谷氨酰胺与肿瘤.pdf

肿瘤2005年1月25日第25卷第1期Tumor Jan 2005 Vol 25 No 1 综 述 谷氨酰胺与肿瘤 徐仁应 3 万燕萍 关键词 谷氨酰胺 肿瘤 胃肠外营养 肠营养 中图分类号 R730 59 文献标识码 A 文章编号 100027431 2005 0120097203 作者单位 上海第二医科大学附属仁济医院临床营养科 上海 200001 3通讯作者 Tel 0212 6326093022227 E2mail xuRenying sina com 谷氨酰胺 glutamine Gln 是体内含量最丰富的非必需 氨基酸 约占体内总游离氨基酸的50 其血清浓度为0 6 0 9mmol L 应激状态下机体需额外补充Gln才能满足机 体需要 因此又常把Gln归为 条件必需氨基酸 对于肿瘤 患者应用Gln学术界仍存在争议 实验表明Gln可以促进 体外培养的肿瘤细胞增殖 但体内结果与此相矛盾 含Gln 的肠外或肠内营养支持均未明显促进荷瘤宿主肿瘤生长 反 而可以促进宿主正氮平衡 改善机体免疫 本文针对Gln与 肿瘤的关系做一概述 以期为进一步研究和应用Gln提供依 据 1 Gln在正常和荷瘤状态的代谢 1 1 Gln的生理功能 Gln代谢的关键酶是谷氨酰胺 合成酶 glutamine synthetase GS 和谷氨酰胺酶 glutami2 nase GA 前者是将谷氨酸和氨合成Gln 同时消耗能量 而 后者则将Gln分解成谷氨酸 Gln在体内具有多种生理功 能 包括 Gln是蛋白质 嘌呤 嘧啶生物分子合成的重要 前体物质 Gln是各器官之间氮的最为重要的载体 氨 与谷氨酸在Gln合成酶的作用下生成Gln 通过血液输送至 肝脏和肾脏 再经Gln酶的作用下分解成谷氨酸和氨 氨经 过尿素循环生成尿素或与氢离子结合生成氨盐 从尿液排 出 Gln是肝脏糖异生的重要底物 Gln是体内快速增 殖细胞如淋巴细胞 内皮细胞 肠粘膜上皮细胞和肿瘤细胞 等的重要能量来源 1克分子的Gln完全氧化可产生30克 分子的ATP Gln是蛋白质代谢的调节因子 促进组织蛋 白质合成 减少骨骼肌蛋白质分解 促进谷胱甘肽 gluta2 thione GSH 合成 1 2 正常状态Gln的代谢 骨骼肌内的Gln合成酶 的活性最高 是Gln的主要合成与储存场所 吸收后 骨骼 肌内储存的Gln将逐步释放入血循环供人体利用 肺也可 利用谷氨酸和氨合成Gln 但同骨骼肌相比 其合成量少且 肺泡上皮细胞本身亦需要消耗Gln 肠道和免疫细胞则是 消耗Gln的重要器官 淋巴细胞和巨噬细胞受到抗原刺激 后增殖 肠粘膜结构的更新与维持均需要大量的Gln 肝脏 在Gln代谢中扮演双重角色 既可以通过转氨基作用生成 Gln 其本身也需消耗大量的Gln Gln在上述器官之间的流 动可使血清Gln维持在正常范围 1 3 荷瘤状态Gln的代谢 肿瘤细胞同其肿瘤来源的 正常细胞相比具有的重要特征之一就是摄取和利用大量的 Gln 王 亮等检测了12例胃癌病人肿瘤组织20种游离氨 基酸含量 结果表明胃癌组织游离Gln浓度较正常胃粘膜明 显增高 且与肿瘤体积呈正相关 对急性淋巴细胞白血病患 者的血清氨基酸谱进行分析也显示肿瘤患者血浆Gln水平 较正常人明显降低 表明肿瘤细胞生长特别需要Gln 1 2 在相同条件下 肿瘤细胞摄取和转运Gln的速度较正常细胞 明显增加 肿瘤细胞GA活性也明显升高 这些均为肿瘤 细胞利用Gln创造了有利条件 Gln急性缺乏时 肿瘤细胞 可增加Gln合成酶的稳定性从而增加细胞内GS蛋白水平 促进Gln合成 慢性缺乏时 肿瘤细胞GS基因表达增加 表 现为GS蛋白和mRNA水平增高 Gln合成增加 无论何种 情况 肿瘤细胞均能通过不同途径调节Gln合成 促进自身 生长与繁殖 3 4 肿瘤可改变荷瘤宿主Gln代谢 肿瘤细胞摄取和利用 大量的Gln后 血清Gln浓度降低 机体对此作出的第一反 应是设法维持血液中的Gln浓度 如骨骼肌加速释放Gln 肝 脏和肾脏GS GA比例适应性升高 肝脏对Gln由净摄取变 为净释放 肠道利用Gln减少 这些改变使体内的Gln浓度 在短期内维持在正常水平 随着肿瘤不断生长 Gln最终被 耗竭 血清Gln水平将逐步降低 而肠粘膜上皮细胞和免疫 细胞由于得不到充足的Gln 细胞内Gln酶活性明显下降 最 终导致肠粘膜屏障和免疫功能减退 5 2 Gln对肿瘤细胞的不同作用 Eagle H早在1935年就发现如果在体外培养的HeLa细 胞培养基中添加Gln 则可明显促进Hela细胞生长与增殖 Gln浓度为1mmol L时 促进作用最明显 未添加Gln的 HeLa细胞增殖速率明显延缓 且最终导致死亡 Wasa 6 对 6种不同的人实体瘤细胞株进行研究发现 尽管不同的肿瘤 细胞对Gln的依赖程度有所不同 