L-Glutamine

“ 点击蓝字 关注我们 周璐 复旦大学药学院教授，副院长，教育部青年长江学者（2019），中国药学会药物化学专委会委员。主要针对潜在糖脂代谢药靶开发全新小分子调节剂，用于抗肿瘤及抗炎治疗。作为通信（含共同）作者在国际一流期刊包括 Cell Metab, Nat Struc Mol Biol, PNAS, JACS 发表论文 30 余篇，获授权国内外专利 10项，国际专利 3 项，2 项新药研发项目已完成成果转化，获得中国药学会科学技术二等奖（第一完成人）。 靶向肿瘤代谢酶小分子药物研究进展 PPS  李顺尧，冯磊，张昕晨，黄逸洋，姚雪莹，周璐 * （复旦大学药学院，上海 201203） [ 摘要 ] 肿瘤细胞通过代谢重编程适应快速生长和分裂的需求，表现出与正常细胞不同的代谢特征，包括葡萄糖和氨基酸摄取失调、利用中心碳代谢支持生物合成、对氧化应激保护机制的依赖增加等。这些特征为靶向肿瘤代谢提供了潜在的治疗策略。综述糖、氨基酸、脂质及核酸代谢通路中的关键代谢酶及其靶向药物的研究进展，并展望了未来药物研发的新方向，以期为肿瘤治疗提供参考。 糖、氨基酸、脂质及核酸是细胞的基本组成部分，其正常代谢对细胞生命活动至关重要 [1]。肿瘤细胞快速生长和分裂需要大量的营养物质和能量，通过代谢重编程，肿瘤细胞可以调整相应的转运体和代谢酶 [2-3]，以适应肿瘤微环境，展现出与正常细胞不同的代谢表型和异质性 [4]。 肿瘤代谢的主要特征有以下几条：1）葡萄糖和氨基酸摄取失调 [5]；2）利用中心碳代谢支持生物合成 [6]；3）采用机会性营养获取模式获取能量；4）对电子受体的需求扩大；5）对氧化应激保护机制的依赖增加 [7]；6）对“氮”的需求增加；7）不同肿瘤代谢适应具有异质性 [8]；8）代谢驱动信号通路改变；9）代谢与肿瘤微环境之间存在相互作用；10）融入全身代谢系统。 这些肿瘤代谢特征促进肿瘤的发生发展，保证肿瘤在不同环境下的生长代谢。同时，这些特异性代谢机制为靶向肿瘤代谢进行治疗提供了可能性。本文将简述糖、氨基酸、脂质及核酸的肿瘤代谢通路（见图 1），重点介绍部分代谢酶的临床小分子药物研究进展，并展望靶向肿瘤代谢药物发展的新方向，以期为药物研发提供参考，推动肿瘤治疗的新进展。 1 靶向肿瘤糖代谢 1.1 糖酵解通路及相应临床在研药物 尽管肿瘤代谢研究始于 Warburg 效应，但目前靶向糖酵解的抗肿瘤药物大多处于临床前研究阶段，只有少数药物进入临床试验（见表 1）。 1.1.1 靶向 6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2，6-双磷酸酶 3 临床在研药物 磷酸果糖激酶 1（phospho-fructokinase-1，PFK-1）能够催化 6-磷酸果糖磷酸化生成 1，6-二磷酸果糖（fructose 1，6-bisphosphate，FBP），是糖酵解中 3 个不可逆反应之一，也是限速步骤。6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2，6-双磷酸酶 3（6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2，6-biphosphatase 3，PFKFB3）能够催化 6- 磷酸果糖磷酸化生成 2，6-二磷酸果糖（见图 1），变构激活 PFK-1，对糖酵解途径的调控有较大影响。PFKFB3 蛋白在多种癌症中过表达，其高表达和高活性与癌症的侵袭性和不良预后密切相关。研究发现，抑制 PFKFB3 会导致细胞凋亡、细胞周期停滞、自噬、DNA 损伤、巨噬及化疗增敏 [9]，因此开发 PFKFB3 靶向抑制剂是潜在的肿瘤治疗策略。 PFK-158[10] 是目前唯一靶向 PFKFB3 的临床在研药物，对 PFKFB3 有较好抑制作用（IC50 = 137 nmol· L-1），也是首个临床在研的靶向抑制糖酵解药物 [11]，目前处于Ⅱ期临床。PFK-158 对 Th17 细胞和髓源性抑制细胞（myeloid-derived suppressor cell，MDSC）具有免疫调节作用。实验结果表明，PFK-158 能在体内降低晚期癌症患者外周血中的Th17 细胞、γδT17 细胞和 MDSC，增加活化的效应CD4+ 和 CD8+ T 细胞。这意味着 PFK-158 与靶向药物及免疫治疗药物联合用药可能带来额外的临床益处 [12]。目前，PFK-158 的Ⅱ期临床试验仍在进行中，预计于 2025 年完成，主要研究 PFK-158 与奥比努图珠单抗等药物联用对复发或治疗无效的Ⅰ-Ⅲa 级滤泡性淋巴瘤的治疗效果。 1.1.2 靶向丙酮酸激酶 M2 临床在研药物 丙酮酸激酶（pyruvate kinase，PK）是另一种关键的糖酵解酶，是糖酵解途径中最后的限速酶，能够不可逆地将磷酸烯醇丙酮酸（phosphoenolpyruvate，PEP）和腺苷二磷酸（adenosine diphosphate，ADP）催化生成丙酮酸和腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）。PK 在肌肉组织中具有 PKM1 和 PKM2 亚型，二者之间的显著区别在于其催化活性，PKM1 能够自发形成高活性的四聚体，PKM2 则会形成催化效率较低的二聚体 [13]。PKM1 主要存在于终末分化的细胞中，与肿瘤的发生发展关系较小 [13]，PKM2则主要存在于增殖细胞及大部分肿瘤细胞，能被FBP 变构激活（AC50 = 7.0 μmol· L-1）[14]。肿瘤细胞中 PKM2 的低活性，使得糖酵解中的上游中间体累积，进而激活其他生物合成途径，如脂质和核苷酸的合成 [15]，促进肿瘤的发生发展。目前临床上靶向PKM2 的分子包括 2 个激动剂和 1 个已终止的抑制剂（见表 1）。 TP-1454 是首个进入临床研究的 PKM2 小分子激动剂。TP-1454 通过 in-house 的片段筛选并经过改造得到（见图 2）[16]。起初的苗头分子 1 对PKM2 有一定激动活性（AC50 = 36 μmol· L-1）且最大激动效果与 FBP 相当。随后对酰胺氮原子处的化学孔间进行探索合成得到了化合物 2，在此基础上进一步改造发现了活性更优的先导化合物 3，其对PKM2 有更好的激活效果（AC50=0.011 μmol·L-1），且在肺癌细胞 A549 及 H1299 上展现出一定的抑制活性。在进一步改造后，得到了临床候选分子 TP-1454[17-18]。药效学研究显示 [19]，TP-1454 在与程序性死亡受体 1（programmed cell death protein 1，PD-1）和细胞毒性 T 淋巴细胞相关蛋白 4 （cytotoxic T-lymphocyte-associated protein 4，CTLA-4）抗体联用时能显著增强抗肿瘤效果，并且对小鼠体重无显著影响，证实了该分子的有效性和安全性。目前 TP-1454 处于Ⅰ期临床，用于治疗转移性及晚期实体瘤 [20]，预计于 2025 年 12 月完成Ⅰ期临床研究。 ACT-001 是 PKM2 的选择性激动剂 [21]，能在生理条件下缓慢释放出乌心石内酯（micheliolide，MCL）[22]。ACT-001 及原型药 MCL 对 HL-60/A 细胞均有一定抑制效果 [IC50 分别为（21.5±2）和（6.2±2.2）μmol· L-1]；ACT-001 在急性髓细胞性白血病（acute myelogenous leukemia，AML）NOD/SCID 小鼠模型上展现出较好药效，将模型鼠平均生存时长延长至 63 天（空白对照组为 43 天），并能够显著抑制骨髓中 CD45+ CD33+ 肿瘤细胞（抑制率达 98.4%）；同时，小鼠急毒实验显示 ACT-001 对肝、心及肾脏无明显毒性 [22]。