文章作者：纪濛濛 赵维莅
伯基特淋巴瘤中发现的特征性染色体易位及其导致的MYC突变标志着新的人类癌基因研究的开端。MYC基因在70%的肿瘤中存在过表达或突变，是最常见的高度扩增的癌基因之一。
MYC高表达与前列腺肿瘤和三阴乳腺癌的侵袭性相关，MYC突变在多发性骨髓瘤（MM）中发生率也很高。Notch 信号通路通过调节其下游MYC的表达引起T 细胞淋巴瘤/白血病的发生。
MYC基因过表达产生过多的MYC转录因子，通过转录调节激活下游癌基因的表达，调控葡萄糖转运、糖酵解、谷氨酰胺合成和脂肪酸合成等主要生理过程，引起营养摄取增多和生物能量累积。
另外，MYC还可激活涉及线粒体和核糖体生物合成和功能的基因。更重要的是，这些MYC与肿瘤发生间的内在联系也提供了一系列新的治疗切入点，比如靶向MYC治疗肿瘤和通过抑制代谢通路治疗肿瘤等。
本文我们针对肿瘤代谢的特点、MYC的上下游通路、MYC通过影响代谢促进肿瘤的发生及相应肿瘤治疗对策等方面的研究进展进行综述。
一、肿瘤代谢的特点
1. 肿瘤细胞特殊的代谢方式：
瓦伯格效应，即细胞在有氧情况下优先通过糖酵解的方式供能，是肿瘤代谢中特有的现象。在糖酵解中，一分子葡萄糖氧化产生两分子丙酮酸和两个三磷酸腺苷（ATP），丙酮酸又可以代谢为乳酸。
关于肿瘤细胞为何优先选择糖酵解的方式供能有一定的争议。早期的研究认为肿瘤细胞的线粒体功能缺陷导致氧化磷酸化产能减少，有氧糖酵解作为一种适应性的反应参与了肿瘤细胞功能的维持。
然而，之后的研究发现肿瘤细胞中线粒体缺陷较少发生，许多肿瘤细胞的氧化磷酸化功能也是正常的。另有观点认为，糖酵解产生ATP的效率较氧化磷酸化快，当葡萄糖充足时肿瘤细胞优先选择糖酵解供能。
也有学者提出，肿瘤细胞新生血管系统不完善，糖酵解为肿瘤细胞提供ATP 以适应缺氧环境。糖酵解产生乳酸过多最终使肿瘤细胞形成酸性微环境，这种微环境会引起糖酵解表型的表达。
最近的观点认为，正常分化的细胞通过线粒体氧化磷酸化产能，而增殖细胞和肿瘤细胞则优先通过效率较低的产能方式即有氧糖酵解产能，这种有氧糖酵解可以产生细胞分裂所需的核酸、氨基酸和脂质，但由于其产生ATP的效率远小于正常细胞氧化磷酸化供能的效率，所以肿瘤细胞需要摄取更多的葡萄糖以满足其增殖、生物合成及氧化还原反应所需的能量。
2. 肿瘤代谢相关的分子机制：
原癌基因的激活和抑癌基因的失活诱导了有氧糖酵解，导致肿瘤细胞代谢途径改变。MYC是首先被发现的与调节有氧糖酵解有关的基因，它可以直接激活乳酸脱氢酶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酰胺代谢的基因。
突变的Ras 通过增加MYC 和缺氧诱导因子-1（HIF-1），引起糖酵解的增加。在有氧条件下，磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）通路激活，可引起下游HIF-1 增加，在肾脏肿瘤中抑癌基因VHL的缺失可以稳定HIF-1，激活糖酵解基因。
异柠檬酸脱氢酶（IDH）1 和IDH2 基因在继发性恶性胶质瘤和急性髓系白血病中有很高的发生率。IDH1突变会引起α-酮戊二酸的减少，激活HIF-1。
IDH 改变还可催化α-酮戊二酸转变为2-羟基戊二酸，后者抑制包括tet甲基胞嘧啶双加氧酶在内的α-酮戊二酸依赖的双加氧酶。2-羟基戊二酸还可以通过调节Jumonji 域蛋白2A 影响组蛋白甲基化，引起肿瘤发生。
许多细胞过程高度依赖代谢产物，所以代谢改变对于肿瘤细胞具有重要影响。蛋白质的转录后修饰，尤其是组蛋白的乙酰化需要乙酰辅酶A的参与，依赖NAD+的去乙酰化酶sirtuins 是重要的调节能量代谢的因子，乙酰辅酶A和NAD+的减少会影响多种基因表达。
