细胞内胆固醇滞留，癌特异性ABCA1高甲基化和蛋白表达的缺失直接导致细胞内胆固醇水平升高。此外，ABCA1高甲基化仅在中、高级别PCa中被检测到，这表明ABCA1的失活与PCa的进展有关。Moon等[34]研究发现，PCa组织中ABCA1蛋白的表达水平明显降低，表明ABCA1在PCa中普遍失活，允许细胞内胆固醇积累从而为PCa的进展提供了有利的环境。同时还发现p53可以通过诱导小鼠肝脏中ABCA1的表达来抑制SREBP-2的激活，从而抑制胆固醇的合成。此外，p53还可以促进Lipin1的表达以抑制SREBP-2的转录活性，并阻断乙酰辅酶A的产生，而乙酰辅酶A是胆固醇合成的重要原料[34-36]，从而间接抑制胆固醇的合成。但胆固醇超载会导致细胞毒性，此时通过酰基辅酶A胆固醇酰基转移酶发生酯化，形成PCa细胞中的CEs，不仅避免了过量游离胆固醇所带来的毒性，也可以作为能量代谢的原料和雄激素合成的前体。CEs的积累是PCa发生转移的代谢标志，这一结论已得到部分认同。

Lee等[37]的研究表明异常的Wnt/β-catenin信号与PCa进展有关。β-catenin可与AR形成复合物，增强PCa细胞的AR信号转导，β-catenin甚至还与PTEN丢失协同促进肿瘤侵袭。Wnt活性受到脂质代谢的调节，在转移性PCa中，高水平的脂质合成或摄取为Wnt酰化提供FA底物(即棕榈酸和棕榈油酸)，从而促进PCa细胞迁移和侵袭。当使用酰基辅酶A胆固醇酰基转移酶抑制剂抑制胆固醇酯化，通过负反馈环下调SREBP，使脂肪生成途径被抑制，从而限制Wnt酰化所需游离FA的可用性来抑制PCa的转移。这表明了可以通过抑制胆固醇酯化，从而限制Wnt酰化，最终延缓PCa的进展。

五、去势抵抗性前列腺癌细胞中脂质代谢改变

PCa经过内分泌治疗后，大部分患者病情可缓解，然而，在经过中位生存时间18～24个月后，几乎所有患者都会进展为去势抵抗性前列腺癌(castration-resistant prostate cancer, CRPC)。进展到CRPC后，PCa组织中AR的mRNA和蛋白质水平并不发生显著变化，经雄激素剥夺治疗后，血清中雄激素可降低到去势水平，而PCa细胞内雄激素仍然保持较高水平并能够激活AR及其下游通路，这一阶段内的脂质代谢变化与之有着密不可分的联系。

FASN不仅促使早期PCa细胞初始增殖，也会促进其进展到CRPC。FASN与AR-V7共同作用于CRPC的癌细胞，加速其发展，当FASN激活时，会显著增加依赖AR的c-Myc及c-Myc调控的转录信号的表达，而c-Myc过表达又会诱导雄激素非依赖性合成增加。Antonarakis等[38]发现通过抑制FASN会使CRPC代谢体重新调整，诱导内质网应激，导致AR-FL/AR-V7下调，抑制CRPC阶段癌细胞生长。氧化应激在CRPC癌细胞中可以通过以依赖PLK1的方式激活细胞中的PI3K-AKT-mTOR通路和AR信号从而诱导癌细胞增殖。PLK1自身也通过SREBP途径调节来促进PCa中CEs的积累，从而促进CRPC中癌细胞增殖[39]。

FA的合成依赖于柠檬酸三磷酸腺苷裂解酶(ATP-citrate lyase, ACLY)，并抑制AMPK激活来达到CRPC癌细胞的能量稳态，从而维持AR活性、癌细胞存活和促进增殖。抑制ACLY使AMPK激活，使CRPC中癌细胞对AR拮抗反应敏感，同时抑制ACLY和AR可抑制癌细胞增殖和诱导凋亡，特别是在雄激素低水平的情况下，通过ACLY-AMPK-AR途径影响CRPC癌细胞的代谢依赖性从而潜在地提高AR靶向治疗的有效性[40]。FA的分解通过CPT1A为PCa细胞增殖提供能量，CPT1A也可以为组蛋白乙酰化提供乙酰基以及加快雄激素抵抗过程使其快速进入CRPC[41]。

Pandey等[42]认为CRPC癌细胞可以从头合成雄激素，来补充因雄激素剥夺治疗导致的外源性丧失，这源于清道夫受体b型1在CRPC细胞中表达和活性升高，促使胆固醇在CRPC细胞中积累。

脂质代谢异常改变与PCa发生、进展密切相关，FA、胆固醇作为脂质的主要代表成分，对于PCa的影响已毋庸置疑。在PCa各个时期均可发现FA氧化代谢活跃及从头合成，这被认为是恶性肿瘤普遍具有的特异性之一。FA合成和FA氧化组成FA代谢循环，Menendez等[43]发现抑制FA合成或FA氧化代谢中的任一关键酶均能抑制体内外PCa细胞生长，延缓疾病进程，提示FA代谢为PCa生长增殖所必需。同样，在PCa发生过程中观察到能量代谢变化和胆固醇代谢重编程，胆固醇代谢异常发生在PCa的各个阶段，PCa组织中胆固醇维持在较高水平，Hager等[44]研究发现PCa细胞中补充胆固醇能够增加肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭能力，通过靶向降低胆固醇，能够诱导PCa细胞凋亡。细胞内胆固醇的代谢受到转录因子SREBP和雄激素的调节，与CRPC的发生关系密切。而细胞通过蓄积大量的CEs可以持续不断地维持胆固醇水平，促进PCa的生长和进展。SREBP作为脂质代谢中的关键蛋白，通过诱导FA、胆固醇的生成，促使PCa的发生、发展。随着对脂质代谢的深入研究，靶向脂质代谢如FA、胆固醇及关键蛋白的代谢过程，有助于PCa的早期辅助诊断或对于进展有着监测作用，并有可能发现针对PCa尤其是CRPC的有效治疗靶点。