后续研究发现 ACT-001 及 MCL 对胶质瘤等其他恶性肿瘤也有一定抑制效果 [23]。ACT-001 作为天然产物衍生物，具有多个潜在靶点与复杂的抗肿瘤机制。近年来研究发现，PKM2 是 ACT-001 的原型药 MCL 的作用靶点之一。MCL 能够高选择性地对 PKM2 的 424 位半胱氨酸进行共价结合，促进 PKM2 活性四聚体的形成 [21, 24]，对 PKM2 有非常好的激活效果（AC50 = 6 nmol·L-1），同时 MCL 的抗肿瘤活性依赖于 PKM2 的表达 [21]。ACT-001 目前正在美国进行Ⅰ/Ⅱ期临床试验用于多种实体瘤治疗，结果显示其耐受性良好，未发现明显毒性 [25]。 1.2 三羧酸循环通路及相应临床在研药物 肿瘤细胞利用三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle，TAC）中间体进行生物合成，因此，靶向TAC 中的关键代谢产物是肿瘤治疗的潜在策略。表2 列举了靶向 TAC 代表性临床在研药物。 1.2.1 靶向丙酮酸脱氢酶及丙酮酸脱氢酶激酶临床在研药物 丙酮酸脱氢酶复合体（pyruvate dehydrogenase complex，PDC）通过催化丙酮酸不可逆脱羧为乙酰辅酶 A，是代谢中的关键酶，靶向调控 PDC具 有 重 要 意 义。 丙 酮 酸 脱 氢 酶 激 酶（pyruvate dehydrogenase kinase，PDK）能够对 PDC 进行磷酸化，降低其活性。肿瘤细胞通过上调 PDK 的表达水平，减少 PDC 活性，从而更倾向于进行糖酵解 [26]。 二氯乙酸盐（sodium dichloroacetate，DCA）是一种通过恢复 PDC 活性发挥抗肿瘤效果的小分子，它通过抑制 PDK 活性，恢复 PDC 的活性改变肿瘤酸性微环境 [27]，并能逆转由于 PDK4 导致的肿瘤耐药问题 [28]。DCA 与多种抗肿瘤药物联用，如紫杉醇、阿霉素及沙利霉素，在体内外实验中显示了一定的效果，并且没有严重血液学、肝、肾或心脏毒性 [28]。在针对局部晚期头颈部鳞状细胞癌的 DCA 联合同步放化疗的Ⅱ期临床试验中，DCA 添加组与安慰剂组相比有着更高的完全反应率（71.4% vs 37.5%，p = 0.036 2），并且在治疗后能够显著降低丙酮酸和乳酸的含量（治疗组与基线组含量之比分别为 0.47 和0.61，p ＜ 0.005）[29]。 CPI-613 是硫辛酸类似物，通过干扰硫辛酸作为氧化还原辅因子的功能抑制 PDC 和 α-酮戊二酸脱氢酶复合体（α-ketoglutarate dehydrogenase complex，α-KGDH）的活性 [27]。CPI-613 对 α-KGDH 的抑制是通过调节 E3 亚基产生的活性氧实现；对 PDC 的抑制则是通过调节 PDK 的活性间接影响 PDC 活性 [30]。目前临床结果显示，CPI-613 与常规化疗药物联用后效果显著优于单用药物 [31]，如 CPI-613 与大剂量阿糖胞苷和米托蒽醌联合应用的疗效显著，老年患者的完全缓解率为 52%，中位生存期为 12.4 个月 [32]，显示出 CPI-613 的成药潜力。在Ⅰb 期临床试验中，未观察到 4 级毒性，经过中位 15.6 个月的随访，客观缓解率为 45%，中位无进展生存期为 10 个月（95%置信区间，7.1~14.9）[33]。 1.2.2 靶向异柠檬酸脱氢酶临床在研药物 异柠檬酸脱氢酶（isocitrate dehydrogenase，IDH） 在TAC 中催化异柠檬酸氧化脱羧形成 α-酮戊二酸（α-ketoglutarate，α-KG）和 CO2，并将烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADP+）还原为还原型烟酰胺腺嘌呤 二 核 苷 酸 磷 酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH），其活性与脂质和固醇的生物合成密切相关，也与氧化还原平衡的调节有关。IDH1/2 在多种肿瘤中均有发现相应的突变，突变型异柠檬酸脱氢酶（mutant isocitrate dehydrogenase，mIDH）能够将 α-KG 转化为 D-2-羟基戊二酸（D-2-hydroxyglutarate，D-2HG），并将NADPH 转化为 NADP+，导致基因表达失调、DNA损伤修复障碍和炎症。同时，D-2HG 与 α-KG 结构相似，能竞争性抑制 α-KG 依赖的双加氧酶，导致表观修饰失调，形成过度甲基化的表型 [34]。 目前已有 3 个 IDH 抑 制 剂 上 市， 分 别 是enasidenib，olutasidenib 及 ivosidenib， 这 3 款药物的临床适应证均为急性髓细胞样白血病 [35]。在实体瘤治疗方面，IDH 抑制剂仍有所欠缺，ivosidenib和 enasidenib 在脑中的暴露量较少，难以用于治疗IDH 突变的胶质瘤。Vorasidenib（AG-881）是首款针对 mIDH1/mIDH2 的双重抑制剂，对 IDH1-R132H及 IDH2-R140Q 突变体有着非常好的抑制效果（mIDH1-IC50=6 nmol·L-1，mIDH2-IC50=12 nmol·L-1），且透脑性较好，能够显著降低脑内 D-2HG 的含量。在临床上，接受 vorasidenib 治疗的患者，其肿瘤组织中 mIDH 的代谢产物 D-2HG 浓度平均降低了90% 以上 [36]，并在Ⅲ期临床试验中展现出较好的疗效：与安慰剂组相比，vorasidenib 组 2 级 IDH 突变型胶质瘤患者的中位无进展生存期显著延长（27.7个月 vs 11.1 个月），疾病进展或死亡的风险比为0.39[37]。 1.3 靶向糖代谢在调控肿瘤免疫微环境中的应用前景 葡萄糖对于 T 细胞的增殖及功能十分重要，由于肿瘤细胞对于环境中葡萄糖大量摄取，造成周遭环境极度缺乏营养，因此对肿瘤周围的免疫细胞有较大影响。一方面，肿瘤浸润淋巴细胞为了满足自身营养物质需求，会促进氧化磷酸化过程造成活性氧产生，最终导致肿瘤浸润免疫细胞的失调及耗竭[38]。另一方面，在缺乏葡萄糖环境中，肿瘤相关巨噬细胞更倾向朝促进肿瘤的 M2 样表型转变，并能够促进多种肿瘤细胞的生长 [8]。 此外，由于 Warburg 效应的存在，肿瘤微环境中的乳酸大量蓄积从而使 CD8+ T 细胞、自然杀伤细胞及树突状细胞的活性降低，并使肿瘤相关巨噬细胞极化为耐受性 M2 样表型 [39]。调节性 T 细胞也会通过 MCT1 摄取乳酸并上调 PD-1 表达，从而促进肿瘤免疫逃逸 [40]。其他一系列代谢产物如富马酸、琥珀酸、衣康酸及 D-2HG 等除了本身的代谢功能，也在肿瘤微环境中发挥着重要作用 [41]。 因此对开发靶向代谢酶的小分子调节剂而言，干扰肿瘤微环境，进而消除耗竭免疫细胞，是潜在的治疗策略。尽管目前靶向肿瘤微环境代谢的证据主要来自临床前研究，但这些策略具有较好的临床应用前景，值得进一步探索。 2 靶向肿瘤氨基酸代谢 2.1 靶向谷氨酰胺代谢 谷氨酰胺是癌细胞生长和增殖的第二大营养来源，为生物合成途径提供碳源。大多数癌细胞在代谢重编程后对谷氨酰胺表现出高度依赖性，这也被称为“谷氨酰胺成瘾”[42]。谷氨酰胺代谢通路中涉及的谷氨酰胺转运体、谷氨酰胺酶（glutaminase，GLS）、转氨酶等，对癌细胞生存至关重要 [43]，靶向这些与谷氨酰胺代谢相关的蛋白，在癌症治疗中表现出巨大的潜力，促进了新的抗癌候选药物的开发。 GLS 是多种肿瘤中生长和增殖的关键酶 [44]，能够将谷氨酰胺转化为谷氨酸。表 3 列举了目前正处于临床研究的 GLS 小分子抑制剂。 L-DON 是一类谷氨酸类似物，对 GLS 产生不可逆的抑制 [44-45]。在临床研究中，L-DON 表现出抗霍奇金淋巴瘤和抗胶质母细胞瘤活性 [44]。