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位于多种配体膜受体复合物的下游，与多种信号通路相交叉，MYC不仅受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，缓解进行转录的MYC基因对DNA的扭转压力。
TCF 是在Wnt 信号通路下游引起MYC基因突变的转录因子，抑癌基因APC的缺失引起TCF 和共因子β-连环蛋白的核定位，引起MYC基因突变。
基因表达谱研究明确了MYC基因邻近位点的多态性与多种癌症有关。这种多态性位于与TCF结合和DNA成环有关的增强子上，这种TCF结合和DNA成环连接了增强子和MYC邻近的启动子，引起MYC高表达。
最近的研究发现包含转录调节因子BRD4 的BET bromodomain 可与MYC基因启动子区相结合，并且在多种人类肿瘤细胞MYC的表达中起重要作用。除此之外，let-7、miR-34、miR-145 等一系列micro RNA可调节MYC基因的转录。
HuR通过募集let-7 至MYC 3′端非翻译区（UTR），miR-34a 通过与MYC基因3′端UTR结合抑制MYC蛋白表达。
2. MYC蛋白的作用：
E-box 是一种DNA序列，通常位于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′-CACGTG-3′的E-box 结构，在非增殖细胞中，核呼吸因子1，维持碳水化合物代谢的碳水化合物反应元件结合蛋白，维持胆固醇和脂肪酸合成的固醇反应元件结合蛋白，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，但是当细胞受刺激增殖后，MYC 蛋白水平增高，占据与这些E-box 相结合的位点，从而引起调节代谢、核糖体合成和细胞能量积聚的基因的表达，进而刺激细胞生长和增殖。
所以，细胞由非增殖状态向增殖状态的转变可以被认为是与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。
伯基特淋巴瘤细胞株中发现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。运用染色体免疫共沉淀方法对人类B细胞株中MYC蛋白结合位点进行的基因表达谱研究发现高达6 000 个基因可被MYC结合，大部分的MYC结合位点位于邻近启动子的区域，另外有相当一部分的MYC蛋白结合位点位于基因内，大约10%位于距离启动子大于100 kb 的基因间区域。
只有700 个在被MYC激活后会引起mRNA水平的改变，提示MYC引起目的基因改变的过程还需要其他因子的作用。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现，在干细胞分化过程中表达改变的基因往往是被多种转录因子所结合的位点。
成纤维细胞中发现大约300 个MYC 依赖血清反应（MDSR）基因，这些基因占MYC结合目的基因的6%，并且包含了22%的启动子区域。大部分的MDSR基因与核苷酸代谢、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、核糖体蛋白产生、正常细胞生长需要的生物能量合成有关。尤其是当核糖体合成受到干扰时，许多MYC 调节基因编码涉及ARF和p53检查点蛋白的核糖体蛋白。
在4 个人类肿瘤细胞系和胚胎干细胞中，通常有50 个基因的MYC核心签名（MCS），通过对包括312 个细胞和组织类型的8 129 个微阵列样本的研究发现，这些MCS与细胞或者组织类型无关。
