综述：前列腺癌中铵代谢重编程及其在肿瘤微环境中的免疫调节作用

《Frontiers in Oncology》：Ammonium metabolism rewiring in the prostate cancer microenvironment: Mechanisms and clinical prospects

本综述系统阐述了前列腺癌（PCa）中铵代谢重编程的分子机制及其在肿瘤微环境（TME）中的免疫调节作用。文章聚焦于谷氨酰胺（Gln）代谢关键酶（如GLS、ASNS）和转运体（如SLC家族），揭示了其通过调控三羧酸（TCA）循环、活性氧（ROS）平衡和mTORC1信号通路促进肿瘤增殖及免疫抑制的机制。特别探讨了铵离子（NH4+）积累导致的TME酸化如何通过破坏自然杀伤（NK）细胞穿孔素成熟、抑制T细胞功能及诱导调节性T细胞（Treg）分化来驱动免疫逃逸。最后展望了靶向铵代谢（如CB-839、DRP-104）联合免疫检查点阻断（ICB）或内分泌治疗（ADT）等策略在去势抵抗性前列腺癌（CRPC）治疗中的前景。

　　

引言：前列腺癌的代谢特征与临床挑战

前列腺癌（PCa）是全球男性常见的恶性肿瘤，其发生发展与独特的代谢特征密切相关。正常前列腺上皮细胞以锌积累和高水平 citrate 为特征，主要通过脂肪酸氧化（FAO）供能。然而，在PCa癌变过程中，细胞发生显著的代谢重编程，转向有氧糖酵解（Warburg效应）和谷氨酰胺（Gln）成瘾，以满足其快速增殖的生物能量和生物合成需求。尤其值得关注的是，铵（NH₃/NH₄⁺）作为氨基酸代谢的核心副产物，其代谢重编程在PCa进展、治疗抵抗和免疫微环境重塑中扮演着关键角色。深入理解PCa中铵代谢的调控网络，对于开发新的诊断标志物和克服去势抵抗性前列腺癌（CRPC）的治疗瓶颈具有重要意义。

铵代谢的基本概念与前列腺生理

铵代谢是细胞处理含氮化合物（尤其是氨基酸）代谢产生的氨（NH₃）和铵离子（NH₄⁺）的核心过程。正常前列腺表现出独特的代谢表型，其特征是高水平锌积累，后者抑制线粒体乌头酸酶，导致三羧酸（TCA）循环中断和 citrate 大量分泌。这种代谢模式使得正常前列腺细胞主要依赖脂肪酸氧化（FAO）供能。

然而，在PCa发生过程中，细胞内锌水平下降，解除了对TCA循环的抑制，细胞代谢转向更具侵略性的表型。癌细胞的快速增殖需要大量的氮源用于合成核苷酸、非必需氨基酸（NEAAs）和脂质。为此，PCa细胞高度依赖外部摄取和内部合成的谷氨酰胺（Gln）。Gln不仅是蛋白质合成的底物，其分解代谢（谷氨酰胺分解）更成为氮的主要来源。Gln在谷氨酰胺酶（GLS，主要是GAC亚型）作用下生成谷氨酸（Glu），后者进一步通过谷氨酸脱氢酶（GLUD）或转氨作用转化为α-酮戊二酸（α-KG），回补TCA循环。这一过程伴随着铵的释放。此外，天冬酰胺合成酶（ASNS）利用Gln提供的氨基合成天冬酰胺（Asn），对维持癌细胞存活至关重要。因此，铵代谢重编程，特别是围绕Gln代谢的调控，成为PCa代谢研究的焦点。

前列腺癌中铵代谢重编程的关键机制

PCa细胞通过多种机制实现铵代谢重编程，以满足其生长需求并适应肿瘤微环境（TME）的压力。

关键代谢酶的表达失调

多种铵代谢相关酶的表达在PCa中发生显著改变。谷氨酰胺酶（GLS）的表达受癌基因c-MYC和缺氧诱导因子（HIF）的调控，在PCa中常常上调，驱动谷氨酰胺分解。研究显示，GLS抑制剂CB-839可有效抑制PCa细胞增殖。天冬酰胺合成酶（ASNS）在多种癌症中高表达，尤其在TP53突变的CRPC中，其表达受转录因子ATF4调控，与肿瘤的耐药性相关。抑制ASNS可增强PCa细胞对天冬酰胺酶（ASNase）的敏感性。尿素循环酶，如氨甲酰磷酸合成酶I（CPS1），在部分PCa中表达发生改变，可能参与处理过量铵和提供嘧啶合成前体。谷氨酰胺合成酶（GLUL）在部分PCa中表达升高，有助于铵的固定和Gln的再合成。