但所有6种肿瘤细胞的生 长繁殖均需要Gln 肿瘤细胞为何需要摄取大量的Gln 目 前尚不清楚 可能的机制有 1 氧化供能 2 促进肿瘤细 胞内DNA和蛋白质合成 进而促进细胞增殖 3 调节肿瘤 细胞内基因表达 5 7 79 肿瘤2005年1月25日第25卷第1期Tumor Jan 2005 Vol 25 No 1 令人奇怪的是 虽然体外实验表明Gln可能促进肿瘤细 胞生长 但体内实验得出的结论却与此相反 含Gln的营养 支持并未明显促进肿瘤生长 Austgen等 8 给予荷瘤大鼠富 含Gln Gln占总氮源的20 的TPN和等氮 等热量的常规 TPN 不含Gln 持续 5天 结果发现与提供常规TPN的大鼠 相比 富含Gln的TPN明显升高大鼠动脉血Gln水平 维持 大鼠肌肉Gln含量 肿瘤重量 肿瘤组织内DNA含量和Gln 酶活性以及G1 S G2 M期细胞数量比较两组无明显差异 接受富含Gln的TPN组支持大鼠肠道GSH含量较常规TPN 组大鼠明显升高 Yoshida等 9 亦通过动物实验证实富含 Gln的TPN可以明显升高血浆和骨骼肌Gln水平 降低肿瘤 造成的机体高分解状态 促进蛋白质合成和正氮平衡 Erickson等 10 给予小鼠肿瘤模型口服富含 Gln Gln含量为 4 的肠内营养 对照组则给予等氮 等热量的常规肠内营 养 Gln 含量为0 5 结论与上述实验类似 富含Gln的肠 内营养亦未明显促进肿瘤细胞生长 虽然富含Gln的肠内 营养组大鼠体重与对照组相比无明显差异 但有增高的趋 势 Gln在体内和体外作用效果不同 其可能作用机制有 体内Gln浓度较低 0 6 0 9mmol L 而体外培养的Gln 浓度较高 2 4mmol L 体内外Gln浓度差异可能是Gln 对肿瘤细胞作用不同的原因之一 6 给予荷瘤宿主提供 富含Gln的营养支持 可以改善荷瘤宿主免疫功能 虽然 Gln促进了肿瘤生长 但由于机体免疫力增强而代偿了Gln 促肿瘤生长的副作用 Gln对自然杀伤 nature killer NK 细 胞活性 淋巴细胞有丝分裂 T淋巴细胞 T辅助细胞等特异 性及非特异性免疫功能均有明显的促进作用 9 11 12 3 Gln与肿瘤治疗 3 1 谷氨酰胺与肿瘤放化疗 放疗和化疗是肿瘤治疗 的重要手段 但其诸多副作用直接影响肿瘤患者对治疗的耐 受性和治疗效果 提供Gln可以明显减轻上述并发症的发 生率和严重程度 Gln不仅可以改善肿瘤患者肠道功能 还 有助于改善患者分解状态 促进机体氮潴留和蛋白质合成 提高患者对放化疗的耐受性 为放化疗创造有利条件 且不 影响放化疗对肿瘤细胞的杀伤 化疗前5天经口摄入18g kg的Gln 持续15天 可明显改善52FU和叶酸联合化疗引 起的结肠癌患者肠道通透性 intestinal permeability IP 肠 道吸收功能 intestinal absorption I A 增加 患者腹泻的发生 率和严重程度也明显降低 13 Klimberg等观察预防性 Gln 支持对可使接受放射性治疗的荷瘤大鼠体重增加 空肠粘膜 重量 绒毛数量和高度以及隐窝内细胞有丝分裂明显增加 粘膜溃疡发生率下降 14 Yoshida等将 13例接受联合放化 疗的食管癌患者随机分为实验组和对照组 实验组口服 30g d的Gln 持续28天 Gln明显减轻放化疗的副作用 患 者血清Gln水平升高 肠道通透性降低 15 由于Gln溶液极易分解 目前已有Gln双肽 主要是丙 氨酰Gln和甘氨酰 Gln 出现 但由于价格昂贵 限制了Gln 的应用 经肠内途径提供Gln 可绕过吸收 转运过程而直 接被肠道粘膜细胞利用 因而更有利于减轻放化疗引起的粘 膜炎症的发生率和严重程度 但其效果还存在争议 Bozzetti 等给予进行化疗的乳腺癌患者口服30g d的Gln 结果发 现 与给予麦芽糖糊精的对照组相比 腹泻的发生率和严重 程度无明显差异 Gardner等则认为肠道通透性的改善主要 得益于肠内营养的应用 而不是提供Gln 16 17 虽然大量研究表明Gln可以减轻放化疗引起的肠粘膜 屏障功能损伤 但其详细作用机制目前尚不清楚 较为统一 的观点认为Gln是肠粘膜细胞的 呼吸燃料 respiratory fuel 促进细胞内蛋白质和核酸合成 进而促进肠粘膜细胞 增殖与更新 其次Gln促进肠粘膜细胞GSH合成 减轻自 由基对肠粘膜损伤 也有学者提出Gln可以直接或间接影 响肠道上皮细胞内介质 如cAMP和Ca 2 增强细胞间紧密 连接 改变肠粘膜对物质的通透性 促进物质在肠道内的吸 收 因而减轻了腹泻等并发症的发生 也有学者认为Gln诱 导热休克蛋白 heat shock protein HSP 表达升高 增强粘膜 细胞修复能力 抑制细胞凋亡也是Gln改善肠道功能的可能 机制之一 18 19 Gln不仅可维护肠粘膜屏障完整性 