对MCS功能的研究显示很多基因也是与核糖体生物能量合成有关的，这也标志了MYC在生物能量积累方面的重要作用。尽管MCS定义了一系列与细胞组织类型无关的MYC目的基因，新的MYC靶向基因仍然不断被发现。
MYC 可直接调节涉及细胞周期调控的基因CDK4［45］，另外还可通过调节涉及糖酵解、谷氨酰胺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合成和细胞分裂做准备。
MYC还可与其他转录因子如E2F等一起，引起穿越细胞周期进程所需的目的基因的序贯表达。缺氧时，正常MYC表达可被HIF-1 所抑制，失控表达的MYC可与HIF-1 一起，引起肿瘤增殖所需的糖酵解基因的表达，MYC的这种与HIF-1 相协调的能力，与在缺氧的肿瘤微环境中肿瘤细胞是否能够存活并且增殖有关。
这种观点也提示了正常细胞增殖也可能被这些MYC调控的基因所调节，只不过这种正常的调节与肿瘤相关异常MYC的调节是不同的。MYC蛋白在15~20 min 的半衰期中进行转录后修饰，泛素化，最后降解。
MYC蛋白第62 位的丝氨酸磷酸化、随后发生的第58 位苏氨酸磷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 位丝氨酸及第58 位苏氨酸的MYC基因突变在伯基特淋巴瘤中十分常见，与稳定的蛋白突变相关联，在小鼠体内研究中发现第58 位苏氨酸突变为丙氨酸，引起乳腺癌的发生，第62 位丝氨酸突变为丙氨酸，则会减少乳腺癌的发生。
三、从代谢角度认识MYC对肿瘤的影响
1. MYC调控糖酵解和谷氨酰胺代谢：
MYC作为一种转录因子直接刺激了LDHA基因的增加，这为原癌基因和涉及生物能量的基因间提供了联系。后来的研究证明MYC对于激活细胞增殖中的糖酵解和谷氨酰胺途径具有非常重要的作用。
MYC 可通过与E-box 结合激活所有刺激糖酵解的基因，MYC还增加剪接子多聚嘧啶序列结合蛋白、核不均一性核糖体蛋白A1（hnRNPA1）和hnRNPA2 的表达引起增殖细胞中特有的丙酮酸激酶M2（PKM2）增加，这种PKM在正常细胞中是以PKM1的形式存在的。增殖细胞中，PKM2减慢磷酸烯醇式丙酮酸向丙酮酸转变的速度，使糖酵解的中间产物用以生物合成。
MYC激活刺激谷氨酰胺代谢的基因，在伯基特淋巴瘤P493-6细胞株MYC可以引起线粒体谷氨酰胺酶增加，谷氨酰胺酶催化谷氨酰胺转变为谷氨酸，谷氨酸可用于三羧酸循环、蛋白和谷胱甘肽合成。MYC还可激活涉及谷氨酰胺转运的基因如中性氨基酸转运体基因。
2. MYC 调控核糖体代谢和线粒体功能：
MYC 可激活RNA聚合酶Ⅰ和Ⅲ介导的rRNA表达所必须的基因。值得注意的是，MYC能够激活被抑癌基因p53 抑制的importin7的表达，进而调节核糖体蛋白的转运以保持核糖体机器的完整性，这提示细胞MYC和p53 在调控核糖体生物合成中的作用是相反的。
事实上，Mdm2通过结合过表达的核糖体蛋白（RP）L11 和RPL5引起p53 增加。去除这种结合作用的MYC基因突变会减弱p53 对核糖体生物合成的抑制作用，促进淋巴瘤生成，提示肿瘤中过表达MYC会通过核糖体生物合成的不平衡促进应激。
减少RPL24 的表达可以减少MYC诱导的淋巴瘤发生，提示MYC诱导核糖体生成的作用对于肿瘤的发生十分重要。MYC激活促进线粒体合成的基因，如PGC-1β基因。
利用siRNA技术干扰PGC-1β基因表达，MYC增加线粒体合成的功能减弱。转铁蛋白受体基因（TFRC）也是MYC调控的靶基因，由于线粒体的组成部分含有铁，所以TFRC 基因改变可引起线粒体改变。MYC过表达增加其靶基因p32的表达，促进线粒体蛋白合成。