DRP-104（sirpiglenastat）是 L-DON 的前药，胃肠道不良反应小，在进入肿瘤组织后能够活化释放出原药L-DON[46]，在临床试验中与 PD-L1 抗体药物联合使用，用于晚期实体瘤治疗。 CB-839 是另一个处于临床阶段的 GLS1 小分子抑制剂（GLS1: IC50= 31 nmol·L-1；GLS2: IC50 ＞50 000 nmol·L-1），主要与其他抗癌药物联合使用。目前，该药通常与阿扎胞苷联合治疗骨髓增生异常综合征，与 sapanisertib 联合治疗非小细胞肺癌，与nivolumab 联合治疗黑色素瘤、透明细胞肾细胞癌和非小细胞肺癌，于放疗后与替莫唑胺联合治疗 IDH介导的弥漫性星形细胞瘤。在近期Ⅰb/Ⅱ期临床试验结果中显示 [47]，针对晚期骨髓增生异常综合征患者，CB-839 与阿扎胞苷联用具有良好的耐受性，客观缓解率为 70%，其中 53% 的参与者达到（骨髓）完全缓解，中位总生存期为 11.6 个月。 IPN-60090 是 CB-839 的结构类似物，但化合物IPN-60090具有更优的理化性质和药代动力学特征，在联合哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合体 1/2 双重抑制剂用于非小细胞肺癌的治疗中，表现出良好的药效 [48]。 2.2 靶向精氨酸代谢 精氨酸（arginine）直接或间接参与许多生物过程，包括细胞增殖、细胞信号转导、肌肉收缩、免疫、神经传递、血管舒张、生长因子和其他氨基酸的合成 [49]。许多癌细胞对外部精氨酸高度依赖，通过抑制精氨酸代谢酶如精氨酸酶（arginase，ARG）、精氨酸脱羧酶（arginine decarboxylase，ADC）和精氨酸脱亚胺酶（arginine deiminase，ADI），以此靶向外源性精氨酸已成为治疗多种癌症的重要手段 [50-51]。 ARG1 是调节精氨酸代谢的重要靶点之一。CB-1158（见表 4）为口服有效的选择性 ARG1 小分子抑 制 剂（Arg1: IC50 = 86 nmol· L-1；Arg2: IC50 = 296 nmol· L-1），通过阻断精氨酸耗竭来逆转对 T 细胞增殖的抑制，从而杀伤肿瘤细胞 [52]，目前 CB-1158处于Ⅰ/Ⅱ期临床阶段，采用单用或与 PD-1 单抗联合使用的给药方式，用于结直肠癌、非小细胞肺癌和黑色素瘤的治疗。 2.3 靶向甲硫氨酸代谢 甲硫氨酸（methionine，Met）为含硫必需氨基酸，主要是通过外部获得。它是琥珀酰辅酶 A、同型半胱氨酸、半胱氨酸、肌酸和肉毒素等的前体，参与细胞内 S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosyl-methionine，SAM）、多胺、肌酸和磷脂酰胆碱的生物合成。肿瘤细胞缺乏内源性 Met 生物合成，表现出对外源性Met 的严重依赖性，即霍夫曼效应 [53]。针对肿瘤中Met代谢的药物，如甲硫氨酸腺苷转移酶（methionine adenosyltransferase，MAT）抑制剂，已被证明具有治疗肿瘤的潜力 [54]。 MAT2A 的功能是催化 ATP 和 Met 生 成SAM，而后者是核酸、磷脂、组蛋白、生物胺和蛋白质甲基化的甲基供体。MAT2A 在多种肿瘤中都异常表达；抑制 MAT2A 可抑制癌细胞生长、增殖和迁移，MAT2A 作为癌症治疗靶点也受到广泛关注 [55]。 AG-270 是由 Agios 公司通过高通量筛选及虚拟筛选，并通过基于结构的药物设计开发所得（见表 5）[56]，有较好的体外活性，吸收、分布、代谢和排泄性质以及口服生物利用度。AG-270 于 2023年 4 月完成了Ⅰ期临床试验，研究了 AG-270 单用或与紫杉醇以及吉西他滨联用在甲硫腺苷磷酸化酶（methylthioadenosine phosphorylase，MTAP）基因缺失的晚期实体瘤或淋巴瘤患者中的安全性、药代动力学及临床药效，但该药物目前因安全性及疗效问题已终止临床研究。IDE-397 是 IDEAYA 公司发现的另一款口服有效的 MAT2A 抑制剂，已在美国进入Ⅰ期临床试验，单用或与紫杉烷类抗癌药物（多西他赛、紫杉醇）、戈沙妥珠单抗联用以评估其在转移性癌症患者中的安全性、有效性、药效学和抗肿瘤活性（见表 5）。此外，IDE-397 与蛋白质精氨酸酶甲基转移酶 5 小分子抑制剂 AMG-193 联合疗法也正处于Ⅰ/Ⅱ期临床。 2.4 靶向色氨酸代谢 色氨酸为必需氨基酸，超过 95% 的色氨酸通过色氨酸降解参与犬尿氨酸（kynurenine，Kyn）合成过程。通过这一途径，产生一些与免疫反应和神经传递相关的生物活性代谢物。色氨酸代谢主要发生在肝脏，经犬尿氨酸途径生成各种犬尿氨酸代谢物，其中限速酶为吲哚胺 2，3-双加氧酶 1/2（indoleamine 2，3-dioxygenase 1/2，IDO1/2）和色氨酸 2，3-双加氧酶（tryptophan-2，3-dioxygenase，TDO）。研究表明，大多数人类肿瘤组织中高表达IDO[57]，且 IDO/TDO 活性与癌症免疫逃逸机制以及T 细胞活性的调节密切相关 [58]，靶向 IDO/ TDO 小分子抑制剂的开发成为靶向抗癌药物研发策略之一。表6 列举了目前正处于临床研究的 IDO1 小分子抑制剂。 目前，indoximod，navoximod，epacadostat，linro-dostat 和 PF-0680003 是进入临床阶段的 IDO1 小分子抑制剂（见表 6）。色氨酸类似物 indoximod （NLG-8189）是 NewLink 公司开发的首个临床候选药物，于 2017 年启动与免疫检查点抑制剂联合治疗黑色素瘤的Ⅲ期临床试验。同时，indoximod 的前药形式NLG-802于2017年也进入Ⅰ期临床试验[59-60]。然 而，indoximod（hIDO1: IC50 ＞ 100 mmol· L-1，HeLa IDO1: IC50 ＞ 2.5 mmol· L-1）及其前药并非特异性的 IDO1 抑制剂，其作用机制仍存在争议 [61]。近年来，还有许多不同类型母核结构的 IDO1 小分子抑制剂被陆续报道，也有许多小分子是 IDO1，IDO2 和 TDO 的泛抑制剂，IDO1 小分子抑制剂与组蛋白脱乙酰酶抑制剂、DNA 烷基化试剂、tubulin抑制剂以及 E3 配体偶联形成双功能分子也被开发并得到了广泛应用 [62]。 然而，目前大部分 IDO1 抑制剂的临床研究均已终止，失败的原因主要如下： 1）靶点的局限性。IDO1 抑制剂主要通过抑制IDO1 来阻止肿瘤细胞的免疫逃逸，但肿瘤微环境中涉及的免疫抑制机制非常复杂，单靠抑制 IDO1 不足以产生显著的抗肿瘤效果 [63]。 2）肿瘤微环境的复杂性。肿瘤微环境中存在 多 种 免 疫 抑 制 因 子， 如 TDO，PD-1/PD-L1 和CTLA-4 等，肿瘤细胞能绕过 IDO 途径，从而产生耐药 [63-64]。 3）非依赖 IDO1 的代谢途径。白细胞介素 4 诱导蛋白 1（interleukin 4 induced protein 1，IL4I1）通过独立于 IDO1 的机制继续促进肿瘤免疫逃逸，IL4I1 为分泌型 L-氨基酸氧化酶，主要通过代谢产生犬尿喹啉酸和其他内源性代谢物，激活芳香烃受体，从而在肿瘤微环境中发挥免疫抑制作用，这可能也是 IDO1 抑制剂在某些情况下疗效不佳的原因之一 [65]。 4）IDO 抑制剂本身缺陷。IDO 抑制剂在药代动力学特性上存在不足，如生物利用度低或代谢过快，或者在长期使用中出现不可接受的毒性反应，影响其临床应用 [63]。 2.5 靶向氨基酸代谢在调控肿瘤免疫微环境中的应用前景 氨基酸代谢除了在维持肿瘤生长中发挥重要作用外，在肿瘤免疫微环境的调节中也具有重要意义。