简介
癌症代谢的新焦点
最近对癌症代谢的兴趣高涨，至少部分是因为认识到癌症基因组学可以在代谢途径的基础上得到最好的理解(19,25); 信号通路的突变常常导致常见代谢终点的改变。Otto Warburg经常提到的发现是，肿瘤组织已经从氧化磷酸化转变为有氧糖酵解，这提供了这种共同特征的原型(109). 其中一些机制仍然是推测性的，但已经出现了支持许多模型的有力证据(18,105). 针对这些趋同代谢途径的治疗具有明显的优势。因此，这些途径的识别不仅具有学术意义。
癌症新陈代谢中的许多调控概念都源自体内平衡范式。从历史上看，新陈代谢研究与内分泌学结合在一起，后者（生殖系统除外）以体内平衡和生物能量学为中心。毫不奇怪，即使在理解Warburg假说的方法中，诱发的代谢机制也是基于生物能量模型的。对比模型在微环境中引发急性和短暂反应和适应，例如在伤口愈合期间和肿瘤侵袭期间(81,102). 这些模型包括炎症、细胞-基质相互作用的变化，例如基底膜脱离、基质金属蛋白酶（MMPs）激活和上皮-间充质转化。这篇综述描述了脯氨酸代谢提供的机制，这些机制连接了微环境模型和代谢的稳态模型。
在考虑微环境时，新陈代谢可能在三种应激反应中发挥关键作用：(一)随着基因毒性应激，对基因组的损伤会导致细胞周期停止并参与修复过程。如果这些修复不成功，就会发生凋亡级联反应。虽然从修复到程序性细胞死亡的分子机制尚未完全了解，但代谢适应至关重要。(b条)随着炎症应激的发生，如伤口愈合和暴露于病理微生物，代谢需求必须满足特殊需求。(c（c）)微环境中代谢适应的一个重要例子与肿瘤进展和转移有关(15,79). 在这里，肿瘤的代谢需求与宿主防御机制的代谢需求相反。在基底膜附着和血液供应丧失后，肿瘤细胞必须经受代谢压力的考验才能生存和增殖(19,88,105). 其微环境中的各种细胞元素将攻击肿瘤细胞，并且必须动员各种代谢过程来这样做。这些基本概念有助于我们理解癌症的代谢需求(88,105).
营养
尽管最近的研究人员在评估营养效果时考虑了最先进的细胞范式，但他们没有强调新的和不断变化的治疗模式。传统观点认为，营养素是通过口服、消化道处理、通过循环输送到当地的。一个同样重要的考虑因素，至少对于所谓的非必需营养素而言，是生物合成的内源性途径。在营养方面，氨基酸被分为必需氨基酸和非必需氨基酸(87). 然而，对于微环境的应激反应，基于对控制作出反应的冗余路径的非必要性至关重要。当然，葡萄糖和脂类的储存和动员已经在能量学的背景下进行了彻底的研究和描述。已对葡萄糖作为糖原的储存及其在激素调节过程中的动员进行了深入研究。同样，脂肪生成和脂肪分解以及各种激素对其的调节也一直是优雅的研究领域。尽管最近人们相当重视蛋白质水解，尤其是泛素化介导的蛋白酶体降解(116)对这种蛋白水解的解释强调了对特定蛋白质的控制。蛋白质作为氨基酸的储存库、蛋白质生成、能量学底物或细胞信号传导介质，很少受到关注。这些考虑为营养代谢提供了新的视角。
特殊营养配方的提供彻底改变了肠外营养，尤其是在术后环境中(110). 第一步是提供全系列营养素，包括氨基酸、微量营养素和脂质，以及生理盐和葡萄糖。重要的是，在超生理浓度下添加谷氨酰胺可以加速术后愈合，这一发现超越了营养素替代(96). 因此，至少在某些情况下，营养素可以作为药物使用。尽管导管的巧妙放置已被用于输送各种药物，例如，血栓形成区域的凝血剂或溶解形成的血管内血栓(45,106)，尚未使用特定营养素的输送。在未来，特别是当营养素被证明具有特定的局部作用时，将其特异性输送到不断演变的病理部位可能会成为一种辅助疗法。最后，纳米技术的最新发展可能会在靶向给药方面开辟新的前景，不仅涉及药物，还涉及微量和大量营养素(44,97). 如上所述，营养剂和药理剂之间的分界线可能是人为的和任意的，营养剂如果在正确的器官或组织部位以适当的浓度输送，可能具有药理作用。