溶质载体（SLC）转运蛋白家族的作用

SLC转运蛋白负责营养物质的跨膜运输，是铵代谢重编程的关键环节。SLC1A5（也称ASCT2）是主要的Gln转运蛋白，其表达受雄激素受体（AR）信号调控，在PCa中常高表达。SLC7A5（LAT1）与SLC3A2组成异二聚体，负责亮氨酸（Leu）等大分子中性氨基酸的转运，其活性对 mTORC1 信号的激活至关重要。SLC7A11是胱氨酸/谷氨酸逆向转运体系统Xc-的组成部分，影响谷胱甘肽（GSH）合成和细胞抗氧化能力。这些转运体的异常表达共同维持了PCa细胞对氨基酸的高摄取率。

信号通路的调控

多条关键信号通路参与调控PCa的铵代谢。mTORC1信号通路是细胞感受营养状态的核心，其活化促进蛋白质合成和代谢重编程。c-MYC作为重要的癌基因，可直接转录激活多个铵代谢相关基因（如GLS）。AR信号除了经典功能外，也能调控多种氨基酸转运体和代谢酶的表达，将雄激素信号与代谢网络紧密连接。在CRPC中，即使雄激素水平低下，这些代谢重编程特征依然存在甚至增强，成为治疗抵抗的基础。

肿瘤微环境中的铵代谢：对免疫细胞的影响

PCa的TME是一个由肿瘤细胞、免疫细胞、成纤维细胞、血管和细胞外基质等组成的复杂生态系统。铵代谢重编程不仅影响肿瘤细胞自身，更深刻地塑造了免疫抑制性TME。

营养竞争与免疫细胞功能抑制

PCa细胞对Gln等氨基酸的剧烈消耗，导致TME中营养匮乏，与浸润的免疫细胞（如T细胞）形成竞争。T细胞的活化和效应功能高度依赖Gln等氨基酸。当Gln被肿瘤细胞大量消耗后，T细胞功能受损，增殖能力和细胞因子（如IFN-γ）产生下降。精氨酸（Arg）是T细胞功能的另一关键氨基酸。TME中髓源性抑制细胞（MDSCs）或M2型肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）高表达的精氨酸酶1（ARG1）可降解Arg，导致T细胞受体CD3ζ链表达下调，并激活GCN2应激通路，抑制T细胞功能。

铵离子积累与免疫抑制

铵代谢产生的铵离子（NH₄⁺）在TME中积累，可通过多种方式抑制免疫细胞。研究表明，铵积累可损害自然杀伤（NK）细胞的细胞毒性。其机制涉及破坏溶酶体酸度，抑制穿孔素（Perforin）的成熟，导致NK细胞杀伤肿瘤能力下降。铵还能诱导T细胞凋亡，可能通过死亡受体通路（如TNF-α/TNFR1）和线粒体通路实现。此外，铵积累会加剧TME的酸化（与乳酸协同），进一步抑制T细胞和NK细胞的功能，并促进M2型巨噬细胞和调节性T细胞（Treg）等免疫抑制性细胞的分化和功能。

代谢物介导的免疫调节

铵代谢相关的代谢物也参与免疫调节。例如，色氨酸（Trp）被肿瘤细胞或某些抗原呈递细胞上的吲哚胺2,3-双加氧酶（IDO1）或色氨酸2,3-双加氧酶（TDO2）降解，产生的犬尿氨酸（Kyn）等产物可抑制T细胞功能并诱导Treg产生。这些机制共同构成了PCa免疫逃逸的代谢基础。

前列腺癌微环境中铵代谢重编程的代谢串扰

微环境酸化与免疫抑制

PCa的TME常处于缺氧和酸化状态。肿瘤细胞糖酵解产生大量乳酸，而铵积累也可能通过抑制有氧呼吸、促进糖酵解等方式加剧酸化。酸性TME直接抑制T细胞、NK细胞等效应免疫细胞的功能，同时促进M2型TAMs和Treg等免疫抑制细胞的活性。乳酸还能通过G蛋白偶联受体GPR81等途径上调程序性死亡配体1（PD-L1）的表达，进一步促进免疫逃逸。

癌细胞与癌相关成纤维细胞（CAFs）的代谢共生

CAFs是TME中的重要基质细胞。研究表明，CAFs可以通过分泌Gln、α-KG等代谢物，为PCa细胞提供营养支持，形成代谢共生关系。靶向CAFs与肿瘤细胞之间的代谢串扰，例如联合抑制GLS和细胞外基质（ECM）重塑通路，可能成为潜在的治疗策略。