首先，肿瘤细胞可通过营养竞争消耗微环境中的氨基酸，从而抑制 T 细胞免疫；其次，氨基酸的有毒代谢物也可抑制 T 细胞功能；再次，氨基酸可以通过调节葡萄糖和脂质代谢来干扰 T 细胞 [66]。 在肿瘤组织中，由于存在高浓度的生长因子，导致细胞内关键信号分子如 c-Myc[67] 和 E2F[68] 被激活，氨基酸转运蛋白表达增加，促进肿瘤细胞对氨基酸的高摄取，导致氨基酸耗竭。而由于肿瘤微环境中的营养限制，免疫细胞、基质细胞和癌细胞必须为生长、增殖等生命活动而竞争营养。免疫细胞往往不适应营养竞争，从而导致免疫能力减弱。 肿瘤细胞对氨基酸的大量消耗伴随着有毒代谢物的产生，这些代谢物中很多都被证明对 T 细胞免疫具有抑制作用。比如色氨酸代谢产生的犬尿氨酸衍生物，一方面可以直接对免疫细胞产生毒性作用，抑制 T 细胞增殖，诱导 T 细胞凋亡，另一方面犬尿氨酸衍生物可引起细胞内氧化还原平衡的改变，并通过产生活性氧类诱导细胞凋亡 [69-70]。 氨基酸代谢对葡萄糖代谢的影响最为显著，氨基酸代谢后可转化为葡萄糖代谢途径中的底物，直接调节葡萄糖代谢；同时还能影响葡萄糖转运体的活性，间接影响葡萄糖代谢。氨基酸（如丙氨酸、色氨酸和丝氨酸）也可以转化为丙酮酸，丙酮酸在一定程度上促进糖酵解并产生乳酸，最终导致 T 细胞整体代谢的改变和功能的抑制 [71]。氨基酸代谢除了影响葡萄糖代谢外，还能调节脂质代谢。谷氨酰胺代谢产生 α-KG，参与脂肪酸的合成，丝氨酸和甘氨酸也是脂质合成的必要前体 [72]，而 T 细胞的快速增殖高度依赖于脂质为其提供细胞膜的成分。 随着氨基酸代谢和肿瘤微环境之间关系被逐步掲示，目前也提出了靶向氨基酸代谢和免疫治疗相结合的疗法，比如靶向氨基酸代谢和嵌合抗原受体T细胞免疫治疗以及与免疫检查点抑制剂联合疗法，在临床前实验以及临床试验中也取得了一些进展，但是整体来说通过靶向氨基酸代谢来开发新药还存在许多挑战。 3 靶向肿瘤脂质代谢 脂质代谢在癌症中被高度重编程，是癌症发生的重要标志之一。在癌症中，脂质代谢的改变通常表现为脂质生成增加、脂质摄取增加、脂滴的储存和动员增强 [73]。这些代谢改变通过提供膜脂成分、供能、调节细胞膜流动性、调控信号转导等多种方式促进肿瘤的增殖、侵袭和转移 [74]。表 7 列举了目前正处于临床研究的脂质代谢通路小分子抑制剂。 3.1 靶向脂肪酸代谢通路 癌细胞相较于普通细胞需要更多脂质以维持其存活和增殖。研究发现激活脂质合成途径是癌细胞增殖的必要条件，其中脂肪酸合成途径是癌细胞获取脂质的主要途径。脂肪酸合成酶（fatty acid synthetase，FAS）是脂肪酸合成途径中的关键酶，以 NADPH 依赖的方式催化棕榈酰辅酶 A 的合成，是脂肪酸合成关键的末端代谢酶。FAS 在肿瘤中表达显著上调，其上调不仅通过提高脂肪酸的合成代谢赋予肿瘤生存优势，还能够通过影响肿瘤微环境和癌症控制网络导致肿瘤的发展及恶性转化 [75]。 TVB-2640（denifanstat，ASC40）是首个经过临床测试的口服选择性强效可逆 FAS 抑制剂药物。该系列化合物通过抑制 FAS 调节脂肪酸合成通路，被用于相关适应证的研究，如丙型肝炎病毒感染、癌症、非酒精性脂肪性肝炎。TVB-2640 在癌症上的首次临床研究报告表明，其具有优异的口服生物利用度和安全性，体内半衰期约为 16 小时，试验中所有剂量水平的人体暴露量均高于小鼠临床前模型中预测的有效剂量 [76]。TVB-2640 在癌症上目前尚未有单药治疗策略的报道，但其与贝伐珠单抗的联合用药策略已进入Ⅲ期临床研究。TVB-2640 与贝伐珠单抗联合治疗复发性胶质母细胞瘤患者的Ⅱ期临床试验取得了积极的结果。临床数据显示，TVB-2640的安全性良好，大多数的不良事件强度为 1 级或 2级；药效方面，TVB-2640 与贝伐珠单抗联用的 6个月无进展生存率为 31.4%，相较贝伐珠单抗组的16% 具有统计学差异，贝伐珠单抗与 TVB-2640 联用的总缓解率为 56%，包括 17% 的完全应答和 39%的部分应答 [77]。此外，Sagimet Biosciences 公司的另一款 FAS 抑制剂 TVB-3567（ASC60）片剂也于2022 年在中国获批临床，用于晚期实体瘤的治疗。 3.2 靶向胆固醇代谢通路 胆固醇代谢是免疫稳态和癌症进展的重要检查点，部分研究已报道了胆固醇在癌症中的积累。胆固醇可以促进细胞的增殖、迁移和侵袭，胆固醇的摄入增加和合成水平上调易于导致肿瘤发生 [78]。癌细胞对胆固醇的需求增加，并且比正常细胞含有更多的脂筏，以满足对促肿瘤细胞信号蛋白的需求 [79]。 在胆固醇代谢通路中与癌症相关研究最多的靶点是 3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶 A 还原酶（3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A reductase，HMGCR），是胆固醇合成代谢中的关键限速酶，催化羟甲基戊二酰辅酶 A（hydroxylmethylglutaryl coenzyme A，HMG-CoA）还原为甲羟戊酸。除胆固醇外，甲羟戊酸下游胆固醇合成中间体也被发现对癌症的进展有关，如异戊二烯焦磷酸酯（isopentenyl pyrophosphate，IPP）、 香 叶 基 香 叶 基 焦 磷 酸 酯（geranylgeranyl pyrophosphate，GGPP）、 法 尼 基 焦 磷 酸（farnesyl pyropho-sphate，FPP）等，其中 GGPP 和 FPP 对各类蛋白的异戊二烯化翻译后修饰具有重要作用。 他汀类药物是 HMGCR 强效竞争性抑制剂，已有众多上市药物用于降低血浆胆固醇水平。近年来，他汀类药物的肿瘤抑制活性愈发受到关注。其抗癌机制多种多样，研究最广泛的是甲羟戊酸途径介导的机制。在该途径中，他汀类药物可通过耗尽GGPP 和 FPP 破坏关键蛋白的异戊二烯化来激活内在的凋亡途径，例如 Ras 和 Rho 的异戊二烯化降低进而延缓了肿瘤的进展 [80]；p53 突变可通过上调甲羟戊酸通路来破坏乳腺腺泡形态，从而发挥致癌作用，他汀类药物则抑制甲羟戊酸通路以发挥抑癌作用 [81]。此外，他汀类药物还被发现可通过调节自噬、诱导铁死亡、诱导焦亡、调节肿瘤微环境等方式抑制肿瘤发展进程 [80]。近年来，许多基于人群的观察性研究报告表明，与未使用他汀类药物的患者相比，癌症患者使用他汀类药物可降低死亡率 [82]。一些介入性临床数据也发现他汀类药物在抗癌治疗效果方面有积极作用，如辛伐他汀可提高局部晚期乳腺癌患者 5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-FU）、阿霉素（adriamycin）、环磷酰胺（cyclophosphamide）三药（FAC）联用的疗效，FAC 联合辛伐他汀的总缓解率为 90%，相较 FAC 组具有更好的活性和耐受性趋势 [83]；氟伐他汀对前列腺癌中肿瘤细胞凋亡具有积极作用 [84]；辛伐他汀可提高吉非替尼在吉非替尼耐药非小细胞肺癌患者亚组中的疗效，吉非替尼与辛伐他汀联合用药与吉非替尼单药组相比显示出更高的缓解率（38.5% vs 31.5%）和更长的无进展生存期（3.6 个月 vs 1.7 个月）[85]；他汀类药物与 PD-1抑制剂联合治疗恶性胸膜间皮瘤（malignant pleural mesothelioma，MPM）和晚期非小细胞肺癌（advanced non-small cell lung cancer，aNSCLC），在临床上有着更好的表现，在 2 种癌症中使用他汀类药物均展现出与 PD-1 抑制剂的协同效果，具有更高的缓解率（MPM：22% vs 6%；aNSCLC：40% vs 22%）和更长的无进展生存期（MPM：6.7 个月 vs 2.4 个月；aNSCLC：7.8 个月 vs 3.6 个月）[86]。