脯氨酸代谢
由于脯氨酸的α-氨基氮包含在吡咯烷环内，因此脯氨酸是唯一的蛋白质生成的次级氨基酸，在生物学上具有特殊的功能(87,92). 其在蛋白质中的独特作用得到了广泛认可，不仅为蛋白质（例如胶原蛋白）提供了物理稳定性，而且还为分子识别和信号传递提供了基础(66). 事实上，有人认为所有蛋白质相互作用都是基于脯氨酸依赖性识别。以类似的方式，脯氨酸的代谢不同于初级氨基酸的代谢(1,2,87). 通常不被重视的是，胶原蛋白是体内最丰富的蛋白质，胶原蛋白中25%的残留物是脯氨酸和羟脯氨酸(22). 脯氨酸的特殊结构使其不能作为代谢大多数氨基酸的通用酶的底物。相反，一个特殊的酶家族进化出了自己的组织分布、亚细胞定位和调节机制。脯氨酸代谢的这些独特方面的生理/病理生理重要性直到过去十年才被认识到。科学界不愿调查脯氨酸有几个原因。首先，正如前面提到的那样，脯氨酸是一种非必需氨基酸，因此它的重要性不如必需氨基酸。导致脯氨酸代谢被忽视的另一个因素是，脯氨酸的代谢在体液中不易监测。与谷氨酰胺和丙氨酸不同，它们是组织间碳和氮交换的介质，脯氨酸代谢的影响主要是微环境。即使脯氨酸从丰富的蛋白质来源中动员出来，其代谢的影响也可能不会通过循环体液的变化来反映。
关于脯氨酸代谢酶的描述，读者可以参考最近的综述(38,88,91). 这些酶的生物化学、结构和基因组学的进展增加了我们的理解。这些特定酶突变的临床综合征的发现有助于这一认识(38,95). 此外，特定酶受各种反应途径调节的发现为深入了解其调节功能提供了线索。毫无疑问，最近的研究有力地支持了脯氨酸、吡咯烷-5-羧酸及其代谢具有调节功能的提议。对这些酶的遗传、分子和生化特性的详细描述超出了本综述的重点。读者可以参考一些最近的出版物(38,91,95). 然而，为了以可理解的方式讨论相关的代谢，有必要对这些酶进行简要描述().
脯氨酸代谢途径示意图。戊糖磷酸途径被简化。并没有显示所有步骤。6-PG，6-磷酸葡萄糖酸盐；F-6-P，果糖-6-磷酸；G-6P，葡萄糖-6-磷酸；GLU，谷氨酸；谷氨酸半醛；烟酰胺腺嘌呤二核苷酸；烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸；ORN，鸟氨酸；P5C，吡咯烷-5-羧酸盐；PRO，脯氨酸；R-5-P，核糖-5-磷酸；TCA循环、三羧酸循环。数字表示以下酶：1，P5C合成酶；2，P5C还原酶1；三，P5C还原酶2；4脯氨酸氧化酶（又名脯氨酸脱氢酶）；5，P5C脱氢酶；6，鸟氨酸转氨酶；7，自发；8，葡萄糖-6-磷酸脱氢酶。数字表示以下酶：1，P5C合成酶；2，P5C还原酶1；三，P5C还原酶2；4脯氨酸氧化酶（又名脯氨酸脱氢酶）；5，P5C脱氢酶；6，鸟氨酸氨基转移酶；7，自发；8，葡萄糖-6-磷酸脱氢酶。
脯氨酸可与谷氨酸和精氨酸互换(1,2,87). 尽管脯氨酸和谷氨酸之间的步骤是直接的，但精氨酸必须首先转化为鸟氨酸；这种转化是尿素循环中的一个重要步骤。就这些相互转换而言，Δ1-吡咯烷-5-羧酸（P5C）或其直链互变异构体谷氨酸-γ-半醛（GSA）是中心中间体。决定该中间体是处于环状还是链状原位的因素尚不清楚(87)，但在生理pH值下，链式将受到青睐。直链中羰基的反应性可能需要伴侣的特殊通道或隔离。在这种情况下，P5C还原酶特殊结构的发现为脯氨酸代谢系统的功能提供了一些理解(87).