程序性细胞死亡与代谢重编程的相互作用

铵代谢重编程与细胞死亡途径（如凋亡、自噬、铁死亡）存在密切串扰。例如，GLS抑制可导致活性氧（ROS）积累，诱发细胞凋亡。营养应激可激活AMPK，启动保护性自噬。铁死亡是一种铁依赖性的程序性细胞死亡，其发生与GSH耗竭和脂质过氧化有关。系统Xc-（由SLC7A11和SLC3A2组成）的功能抑制可诱导铁死亡。在PCa中，内质网（ER）应激相关转录因子ATF6的活化可上调磷脂酶A2组IVA（PLA2G4A），从而赋予细胞对铁死亡的抵抗性。靶向这些代谢-死亡网络的交叉点，可能克服治疗抵抗。

铵代谢在前列腺癌中的应用前景

关键治疗靶点

针对铵代谢的关键节点开发抑制剂是PCa治疗的新策略。GLS抑制剂（如CB-839、BPTES）和广谱谷氨酰胺拮抗剂（如DON及其前药JHU083、DRP-104）已在临床前模型中显示出抗肿瘤活性。ASNS也是一个有潜力的靶点，尤其在TP53突变的CRPC中。此外，靶向SLC转运蛋白（如SLC1A5、SLC7A5）也正在探索中。

生物标志物

铵代谢相关分子有潜力作为PCa的诊断、预后或疗效预测标志物。血液或尿液中的特定氨基酸谱（如Glu/Gln比值）可能辅助PCa的诊断和分期。代谢酶（如GLS）或转运蛋白（如SLC家族成员）的表达水平可能与肿瘤的侵袭性和治疗反应相关。

联合治疗策略

将铵代谢靶向药物与其他疗法联用，显示出协同增效的潜力。

联合靶向治疗： 针对TP53突变导致的ATF4/ASNS通路上调，将GLS抑制剂（CB-839）与ASNase联用，可有效削减天冬酰胺水平，抑制CRPC生长。

联合化疗： PCa对紫杉醇的耐药性与Gln代谢增强、GSH合成上调以及药物外排泵ABCB1表达增加有关。抑制Gln代谢可逆转耐药性。

联合免疫检查点阻断（ICB）： Gln代谢抑制剂（如DRP-104）可改变TME的免疫抑制状态，与抗PD-L1等ICB药物联用，可能增强抗肿瘤免疫反应。

联合放疗： Gln代谢支持肿瘤细胞的抗氧化防御和癌症干细胞（CSCs）特性，与放射抵抗相关。抑制GLS可增强PCa的放射敏感性。

联合内分泌治疗（ADT）： AR信号调控多种Gln转运体和代谢酶的表达。在CRPC阶段，肿瘤细胞常表现出Gln成瘾。联合AR靶向药物和Gln代谢抑制剂，可能更有效地抑制CRPC进展。例如，二甲双胍可限制葡萄糖利用，迫使PCa细胞更依赖Gln还原羧化，从而增强其对GLS抑制剂的敏感性。

尽管靶向铵代谢前景广阔，但也面临挑战，如药物的脱靶毒性（特别是胃肠道反应）和肿瘤细胞通过代偿通路（如脂肪酸氧化、丙酮酸羧化酶途径）产生耐药性。寻找预测疗效的生物标志物和开发合理的联合用药方案是未来的发展方向。

未来展望与方向

PCa铵代谢重编程的研究方兴未艾。未来需更深入地探讨铵代谢如何精确调控TME中各种免疫细胞（如T细胞亚群、NK细胞、巨噬细胞）的功能状态及其相互作用。需要利用更先进的体内代谢示踪技术（如超极化¹³C标记的MRI）来动态、真实地反映肿瘤内的代谢流。将铵代谢靶向治疗与ADT、化疗、放疗、免疫治疗等现有手段进行优化组合，是克服CRPC治疗抵抗的重要途径。基于代谢组学、蛋白质组学和基因组学的整合分析，有望发现更精准的生物标志物，用于患者分层和个性化治疗。最终，通过多学科交叉和转化研究，靶向铵代谢有望为PCa患者，特别是CRPC患者，带来新的治疗希望。

结论

铵代谢重编程是PCa的核心特征之一，贯穿于肿瘤发生、发展、免疫逃逸和治疗抵抗的全过程。以Gln代谢为核心的铵代谢网络，通过影响能量产生、生物合成、氧化还原平衡和细胞信号传导，为PCa细胞的恶性增殖提供了支撑。同时，铵代谢产物通过营养竞争、直接抑制和微环境酸化等机制，塑造了免疫抑制性TME。靶向关键酶（如GLS、ASNS）、转运体（如SLC1A5、SLC7A5）及相关信号通路，并与现有疗法联合，展现出巨大的治疗潜力。尽管面临毒性耐药等挑战，但随着对机制理解的深入和新技术的应用，靶向铵代谢必将为PCa的精准治疗开启新的篇章。