这些研究展现了他汀类药物在抗癌治疗中的潜力，尤其是与其他抗癌药物联用。 3.3 靶向鞘脂合成通路 鞘脂代谢对癌症的发展也具有重要作用，其中神经酰胺（ceramide，Cer）、二氢神经酰胺、鞘氨醇（sphingosine，Sph）和 1-磷酸鞘氨醇（sphingosine-1-phosphate，S1P）可以调节肿瘤细胞死亡、增殖、耐药性以及宿主血管生成、炎症和免疫 [87]。鞘氨醇激酶（sphingosine kinase，SphK）是肿瘤中研究最多的鞘脂代谢靶点，SphK 有 SphK1 和 SphK2 亚型，二者为同工酶，催化 Sph 生成 S1P。SphK 在许多肿瘤细胞中过表达，并且研究证实抑制 SphK 可以杀死肿瘤细胞 [88]。 ABC294640（opaganib）为强效竞争性 SphK抑制剂，目前已进入临床试验阶段。临床前研究发现，ABC294640 在组织培养中可以降低 S1P 水平，抑制多种肿瘤细胞系的增殖、迁移并伴随微丝的消失；ABC294640 在降低 S1P 的同时升高 Cer的水平，抑制信号转导，促进多种癌细胞的自噬和（或）凋亡，并下调多种肿瘤细胞系中 c-Myc 的表达，还能降低前列腺癌细胞系中雄激素受体的表达；ABC294640 还能够抑制二氢神经酰胺去饱和酶1（dihydroceramide desaturase 1，DES1），DES1 的抑制与视网膜母细胞瘤蛋白磷酸化的减少和细胞周期进程的抑制有关，因此 ABC294640 是双功能抗肿瘤药物；ABC294640 与吉西他滨、索拉菲尼等多种药物联用在体外及动物模型中对多种癌症有积极的治疗效果 [88]。在一项针对 22 例晚期实体瘤患者的Ⅰ期临床研究中，ABC294640 表现出良好的耐受性，以 500 mg（bid）剂量给药达到了有效血药浓度，并将 500 mg（bid）的剂量水平确定为Ⅱ期临床推荐剂量；检测给药组患者体内 S1P 水平发现，给药后 12 小时血浆 S1P 达到最低值，250 mg/500 mg/750 mg组均表现出 50% 以上的 S1P 清除率，且血浆 S1P 在24 小时内恢复至基线水平；此外，在实体瘤反应评价标准可评估的患者中，1 例患者为部分缓解，6 例为病情稳定，9 例为最佳缓解 [89]。目前 ABC294640对胆管癌和前列腺癌的Ⅱ期临床试验正在进行中。 3.4 靶向脂质代谢在调控肿瘤免疫微环境中的应用前景 在肿瘤中，脂质代谢的重编程与肿瘤特殊微环境的形成相辅相成。一方面，肿瘤微环境的改变，如缺氧、酸中毒、营养物质改变，驱动了肿瘤细胞的脂质代谢重编程。肿瘤细胞的快速增殖消耗大量氧气，依赖氧气的脂肪酸分解代谢被抑制；在缺氧条件下，缺氧诱导因子（hypoxia-inducible factor，HIF）-1α 和-1β 被激活，可通过下调肉碱棕榈酰转氨酶-1、上调脂肪酸结合蛋白、上调低密度脂蛋白相关受体-1 的表达等方式抑制脂肪酸氧化并促进脂肪酸的摄取和储存 [90]。肿瘤微环境中乳酸的蓄积通过上调 CD36 和二酰基甘油酰基转移酶促进外源脂质摄取和脂滴的生成 [91]；激活 PI3K/AKT 通路并上调硬脂酰辅酶A去饱和酶-1促进脂肪酸的合成代谢[92]。肿瘤细胞的快速增殖导致肿瘤微环境中营养物质的快速消耗，为增加能量的供应，肿瘤细胞可通过分泌细胞因子诱导周围脂肪细胞释放游离脂肪酸供肿瘤细胞摄取 [93]。另一方面，脂质代谢的重编程也驱动肿瘤微环境转化为适应肿瘤发展的免疫抑制表型。肿瘤中脂质摄取增加会增加调节性 T 细胞、肿瘤相关巨噬细胞和 MDSC 中的脂质代谢水平，促进其免疫抑制功能 [94-96]；CD8+ T 细胞和自然杀伤细胞中CD36 的上调会抑制其抗肿瘤细胞因子释放并降低其对肿瘤细胞的杀伤能力 [97]。 尽管还未有通过调节脂质代谢以调节肿瘤微环境为机制的药物进入临床试验阶段，但众多研究表明该策略具有潜在的应用价值。 4 靶向肿瘤核酸代谢 核酸的合成代谢主要涉及嘌呤和嘧啶的合成，分为从头合成和补救合成途径。非增殖细胞中，从头合成途径活性通常很低或不存在，但在肿瘤细胞中，从头合成途径是必要的，目前大部分药物是针对肿瘤核酸的从头合成途径进行抑制。 一碳代谢作为从头合成中的重要原料提供途径，同样影响核酸代谢。该途径以四氢叶酸（tetrahydrofolic acid，THF）和 SAM 为主，涉及嘌呤与嘧啶合成时碳原子的添加过程。SAM 循环对 DNA 甲基化有重要作用，也是研究致癌原因的重要组成部分 [98]。以下将介绍嘧啶与嘌呤从头合成中关键代谢酶的相关临床在研药物，包括嘧啶合成中的二氢乳清酸脱氢酶（dihydroorotate dehydrogenase，DHODH）和胸苷酸合成酶（thymidylate，TS）、嘌呤合成中的甘氨酰胺核糖核苷酸甲酰转移酶（glycinamide ribonucleotide transformylase，GART） 和 5-氨 基-4-咪唑甲酰胺核糖核苷酸转化酶 /IMP 环 水 解 酶（5-amino-4-imidazolecarboxamide ribonucleotide transformylase/IMP cyclohydrolase，ATIC），以及一碳代谢中的二氢叶酸还原酶（dihydrofolate reductase，DHFR）和甲硫氨酸腺苷转移酶 2A（methionine adenosyltransferase 2A，MAT2A）。 4.1 靶向嘧啶从头合成途径 4.1.1 DHODH抑制剂 来氟米特是已上市的DHODH抑制剂，但其抑制活性较差，且具有明显副作用 [99]。RP-7214 为结构尚未披露的新型 DHODH 抑制剂，对 DHODH 有较好抑制效果（IC50=7.76 nmol·L-1），在多种癌细胞系中均表现出不同程度的抗增殖活性，能够抑制 AML 细胞生长（GI50=2~3.2 μmol·L-1），在 1 μmol·L-1 时诱导细胞凋亡，并导致 S 期细胞周期阻滞。此外，RP-7214 还能增强乳腺癌和结肠直肠癌细胞对化疗药物的敏感性 [100]。临床前药效研究显示，RP-7214 在 MV-4-11 小鼠移植瘤模型中作为单一药物或与阿糖胞苷联用均展现出抗肿瘤活性 [101]。RP-7214在针对健康受试者进行的Ⅰ期临床研究中具有良好的吸收和暴露量，且具有良好的安全性 [102]（见表 8）。 4.1.2 TS 抑制剂 TS 抑制剂中的 5-FU 是被广泛应用的抗癌药物（见表 9），它在体内被代谢为活性物 质 5'-氟 脱 氧 尿 苷 一 磷 酸（5'-fluorodeoxyuridine monophosphate，FdUMP）， 通 过 取 代 内 源 性 底物 2'- 脱氧尿苷-5'- 一 磷 酸（2'-deoxyuridine-5'-monophosphate，dUMP）竞争性地抑制 TS。但由于85% 的 5-FU 在肝脏中被二氢嘧啶脱氢酶降解 [103]，且在细胞内转移需要碱基转运体和复杂的酶处理来产生活性物质 [104]，导致克服 5-FU 限制和药理学挑战的药物设计极为重要。在近期研究中发现，NUC-3373 在临床试验中有着良好表现（见表 9）。NUC-3373 是 FdUMP 的前药，采用的是近年来核苷类药物常用的 ProTide 策略，将 FdUMP 中的磷酸基团设计合成相应的磷酰胺结构得到 NUC-3373。在胞内，NUC-3373 能够水解释放出具有活性的FdUMP，从而跳过了胸苷激酶将 5'-氟脱氧尿苷（5'-fluorodeoxyuridine，FUdR）磷酸化的限速步骤，使其能更快在胞内起效，并且能避免胸苷激酶的下调从而克服了 5-FU 原有的耐药问题 [105]。 NUC-3373 对实体肿瘤细胞系（HT-29，HCT-116，MDA-MB-231，SW- 620）、急性髓系白血病细胞（KG1a）均有较好抑制活性。