虽然脯氨酸、鸟氨酸和谷氨酸三元结构中的每一个成员都值得关注，但这篇以脯氨酸为中心的综述组织了由脯氨酸合成酶和脯氨酸降解酶催化的代谢途径。这种经典的二分法基于脯氨酸的蛋白生成功能，但在考虑代谢系统的调节功能时，它的用处有限(87). 在调控方面，一个更有用的二分法是产生P5C的酶和利用P5C酶。
P5C生成酶
鸟氨酸-δ-氨基转移酶（OAT）通过可逆反应将鸟氨酸转化为GSA(1,三). 虽然该反应是可逆的，但有利于后者的产生，但在某些情况下，例如在新生儿中，存在由OAT的反向反应介导的脯氨酸到精氨酸的净转换。因此，OAT是系统中唯一双向的酶。虽然氨基供体/受体通常被认为是α-酮戊二酸/谷氨酸（aKG），但丙酮酸/丙氨酸和乙醛酸/甘氨酸也可以介导反应。这种酶定位于线粒体基质(104). P5C合成酶催化从谷氨酸到GSA的两步反应，首先需要三磷酸腺苷（ATP）依赖的磷酸化，然后是以还原吡啶核苷酸[NAD（P）H]作为辅因子的还原步骤。P5CS有两种已知同工酶，一种是长型，另一种是短型(40,41). 短型主要位于肠道，对鸟氨酸的反馈抑制敏感；因此，它的主要功能似乎是将谷氨酸转化为精氨酸。长型广泛表达，因此主要被解释为脯氨酸产生同工酶。脯氨酸氧化酶，也称为脯氨酸脱氢酶（POX/PRODH），是一种线粒体内膜酶，催化脯氨酸电子转移(111)，产生P5C。这对电子可以用于氧的直接还原以形成超氧化物，也可以转移到电子传输链中进行氧化磷酸化(101,111). 下文将讨论POX/PRODH在癌症中的作用。
P5C利用酶
P5C还原酶催化P5C转化为脯氨酸(1). 已知存在两种同工酶，P5CR1和P5CR2(64)，由不同基因P5C还原酶1和2编码(PYCR1型和PYCR2型)分别为(38). 前者更喜欢NADH作为辅因子，具有高容量活性，而后者更喜欢NADPH，容量更低(64,73). 这两种同工酶分布广泛；甚至纯化出P5CR2的红细胞也可能有一些P5CR1残留活性。虽然这些酶很容易从细胞溶质中回收，但它们很可能与线粒体外膜或质膜的细胞溶质表面有关(95). 这种酶的结构被描述为一种结构类似于具有转运或伴侣功能的蛋白质的十聚体(72). P5C脱氢酶或GSA脱氢酶通过NAD将GSA转化为谷氨酸+作为辅因子(91). 这种酶与醛脱氢酶家族有关。虽然早期的研究人员在线粒体和胞浆中都发现了这种酶，但很可能它主要位于线粒体基质中(1).