3. MYC调控核苷酸代谢和细胞周期：
MYC可刺激影响核苷酸代谢的基因的表达，MYC促进核苷酸代谢的重要原料丝氨酸和甘氨酸的合成。催化3-磷酸甘油酸酯向3-磷酸丙酮酸转变的磷酸甘油酸脱氢酶和催化3-磷酸丙酮酸转变为磷酸丝氨酸的酶都可被MYC激活。
催化丝氨酸向赖氨酸转变的丝氨酸羟甲基转移酶2 基因也是MYC靶基因。这些结果提示核苷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 家族相互作用，促使增殖细胞进入为DNA复制做准备的S 期。
作为一个多效转录因子，MYC 还直接刺激细胞周期调节基因和那些直接涉及DNA复制的细胞周期素依赖蛋白激酶4、CDK6和微小染色体维持蛋白基因。
MYC还调节涉及G2 期和有丝分裂的基因，允许细胞复制，持续抑制涉及细胞生长停滞和细胞黏附的基因。在乳腺癌细胞和大鼠乳腺癌模型中，对PI3K信号通路抑制的抵抗与MYC过表达有关，提示MYC是绕过PI3K 通路下游信号起作用的。
MYC还可以激活涉及蛋白合成的真核起始因子4E，后者也在PI3K 抑制抵抗的人类乳腺癌细胞中扩增。
四、MYC从代谢角度靶向治疗肿瘤
新的MYC 靶向治疗策略包括抑制MYC 表达，干扰MYC-Max二聚化，抑制MYC-Max 与DNA结合和干扰重要的MYC调控基因。Bromodomain 是一进化上高度保守约110 个氨基酸的蛋白质功能结构域，可特异性识别组蛋白末端乙酰化的赖氨酸位点，通过染色质的组装和乙酰化参与基因转录调控。
Bromodamain 抑制剂是一种有效的调控多种肿瘤类型中MYC表达的因子，可以减少MM细胞MYC表达，促进肿瘤细胞死亡。一系列MYC易位的伯基特淋巴瘤细胞系也对Bromodamain 抑制剂敏感，提示抑制MYC表达是治疗肿瘤的有效途径。
直接阻断MYC-Max二聚化从而抑制MYC的作用也是一种很有前景的治疗方法，相关抑制剂已在体外试验中证明在微摩尔数量级的浓度内有效，但仍缺乏有效的体内实验证据。
了解肿瘤的代谢特点为靶向代谢通路治疗肿瘤奠定了基础，进行有氧糖酵解或者葡萄糖依赖的肿瘤对影响肿瘤血供和葡萄糖转运的药物比较敏感，三羧酸循环或者谷氨酰胺依赖的呼吸受损引起的肿瘤对干扰谷氨酰胺代谢的药物敏感，线粒体功能受损的肿瘤则对干扰脂肪酸合成的药物敏感。
MYC靶向的影响代谢的基因如编码鸟氨酸脱羧酶的ODC、编码乳酸脱氢酶A 的LDHA 和编码谷氨酰胺酶的GLS，可被shRNA或者小分子药物在体内抑制。
靶向代谢通路治疗肿瘤利用了肿瘤细胞对一些特殊酶的依赖性，有着不同基因断裂的肿瘤更易对改变代谢通路的药物产生反应。
目前，代谢和分子成像技术如PET的应用使得非侵袭性地检测代谢标志成为可能，18F-脱氧葡萄糖-PET可以用来定量检测葡萄糖代谢率，使临床可以通过代谢指标监测肿瘤的发生和发展并评估抗代谢治疗肿瘤的疗效。
五、展望
MYC通过影响调控糖酵解、谷氨酰胺合成、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，激活原癌基因并抑制抑癌基因，调控细胞增殖。
正常细胞生长是受严格的信号通路调控和反馈循环调节的，当营养减少或者代谢通路中的重要酶受到损害时细胞凋亡，正常细胞会激活减少MYC表达的调节通路，使细胞停留在G1期，而MYC过表达的细胞则不受这种调控的控制，通过核糖体生物合成给予细胞持续的营养供给。
该模式使MYC高表达的细胞对营养更加敏感。针对这些特点，可以对肿瘤进行进一步的靶向治疗研究。合成针对代谢通路的抑制剂治疗肿瘤具有广阔的发展前景。
来源：中华血液学杂志2014年5月第35卷第5期