其中 KG1a 对NUC-3373 最为敏感，与 5-FU（LC50=1.4 μmol·L-1）和 FUdR（LC50 =1.18 μmol·L-1）相比，NUC-3373 对KG1a 细胞的抑制活性约有 22 ~ 26 倍的提升（LC50 =0.053 μmol· L-1）[105]。在人结直肠癌小鼠异种移植模型中发现，NUC-3373 比 5-FU 具有更明显的肿瘤抑制作用。在临床研究中也发现，与 5-FU 相比，单药 NUC-3373 在晚期实体瘤患者中显示出良好的安全性和与药代动力学性质 [106]。 4.2 靶向嘌呤从头合成途径 在 嘌 呤 从 头 合 成 过 程 中，有 2 个关键酶—GART 和 ATIC，负责催化甲酰基的转移，为嘌呤提供结构所需的碳源。这 2 个步骤都对 N10-甲酰-四氢叶酸具有依赖性。 目前，针对 GART 与 ATIC 的大部分抑制剂都是模仿叶酸结构设计进而达到抑制效果的经典抗叶酸类药物，如培美曲塞、洛美曲索等。培美曲塞虽然对 GART 和 ATIC 都有抑制活性，但仅在低微摩尔范围内 [107]；而洛美曲索及 AG-2034（见表 10）虽然对 GART 有较好亲和力（Ki = 60 nmol·L-1，Ki =28 nmol· L-1），但遗憾的是这 2 种药物的临床试验均已终止。其中，AG-2034 退出临床试验的原因不仅是其在Ⅰ期临床中并未观察到抗肿瘤疗效，而且存在血小板减少症、中性粒细胞减少症和贫血等不良反应，以及药物代谢蓄积问题 [108]。 经典抗叶酸类药物在使用过程中往往会产生耐药性，产生耐药的主要机制是通过基因突变导致运输和多谷氨酸化机制的损害 [109]。相比之下，非经典的抗叶酸剂通过被动扩散穿透细胞，可克服主动摄取受损引起的抗性。代表性化合物 ATIC 抑制剂LSN-3213128（见表 10）在分子水平对 ATIC 有较好抑制活性（IC50 = 16 nmol · L-1)，对 NCI-H460 细胞的 IC50 达 19 nmol · L-1，且具有适中的药代动力学性质，后续在移植瘤模型中也表现出剂量依赖性的肿瘤生长抑制 [110]。尽管 LSN-3213128 尚未进入临床阶段，但是具有一定成药潜力，值得进一步关注。 4.3 一碳代谢中的抑制剂 在核苷酸代谢中，一碳代谢是重要的生物合成过程。由于增殖指数的增加，癌细胞对该生物过程表现敏感，因此靶向一碳代谢的药物长期以来一直被用作癌症治疗方法 [111]。对于嘧啶，一碳代谢的产物在 TS 催化下与尿嘧啶核苷酸（uridine monophosphate，UMP）反应生成胸苷一磷酸（thymidine monophosphate，TMP），直接影响嘧啶的从头合成过程；在嘌呤的从头合成过程，甲酰化四氢叶酸参与嘌呤的第 4 步与第 10 步甲酰基转移的过程。由于 5，10-亚甲基-四氢叶酸会在胞质内通过亚甲基四氢叶酸还原酶不可逆地还原为 5-甲基四氢叶酸，5-甲基四氢叶酸经 SAM 循环重新转为四氢叶酸，因此叶酸循环与 SAM 循环之间存在着相互联系 [112]（由于 SAM 循环部分已在前述甲硫氨酸代谢部分进行介绍，下面将不再重复阐述）。 DHFR 催化叶酸转化为四氢叶酸，是叶酸循环的起始步骤，也是临床上验证可治疗癌症的一碳代谢靶点。尽管现有许多上市的 DHFR 抑制剂（如甲氨蝶呤、三甲曲沙、雷替曲塞、培美曲塞），但这些药物都有口服利用度差、不良反应多（如黏膜炎、白细胞减少）[112] 等一系列问题。遗憾的是近年来，针对 DHFR 靶点的临床在研药物均以失败告终（见表 11），开发新型安全有效的 DHFR 抑制剂仍具有难度。 5 总结与展望 肿瘤代谢涉及多种营养物质与细胞生长信号通路，各种代谢途径彼此之间相对独立互补又相互关联代偿维持着氧化还原平衡，部分肿瘤的代谢产物又能进一步塑造肿瘤微环境实现免疫逃逸，或能作为信号分子对肿瘤代谢进行调控以增强代谢适应性。肿瘤拥有一个庞大且复杂的“生态体系”，并通过上述多种机制维持着稳态平衡。通过靶向肿瘤代谢破坏其稳态平衡是具有潜力的治疗策略。 目前，靶向肿瘤代谢治疗仍然存在一定瓶颈[8]。从药物开发角度来看，代谢酶小分子抑制剂开发本身便具有挑战性，一方面大部分代谢酶底物均为水溶性小分子，且在体内均以较高浓度存在，给底物竞争性抑制剂开发带来较大难度；另一方面，部分代谢酶在细胞中高度表达 [15]，如 Hela 细胞中，乳酸脱氢酶A（4 μmol·L-1），己糖激酶2（0.27 μmol·L-1）及 GLS1（0.07 μmol·L-1）均有较高表达，小分子难以完全抑制其活性。针对上述问题，寻找相应代谢酶的变构抑制剂则是较好的选择，能够在保证活性的同时提高靶点选择性；针对在胞内高表达的代谢酶，通过蛋白水解靶向嵌合体技术进行代谢酶的降解也是潜在的策略之一，但目前仍需要更多的实验进行验证。 从治疗策略来看，靶向肿瘤代谢也存在一些问题。首先，由于肿瘤的代谢适应性，单独调控代谢通路中的某一靶标，肿瘤仍能通过代谢重编程调整代谢网络，从而引发耐药等问题；且由于各条代谢通路代谢酶及代谢产物之间紧密联系，即使能够对某一代谢产物或酶做到完全抑制，也有可能对其他通路产生影响，产生与预期相反效果。其次，大部分肿瘤的代谢通路对正常细胞来说同样重要，难以做到较好的选择性，此外，部分免疫细胞与肿瘤细胞具有相似的代谢特征，在抑制肿瘤的同时也有可能抑制相应免疫细胞的活性从而使得治疗效果不显著。此外肿瘤代谢的异质性，即不同瘤种具有不同的代谢特征，也会使得单一代谢抑制可能仅对部分瘤种起效。 因此，针对肿瘤代谢治疗，一方面应当采用联合疗法，同时靶向多条代谢通路中的关键步骤，以破坏肿瘤代谢的代偿机制；或作为佐剂影响肿瘤环境增强其他药物的敏感度，这一点目前在靶向肿瘤代谢的临床试验中均有所体现 [8]；也可寻找相应代谢具有协同致死效应目的基因蛋白，以增强治疗效果。同时，针对不同肿瘤代谢特征应采取精准化治疗，例如在与 PD-1 抗体联用治疗时，可根据肿瘤的独特代谢特征选择相应的代谢抑制剂 [8] 改善疗效。另一方面，如果针对肿瘤代谢通路中某一关键酶进行靶向抑制后造成中间体的累积，有可能反而会激活其他旁路代谢；参考 PKM2 及 PDK 抑制剂临床小分子研究所带来的启发，尝试激动剂的开发或激活关键代谢酶，对拥堵的代谢通路进行“疏通”，从而减少代谢关键中间体的累积，减少旁路代谢流从而抑制肿瘤的生长，打破肿瘤原有的稳态环境，也未尝不是潜在的治疗策略。 参考文献: [1] Huynh C, Ryu J, Lee J, et al. 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1973年，一组科学家成功地从发生流产的人类胚胎中的肾脏组织中分离出了一种最的胚胎肾细胞，即293细胞（人类胚胎肾细胞系293，HEK 293细胞）。这些细胞来源于一个父母谱系不明的胚胎，经过多次尝试后，科学家将转入变体腺病毒DNA片段进行转化。在最初的几个月里，细胞的转化过程相当困难，但最终科学家获得了一个稳定性较高且快速生长的HEK 293单克隆细胞株。自此，HEK 293细胞被成功培育出来。在细胞生物学和生物技术领域，HEK 293细胞的应用频率仅次于首个人类细胞系HeLa，并衍生出数百种不同的克隆细胞系。 1. HEK 293细胞概述1.1 细胞特性 该细胞系被5型腺病毒DNA片段转染，导致其永生化。HEK 293细胞具有以下特性： 生长特性：HEK 293细胞通常以贴壁生长方式培养，形态扁平，直径在11-15µm之间。它们也可以在悬浮培养条件下生长，此时细胞呈圆形。 遗传特性：HEK 293细胞是亚三倍体，具有64条染色体和三个X染色体拷贝。此外，细胞基因组整合了约4 kbp的腺病毒5型基因组片段，主要位于19号染色体上。 适应性：HEK 293细胞适应于多种培养基，包括Eagle's Minimum Essential Medium（EMEM）和DMEM培养基，通常添加10%胎牛血清（FBS）以及L-谷氨酰胺等营养成分。