脯氨酸代谢途径的先天性错误
对脯氨酸代谢途径酶中人类遗传疾病的详细讨论超出了本综述的范围。读者可以参考胡等人最近的一篇评论(38)以及在人类疾病的代谢和分子基础(91). 然而，这里应该提到的是，OAT缺乏的人类疾病(104)和P5C脱氢酶(91)都有很好的记录。最近，P5CS突变(4,5)和PYCR1(95)已描述。异常发展与这两种缺陷有关。在后者中，对氧化性侮辱的抵抗力下降特别令人感兴趣。尽管进行了深入的调查，但POX/PRODH的突变是神经精神疾病（例如精神分裂症）风险增加的原因，这一点得到了各种证据的支持，但仍然是一个争论的话题(6,112). 由于这些联系是由流行病学遗传学决定的，因此研究人群中的细微差异可能至关重要。此外，一个混杂因素可能是HYPOX/PRODH2可以提供补偿性调节功能(13)POX/PRODH缺陷患者。重要的是，没有令人信服的与癌症风险相关的报道(60). 然而，这些先天性错误的病例总数很少，经常在儿童时期诊断，患者在癌症风险最大的年龄之前就失去了随访。另一方面，三种底物来源（精氨酸、脯氨酸和谷氨酸）的冗余以及同工酶（P5CS-L和P5CS-S；PYCR1和PYCR2）的重复是上位性的主要例子，这可能解释了难以令人信服地鉴定表型。
虽然4-羟脯氨酸是哺乳动物中丰富的脯氨酸同源物，在结构上与脯氨酸相似，但其代谢却截然不同(2). 羟脯氨酸是生物体物理结构的关键贡献者，在后生动物进化之前，在物种中没有发现羟脯氨酸。预先形成的羟脯氨酸可能没有并入蛋白质中，因为所有的三重密码子都被占据了(2,52). 相反，它是由蛋白质中脯氨酸的翻译后羟化形成的(2). 由于羟脯氨酸不能循环用于蛋白质合成，因此它的降解会持续到2-和3-碳化合物。然而，降解途径与脯氨酸代谢的一些酶是相同的(103). 最初的步骤是由羟脯氨酸氧化酶催化的(项目DH2)，一种由与脯氨酸氧化酶不同的基因编码的酶(PRODH公司)在底物利用方面几乎没有重叠(91). 相反，在降解的第二步，羟脯氨酸和脯氨酸共享相同的酶，即P5C脱氢酶(103). 有趣的是，来自动物的P5C还原酶不仅将P5C转化回脯氨酸用于蛋白质合成，而且可以将OH-P5C还原为羟脯氨酸，即使产物羟脯氨酸不能重复用于蛋白质合成(三). 然而，原核生物中的P5C还原酶对OH-P5C没有这种活性(三).
20世纪80年代初，脯氨酸代谢系统作为氧化还原调节系统的潜在作用被认识到(87). 20世纪60年代，以利亚·亚当斯注意到P5C不仅是脯氨酸降解的直接产物，而且是其直接生物合成的前体(1). 他指出，这在氨基酸代谢中是非常不寻常的。我们对脯氨酸代谢的兴趣促使我们寻找P5C的几种来源。我们使用部分纯化的OAT酶法制备L-P5C(99). 另一个来源是市售DL-P5C-3，4，二硝基苯肼(74,113). 使用两种来源的P5C，我们发现它能迅速将氧化电位转移到细胞中，并显著刺激磷酸戊糖分流的活性(89,90). 刺激水平高于任何代谢中间体，接近亚甲基蓝产生的刺激水平。利用重组系统，证明了线粒体和细胞质之间氧化还原当量的酶转移，从而形成脯氨酸循环。脯氨酸循环将脯氨酸代谢的氧化还原功能定义为通过脯氨酸和P5C的循环将还原电位转移到线粒体，并将氧化电位转移出线粒体(32,33). 然而，直到最近，这些氧化还原转移的作用仍不清楚。然而，这个循环为我们理解脯氨酸代谢在致癌和癌症进展过程中的应激反应奠定了基础(92). 氧化还原功能在先天性错误患者的培养细胞中得到了令人信服的证明(95)以及在植物中(75).
胶原蛋白代谢
胶原蛋白：代谢库
胶原蛋白作为氨基酸储存库的潜在作用与糖原用于葡萄糖和脂肪组织用于脂肪酸的方式类似；上述概述了脯氨酸和羟脯氨酸作为代谢底物的特殊功能。但这两种亚氨基酸的代谢既有区别，也有相似之处。脯氨酸可产生蛋白质，可从膳食蛋白质的消化、谷氨酸和鸟氨酸的内源性生物合成以及蛋白水解的再循环中获得(1). 另一方面，游离羟脯氨酸不被重新用于蛋白质合成（见上文），被认为最终降解为乙醛酸和丙酮酸(2). 最近的研究表明，羟脯氨酸和脯氨酸一样，可以通过氧化还原穿梭回收(13). 我们才刚刚开始研究羟脯氨酸在氧化还原和代谢调节中的参与。在这篇综述中，我们将讨论局限于脯氨酸的特殊代谢特征。
上述在微环境中提供内源性营养的代谢途径需要这种氨基酸的可移动来源，特别是在营养应激条件下，当通常的底物脯氨酸及其氨基酸前体来源不可用时。这在生理上对伤口愈合和病理生理上对肿瘤进展尤其重要。对于这两种情况，微环境中都有大量细胞外基质（ECM）的来源(15,81). 胶原蛋白占ECM的80%，I型胶原蛋白是体内最丰富的蛋白质(21). 它不仅是ECM的主要组成部分，还包含结缔组织中90%至95%的蛋白质，是骨骼的有机部分(108). 虽然甘氨酸也富含胶原蛋白，但它在代谢上是杂乱无章的，不受特定调节。相反，脯氨酸和羟脯氨酸共同占胶原蛋白残留物的20%至25%，由于其独特的结构，具有调节和定向的代谢。在这种情况下，胶原蛋白可以作为可移动底物的微环境贮存器。如图所示.