还可加强化疗药物 对肿瘤细胞的杀伤作用 经口给予1g kg d 的Gln可明 显升高荷瘤大鼠肿瘤组织和血浆甲氨蝶呤 methotrexate MTX 水平 肿瘤组织 Gln酶活性明显降低 肿瘤体积也明显 缩小 大鼠生存率明显提高 Gln可与MTX生成聚谷氨酸 2 甲氨蝶呤 polyglutamate methotrexate 促使肿瘤组织摄取 MTX 也有学者认为Gln与化疗药物之间的协同作用可能 与Gln促进细胞增殖 增殖期细胞增多 从而增强细胞周期 特异性化疗药物的作用 从而抑制了肿瘤生长 20 22 3 2 与Gln有关的抗肿瘤治疗 由于Gln可能促进肿 瘤生长 有学者提出应用Gln酶或Gln类似物降低肿瘤组织 内Gln含量或抑制肿瘤组织利用Gln 达到治疗肿瘤的目的 但两者在抑制肿瘤利用Gln的同时 也抑制机体正常组织利 用Gln 产生腹泻 肠粘膜萎缩 粘膜溃疡甚至肠坏死等严重 并发症 Gln酶或Gln类似物对人体肿瘤的治疗效果和毒性 作用尚有待进一步研究 综上所述 Gln与肿瘤生长 治疗等多方面关系密切 如何正确 合理评价Gln对肿瘤的作用 仍有待于进一步探 讨和研究 参 考 文 献 1 王 亮 李保义 李庆瑞 胃癌组织氨基酸与肿瘤体积相关性 研究 J 肠外与肠内营养 2000 7 1 41244 2 蒋 滢 黄美英 戴 英 等 癌肿与氨基酸代谢的研究 J 氨基酸和生物资源 2001 23 2 51254 3 Fischer CP Bode BP HurleyBP et al Alterations in oxidative metabolis m and glutamine transport support glucose production in the tumor2influnced hepatocyte J J Surg Res 1997 69 2 3792384 4 Collins CL WasaM SoubaWW et al Regulation of glutamine synthetase in human breast carcinoma cells and experimental 89 肿瘤2005年1月25日第25卷第1期Tumor Jan 2005 Vol 25 No 1 tumors J Surgery 1997 122 2 4512401 5 Medina MA Glutamine and cancer J J Nutr 2001 131 9 suppl 2539s2 6 WasaM Bode BP Abcouwer SF et al Glutamine as a regula2 tor of DNA and protein biosynthesis in human solid tumor cell lines J Ann Surg 1996 224 2 1892197 7 GuppyM Leedman P Zu XL et al Contribution by diffe rent fuels andmetabolic pathways to the totalATP turnoverof prolifer2 ating MCF27breast cancer cells J Biochem J 2002 364 pt 1 3092315 8 Austgen TR Dudrick PS Sitren H et al The effcts of gluta2 mine2enriched total parenteral nutrition on tumor growth and host tissues J Ann Surg 1992 215 2 1072 9 Yoshida S Kaibara A Ishibashi N et al Glutamine supple2 mentation in cancer patients J Nutrition 2001 17 9 7662 768 10 Erickson R Ross D Medina J et al Effects of glutamine on head and neck squamous cell carcinoma J Otolaryngol Head Neck Surg 1999 121 4 3482354 11 KlimbergVS Kornbluth J Cao YH et al Glutamine suppres2 ses PGE2synthesis and breast cancer growth J J Surg Res 1996 63 1 2932397 12 刘珊林 施冬云 潘喜华 等 抗氧化干预对肝癌细胞增殖及 N2ras基因表达的作用 J 生物化学与生物物理学报 2001 33 4 