它们在37℃、5% CO2的条件下生长良好，pH值在6.9-7.1时可顺利贴壁生长。 转染效率：HEK 293细胞容易转染，常用的转染方法包括磷酸钙共沉淀法、脂质体介导转染和电穿孔等，转染效率可达90%以上。这使得它们成为基因功能研究和蛋白表达的理想工具。1.2 应用领域 HEK 293细胞在生物医学研究和工业生产中具有广泛的应用： 基因功能研究：由于HEK 293细胞易于转染，研究人员可以将目标基因导入细胞，研究其功能和调控机制。例如，通过过表达或敲除特定基因，观察细胞表型的变化，从而揭示基因在细胞生长、分化和信号传导中的作用。 蛋白表达与生产：HEK 293细胞能够高效表达外源蛋白，常用于生产重组蛋白，如单克隆抗体、细胞因子和酶等。其人类细胞系的背景使得生产的蛋白在结构和功能上更接近天然人类蛋白，具有较高的生物活性和稳定性。 病毒载体生产：HEK 293细胞广泛用于腺病毒、慢病毒和逆转录病毒等病毒载体的生产。这些病毒载体在基因治疗、疫苗开发和基因功能研究中具有重要应用。例如，在新冠疫苗的开发中，HEK 293细胞被用于生产病毒载体，以实现病毒基因的递送和表达。 药物筛选与毒性测试：HEK 293细胞可用于药物筛选和毒性测试，通过将细胞暴露于不同药物或化合物中，评估其对细胞生长、代谢和基因表达的影响，从而筛选出具有潜在治疗效果的药物或评估药物的安全性。 细胞信号传导研究：HEK 293细胞在细胞信号传导研究中也有广泛应用。研究人员可以利用该细胞系研究细胞表面受体与信号分子的相互作用，以及信号在细胞内的传递途径和调控机制。例如，通过转染特定的受体基因，研究其在细胞信号传导中的作用和信号通路的激活情况。2. 细胞培养方法2.1 培养基与条件 HEK 293细胞的培养基通常为Eagle's Minimum Essential Medium(EMEM)或DMEM培养基，其中添加10%胎牛血清(FBS)以提供细胞生长所需的营养物质和生长因子。此外，培养基中还需添加2 mM L-谷氨酰胺以满足细胞的氮源需求。在特定情况下，如需要进行无血清培养，可以选择不含血清的培养基，并添加适量的胰岛素、转铁蛋白和亚硒酸盐等替代成分，以维持细胞的生长和功能。 培养条件对HEK 293细胞的生长和表达具有重要影响。细胞通常在37℃、5% CO2的加湿培养箱中培养，以维持培养基的pH值在6.9-7.1范围内。pH值过高或过低都会影响细胞的生长状态和代谢活动。此外，培养箱中的湿度应保持在95%，以防止培养基的过度蒸发和浓度变化。在培养过程中，应定期观察细胞的生长情况，及时更换新鲜培养基，通常每2-3天换液一次，以保证细胞的营养供应和代谢废物的清除。2.2 细胞传代技术 HEK 293细胞的传代是细胞培养过程中的关键步骤，旨在维持细胞的生长活力和遗传稳定性。传代时，首先需要将细胞从培养瓶中消化下来。常用的消化方法是使用0.25%的胰蛋白酶-EDTA溶液。将消化液加入培养瓶中，轻轻摇晃使消化液均匀覆盖细胞表面，然后将培养瓶放入37℃培养箱中消化2-3分钟。在显微镜下观察细胞消化情况，当细胞大部分变圆并开始脱落时，迅速拿回操作台，加入适量的完全培养基终止消化。轻轻吹打培养瓶，使细胞完全脱落并形成单细胞悬液。 接下来，将细胞悬液转移至离心管中，以1000rpm的转速离心5分钟，弃去上清液。加入适量的新鲜完全培养基重悬细胞，根据传代比例将细胞悬液接种到新的培养瓶中。传代比例一般为1:4-1:8，具体比例可根据细胞的生长状态和实验需求进行调整。接种后，将新的培养瓶放入37℃、5% CO2的培养箱中继续培养。传代后的细胞需要定期观察其贴壁生长情况，通常在12-24小时内，90%以上的细胞能够重新贴壁生长。传代周期一般为24-48小时，即每1-2天进行一次传代，以保持细胞的旺盛生长和良好的生长状态。3. 细胞培养注意事项3.1 无菌操作 无菌操作是HEK 293细胞培养成功的关键。整个培养过程必须在无菌条件下进行，以防止微生物污染。操作前，需要对所有器具和试剂进行严格的消毒和灭菌处理。例如，培养瓶、移液管等器具应使用高压蒸汽灭菌，培养基和其他液体试剂应通过0.22µm滤膜过滤除菌。操作时应在生物安全柜内进行，避免快速移动和交谈，以减少空气流动和污染风险。 在进行细胞操作时，动作要轻柔、准确，避免产生过多的气溶胶和污染。使用无菌技术打开培养瓶和试剂瓶，瓶口应通过酒精火焰消毒后再进行操作。操作过程中，应定期更换无菌手套，避免手部污染。此外，培养箱和操作台面也应定期清洁和消毒，以保持整个培养环境的无菌状态。3.2 培养条件维持 维持稳定的培养条件对HEK 293细胞的生长和表达至关重要。首先，温度应严格控制在37℃，这是细胞生长的最佳温度。温度过高或过低都会影响细胞的代谢活动和生长状态。其次，CO2浓度应保持在5%，以维持培养基的酸碱平衡，确保细胞在适宜的pH值范围内生长。培养箱中的湿度也应控制在95%左右，以防止培养基的过度蒸发和浓度变化。 此外，培养基的pH值应维持在6.9-7.1之间。pH值过高或过低都会对细胞产生不利影响。定期监测培养基的颜色变化，如培养基变黄，说明pH值下降，需要及时更换新鲜培养基。在培养过程中，还应定期观察细胞的生长情况，及时更换新鲜培养基，通常每2-3天换液一次，以保证细胞的营养供应和代谢废物的清除。 总之，无菌操作和培养条件的维持是HEK 293细胞培养成功的基础。只有在严格的无菌条件下，结合适宜的温度、CO2浓度、湿度和pH值等培养条件，才能确保细胞的健康生长和高效表达。4. 常见问题及解决策略4.1 细胞贴壁问题 HEK 293细胞贴壁能力较弱，容易在操作过程中脱落。以下是一些常见原因及解决策略： 培养基pH值不适宜：HEK 293细胞适应的pH值范围为6.9-7.1，pH值过高或过低都会影响细胞的贴壁能力。解决方法是定期监测培养基的pH值，必要时进行调整。可以使用预调pH值的培养基，或者在培养基中添加适量的碳酸氢钠以维持pH值稳定。 培养瓶表面处理不当：培养瓶表面如果过于光滑或存在污染，会影响细胞的贴壁。解决方法是使用经过包被的培养瓶，如预先涂覆一层多聚赖氨酸、明胶或鼠尾胶原等物质，以增加表面粗糙度和细胞附着力。此外，确保培养瓶在使用前经过严格的消毒和灭菌处理，避免污染。 消化过度：在传代过程中，如果胰蛋白酶-EDTA消化时间过长或浓度过高，会导致细胞消化过度，从而影响细胞的贴壁能力。解决方法是严格控制消化时间和消化液浓度，建议在显微镜下密切观察细胞消化情况，一旦细胞变圆并开始脱落，立即终止消化。 接种密度不当：接种密度过低会导致细胞难以贴壁和生长，而密度过高则会导致细胞聚集和竞争营养。解决方法是根据细胞的生长状态和实验需求，合理调整接种密度。一般建议的接种密度为1×10^4-5×10^4个细胞/cm²。4.2 细胞污染预防 细胞污染是细胞培养过程中常见的问题，会导致细胞生长受阻甚至死亡。以下是一些预防细胞污染的策略： 严格无菌操作：在整个细胞培养过程中，必须严格遵守无菌操作规程。操作前，对所有器具和试剂进行严格的消毒和灭菌处理，如使用高压蒸汽灭菌、过滤除菌等方法。操作时应在生物安全柜内进行，避免快速移动和交谈，以减少空气流动和污染风险。 定期更换培养基：及时更换新鲜培养基可以有效清除培养基中的代谢废物和潜在污染物。通常每2-3天换液一次，换液时要轻柔操作，避免对细胞造成机械损伤。 使用抗生素：在培养基中添加适量的抗生素，如青霉素和链霉素，可以有效抑制细菌和真菌的生长，预防细胞污染。但需注意抗生素的使用浓度不宜过高，以免对细胞产生毒性作用。 定期监测细胞状态：定期观察细胞的生长情况和形态变化，及时发现异常现象。如果发现细胞出现污染迹象，如培养基变浑浊、细胞形态异常、生长缓慢等，应立即采取措施进行处理。可以使用显微镜观察细胞是否有微生物污染，必要时进行细菌、真菌和支原体检测。 培养箱和操作台面清洁：保持培养箱和操作台面的清洁，定期进行消毒处理。培养箱内的水盘要定期更换水，避免细菌滋生。操作台面在使用前后要用70%酒精擦拭消毒。5. 