通过肿瘤微环境中的脯氨酸代谢将细胞外基质降解与生物能量学联系起来。6-PG，6-磷酸葡萄糖酸盐；三磷酸腺苷；F-6-P、果糖-6-磷酸；G-6P，葡萄糖-6-磷酸；Glc，葡萄糖；GLU，谷氨酸；GLUT，葡萄糖转运蛋白；乳酸，乳酸；烟酰胺腺嘌呤二核苷酸；烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸；P5C，吡咯烷-5-羧酸盐；脯氨酸氧化酶；PRO，脯氨酸；丙酮酸；活性氧。
ECM和骨骼中的胶原蛋白不断重塑。在骨中，胶原蛋白是由成骨细胞分泌的，这一点已被广泛研究。另一方面，它的降解是由破骨细胞介导的，破骨细胞是一种分化的巨噬细胞，具有吸收骨和消化有机基质的酶(102). 利用成纤维细胞模型在组织培养中研究了胶原蛋白的转换过程(42). 有趣的是，大部分新合成的胶原蛋白在从细胞分泌出来形成胶原原纤维的螺旋结构之前被降解。由于从新生胶原蛋白降解中获得的羟脯氨酸不会再用于蛋白质合成，因此很容易推测，游离羟脯氨酸是这种降解的理想产物，它只能在胶原蛋白中的肽连接后内源性合成。然而，尚未确定游离羟脯氨酸的独特功能。然而，值得注意的是，与脯氨酸氧化酶一样，催化羟脯氨酸降解的第一步的羟脯氨酸氧化酶是由p53诱导的基因编码的。此外，羟脯氨酸和3-OH吡咯烷-5-羧酸参与代谢循环，与脯氨酸和吡咯烷-5羧酸的代谢循环非常相似(13).
基质金属蛋白酶的激活
MMP蛋白酶家族在伤口愈合和许多生理和病理过程中显著激活(79,102,115). 尤其重要的是基质金属蛋白酶在癌症进展中的作用(10,55,58,78). 这些酶的特征及其功能已在最近的综述中概述(115). 早期，MMP活性在肿瘤侵袭和进展过程中的显著增加被认为是肿瘤侵袭组织结构破坏的关键(15). 在组织培养和动物模型中，广谱抑制剂（例如batimastat）对MMP活性的抑制对细胞增殖和肿瘤生长具有显著的抑制作用(29). 然而，当这些临床前发现在涉及各种人类肿瘤的临床试验中进行测试时，结果令人失望(14). 缺乏疗效被认为是由于肿瘤进展和转移的复杂性。这些研究是在肿瘤进展和转移有相当大差异的患者中进行的，很可能只有在某些尚未确定的肿瘤发展阶段，MMPs的阻断才有效。有令人信服的证据支持的一个重要概念是，基质金属蛋白酶消除物理约束只是其对肿瘤影响的一小部分。更重要的是产生或释放新的和预先形成的刺激生长的生物活性因子(51). 从与ECM的结合中释放预制TGF-β就是一个这样的例子。尽管这些都是重要的考虑因素，但MMP介导的胶原酶溶解的另一方面可能是代谢；在营养胁迫期间，新的氨基酸底物在微环境中的释放尚未被认识到。uPARAP/Endo 180发现胶原片段在细胞内的摄取及其降解，支持了这可能是底物的重要来源(16). 对这种代谢途径的研究表明，片段被带入溶酶体并释放氨基酸。因此，就像营养应激条件下自噬的激活一样，基质金属蛋白酶的激活调节营养应激条件中局部基质来源胶原蛋白的利用(57). 我们将这一过程称为生态吞噬，即细胞环境中细胞外蛋白的消耗。有大量证据表明胶原蛋白随着炎症而降解(15,86)，缺氧时(57)以及在肿瘤发生的实验模型中(70). 由于实验困难，尚未对游离脯氨酸和/或羟脯氨酸的原位代谢进行测量。然而，最近使用蛋白质组学技术的研究表明，转移性前列腺肿瘤患者的脯氨酸和羟脯氨酸消耗增加(11).