4632466 13 Daniele B Perrone F Gallo C et al Oral glutamine in the pre2 vention of fluorouracil induced intestinal toxicity a double blind placebo controlled randomised trial J Gut 2001 48 1 28233 14 KlimbergVS SoubaWW Dolson DJ et al Prophylactic gluta2 mine protects the intestinal mucosa from radiation injury J Cancer 1990 66 1 62268 15 Yoshida S Matsui M Shirouzu Y et al Effect of glutamine supplements and radiochemotherapy on systemic immune and gut barrier function in patientswith advanced esophageal cancer J Ann Surg 1998 227 4 4852491 16 Bozzetti F BiganzoliL GavazziC et al Glutamine supplemen2 tation in cancer patients receiving chemotherapy a double2blind randomized study J Nutrition 1997 13 728 7482751 17 GardnerML Earl S Wood D Elemental diets in the repair of s mall intestinal damage J Nutrion 1997 3 728 7552759 18 屠伟峰 黎介寿 谷氨酰胺的临床应用和评估 J 肠外与肠 内营养 1998 5 1 55257 19 Chow A Zhang RP Glutamine reduces heat shock2induced cell death in rat intestinal epithelial cells J J Nutr 1998 128 8 129621301 20 Klimberg VS Pappas AA Nwokedi E et al Effect of supple2 mental dietary glutamine on methotrexate concertrations in tumors J Arch Surg 1992 127 11 131721320 21 Rubio IT Cao YH Hutchins LF et al Effect of glutamine on methotrexate efficacy and toxicity J Ann Surg 1998 227 5 7722780 22 Rouse K Nwokedi E Woodliff J et al Glutamine enhances se2 lectivity of chemotherapy through changes in glutathione metabo2 lism J Ann Surg 1995 221 4 4202426 收稿日期 2003208201 修回日期 2003212202 作者简介 徐仁应 男 硕士 住院医师 本文编辑 严勤华 上接第96页 9 曹漫明 汪森明 自体造血干细胞移植物的免疫净化 J 国 外医学内科学分册 1999 26 10212 10 Vallera DA Seo S Y PanoskaltsisMA et al Targetingmyeloid leukemia with a DT sub 390 2mI L23fusion immunotoxin ex vi2 vo and in vivo studies in mice J Protein Eng 1999 12 9 7792785 11 SenchenkovA Han T Y Wang H et al Enhanced ceramide generation and induction of apoptosis in human leukemia cells ex2 posed to DT 388 2granulocyte2macrophage colony2stimulating factor G M2CSF a truncated diphtheria toxin fused to human G M2CSF J Blood 2001 98 6 192721934 12 Ca