细胞冻存与复苏5.1 冻存步骤 HEK 293细胞的冻存是细胞培养过程中的重要环节，旨在长期保存细胞系，以便未来使用。以下是详细的冻存步骤： 细胞准备：选择处于对数生长期的健康细胞进行冻存，此时细胞生长旺盛，冻存后复苏成功率较高。当细胞融合率达到80%-90%时，进行传代培养，待细胞生长良好后，方可进行冻存操作。 消化收集细胞：使用0.25%的胰蛋白酶-EDTA溶液对细胞进行消化。将消化液加入培养瓶中，轻轻摇晃使消化液均匀覆盖细胞表面，然后将培养瓶放入37℃培养箱中消化2-3分钟。在显微镜下观察细胞消化情况，当细胞大部分变圆并开始脱落时，迅速拿回操作台，加入适量的完全培养基终止消化。轻轻吹打培养瓶，使细胞完全脱落并形成单细胞悬液。 离心收集细胞沉淀：将细胞悬液转移至离心管中，以1000rpm的转速离心5分钟，弃去上清液，收集下层细胞沉淀。离心时注意转速和时间的控制，避免对细胞造成损伤。 制备冻存液：冻存液的配制是关键步骤之一。常用的冻存液配方为70%的完全培养基+20%胎牛血清（FBS）+10%二甲基亚砜（DMSO）。DMSO是一种常用的细胞冻存保护剂，能够有效防止细胞内冰晶的形成，减少冻存过程中对细胞的损伤。配制时需注意DMSO的加入方式，应缓慢滴加，边滴边轻轻摇晃，以确保其均匀混合。 重悬细胞：向离心管中加入适量的冻存液，用枪头反复吹打重悬起细胞。取少量细胞悬液计数细胞浓度及冻前存活率，一般细胞浓度为2-5×10^6 cells/mL较适宜。重悬时动作要轻柔，避免产生气泡，确保细胞均匀分散在冻存液中。 分装冻存：将重悬好的细胞悬液分装到无菌的冻存管中，每管分装1-1.5 mL。分装时要避免气泡的产生，可采用边分装边轻轻摇晃的方式，使细胞悬液均匀分布。在冻存管上做好标记，注明细胞名称、冻存日期、细胞浓度等信息，以便于后续管理和使用。 程序降温：将冻存管放入程序降温仪中进行缓慢降温。降温程序一般为：先在4℃下放置30分钟，然后在-20℃下放置1小时，最后在-80℃下过夜。缓慢降温有助于细胞逐渐适应低温环境，减少冰晶的形成，提高细胞的存活率。 液氮保存：降温完成后，将冻存管从-80℃冰箱中取出，迅速放入液氮罐中长期保存。液氮温度极低，能够长期保持细胞的活性和稳定性。在液氮保存过程中，需定期检查液氮罐的液氮量，确保冻存管始终处于液氮环境中。5.2 复苏操作 细胞复苏是将冻存的细胞恢复到正常生长状态的过程，操作的正确与否直接影响细胞的复苏效果。以下是详细的复苏操作步骤： 准备工作：提前将水浴锅预热至37℃，并准备好无菌的离心管、培养皿、移液管等实验器具。同时，将完全培养基在37℃培养箱中预热，以备后续使用。 快速融化：从液氮罐中取出冻存管，迅速将其投入37℃水浴锅中，轻轻摇动，使冻存管内的细胞悬液快速融化。整个融化过程应在1-2分钟内完成，以避免细胞在融化过程中受到损伤。 稀释细胞：将融化的细胞悬液吸出，加入到含有预热完全培养基的离心管中，轻轻混匀。通常情况下，将1 mL的细胞悬液加入到9 mL的完全培养基中进行稀释，以降低DMSO的浓度，减轻其对细胞的毒性。 离心收集细胞：将稀释后的细胞悬液以1000rpm的转速离心5分钟，弃去上清液，收集细胞沉淀。离心时注意转速和时间的控制，避免对细胞造成损伤。 重悬接种：用适量的完全培养基重悬细胞沉淀，制成均匀的细胞悬液。将细胞悬液接种到预先准备好的培养皿中，轻轻摇晃使细胞均匀分布。接种密度一般为1×10^4-5×10^4个细胞/cm²，根据细胞的生长状态和实验需求进行调整。 培养观察：将接种好的培养皿放入37℃、5% CO2的培养箱中进行培养。在细胞复苏后的24小时内，尽量减少对培养皿的移动和观察，以免影响细胞的贴壁和生长。在随后的培养过程中，定期观察细胞的生长情况，及时更换新鲜培养基，通常每2-3天换液一次。 评估复苏效果：通过显微镜观察细胞的形态、生长状态和密度，评估细胞的复苏效果。健康的复苏细胞应贴壁生长良好，形态正常，无明显的污染迹象。若发现细胞生长异常或污染，需及时采取相应措施进行处理。6. 细胞培养优化技巧6.1 提高细胞活性 提高HEK 293细胞活性是确保实验成功和获得可靠结果的关键。以下是几种有效的方法：优化培养基成分 添加氨基酸和维生素：在培养基中添加非必需氨基酸和维生素，如谷氨酰胺、丙酮酸钠、维生素C和维生素E等，可以促进细胞生长和代谢，提高细胞活性。例如，谷氨酰胺是细胞生长的重要氮源，添加2 mM的L-谷氨酰胺可显著提高细胞活性。 使用胎牛血清替代品：胎牛血清（FBS）是培养基中常用的添加物，但其成分复杂且批次间差异较大。使用经过优化的胎牛血清替代品，如无血清培养基添加剂，可以提供更稳定的生长环境，提高细胞活性。改善培养条件 控制温度和CO2浓度：HEK 293细胞最适宜的生长温度为37℃，CO2浓度为5%。使用精确控制温度和CO2浓度的培养箱，可以维持稳定的培养环境，有利于细胞的生长和活性维持。 调节pH值：培养基的pH值对细胞活性有重要影响。使用缓冲体系，如HEPES缓冲液，可以维持培养基的pH值在6.9-7.1范围内，从而提高细胞活性。采用细胞保护剂 抗氧化剂：在培养基中添加抗氧化剂，如谷胱甘肽、维生素C和维生素E等，可以清除细胞内的活性氧（ROS），减少氧化应激对细胞的损伤，提高细胞活性。 细胞凋亡抑制剂：使用细胞凋亡抑制剂，如Z-VAD-FMK等，可以阻断细胞凋亡途径，减少细胞死亡，提高细胞活性。定期传代和细胞计数 定期传代：细胞在培养过程中会逐渐衰老，定期传代可以去除衰老和死亡的细胞，保持细胞群体的年轻和活力。一般建议每2-3天进行一次传代。 细胞计数：在传代和实验操作前，进行准确的细胞计数，以确保细胞密度适宜，避免细胞过度拥挤或稀疏，从而维持细胞的正常生长和活性。6.2 提升转染效率 转染效率的提升对于基因功能研究和蛋白表达等实验至关重要。以下是几种有效的方法：选择合适的转染方法 脂质体介导转染：使用脂质体介导的转染试剂，如Lipofectamine 2000或Lipofectamine 3000，可以高效地将核酸导入HEK 293细胞。这些试剂通过形成脂质体-核酸复合物，促进细胞内吞作用，提高转染效率。 电穿孔转染：电穿孔转染通过短暂的高电压脉冲在细胞膜上形成瞬时孔洞，使核酸更容易进入细胞。这种方法适用于较难转染的细胞类型，但对细胞有一定的损伤，需优化电穿孔参数。优化转染试剂和核酸的用量 调整转染试剂和核酸的比例：不同的细胞类型和实验需求可能需要不同的转染试剂和核酸用量。通过实验优化，找到最佳的转染试剂和核酸的比例，可以显著提高转染效率。例如，对于HEK 293细胞，常用的转染试剂和质粒DNA的比例为3:1。 核酸的纯度和质量：确保所使用的核酸纯度高、无污染，且具有良好的超螺旋结构。核酸的质量直接影响转染效率，使用高质量的核酸可以提高转染的成功率。优化细胞状态和密度 细胞状态：选择处于对数生长期的健康细胞进行转染，此时细胞生长旺盛，转染效率较高。避免使用处于静止期或衰老期的细胞。 细胞密度：在转染前，将细胞密度控制在50%-80%之间。过低的细胞密度可能导致转染效率低，而过高的细胞密度则可能影响细胞的生长和转染效果。使用细胞转染增强剂 转染增强剂：使用细胞转染增强剂，如聚乙烯亚胺（PEI）等，可以提高转染效率。这些增强剂通过与核酸结合，形成稳定的复合物，促进细胞内吞作用，增加核酸在细胞内的摄取。优化转染操作步骤 转染复合物的制备：在制备转染复合物时，需严格按照试剂说明书进行操作，确保核酸和转染试剂充分混合。混合后需静置一段时间，使复合物充分形成。 转染后培养条件的调整：转染后，适当调整培养条件，如降低培养基中的血清浓度或添加抗生素，可以提高转染效率和细胞的稳定性。 识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入 生物制品微信群！ 请注明：姓名+研究方向！ 版 权 声 明 本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。