脯氨酸
脯氨酸酶是胶原酶分解代谢中释放脯氨酸和羟脯氨酸的一种重要酶(69). 虽然在结构上与MMP家族无关，但脯氨酸酶在ECM中胶原蛋白的完全降解中起着重要作用。胶原蛋白片段被带到溶酶体中，在uPARAP/Endo 180的作用下，组织蛋白酶和肽酶被降解，氨基酸被释放出来用于新陈代谢和蛋白质合成。但含有脯氨酸或羟脯氨酸的二肽需要它们自己的特殊酰亚胺二肽酶(69). 根据亚氨基酸是氨基还是羧基末端，脯氨酸酶和脯氨酸酶分别水解肽键。根据胶原蛋白中的氨基酸序列，最丰富的亚胺基二肽是脯氨酸酶的底物。因此，如果游离脯氨酸（或羟脯氨酸）的释放有助于ECM在生理或病理生理状态下的周转，脯氨酸酶将催化关键步骤。
自然界的一项实验表明，已经确定了一组具有先天性脯氨酸缺乏症的国际患者(67,68). 在这些脯氨酸酶缺乏的患者中，一个突出的发现是由于伤口愈合缺陷导致的大溃疡。此外，这些患者患有免疫缺陷。然而，缺乏将这些缺陷与癌症风险联系起来的证据。但全球描述的患者总数不足以显示癌症风险增加。此外，在儿童中发现了缺陷，预期寿命有限。患者通常在生命的第四或第五个十年中死于感染。虽然有人认为，由于回收脯氨酸的缺乏，这些患者未愈合伤口的胶原蛋白合成有缺陷，但这种应激底物的来源如何适应胶原蛋白重塑和免疫调节尚不清楚。然而，有趣的是，脯氨酸酶可以由包括整合素在内的许多因素调节(82)，IGF-1(76)在合成水平，通过一氧化氮在丝氨酸/苏氨酸磷酸化水平(100). 一些实验室有兴趣开发脯氨酸酶敲除小鼠，以获得测试致癌或癌症转移的实验模型。脯氨酸酶被敲除的肿瘤细胞可以用作异种移植。
脯氨酸作为应力基底
脯氨酸氧化酶的应激诱导因子
脯氨酸代谢生物化学的最初发现是在20世纪50年代和60年代(1). 重点是为整个生物体服务的新陈代谢模型和范式。对哺乳动物物种（包括人类）的研究侧重于体内平衡，并受到内分泌学和新陈代谢理论的强烈影响(87). 但脯氨酸代谢中的范式转移发现是一项由抑癌基因p53诱导的基因筛选研究中的意外发现(94). Polyak等人（Bert Vogelstein实验室；94）使用腺病毒载体在p53突变细胞中表达野生型p53，并通过基因表达系列分析（SAGE）监测表达的基因，发现p53显著上调POX/PRODH。在监测的7202个基因中，只有14个基因被诱导超过7倍，POX/PRODH是14个基因之一，被指定为p53诱导基因6（PIG6）。
Yu、Hu和同事开发了一种tet-off POX表达质粒，并在DLD-1结直肠癌细胞中获得了稳定的转染体(23). 一项重要的初步发现是POX/PRODH产生脯氨酸依赖性活性氧物种（ROS）(23). 几个实验室独立地证明POX/PRODH的过度表达和ROS的产生可以启动细胞凋亡(37,39,61,71). 使用稳定转染的DLD-tet-off-POX细胞，Hu等人记录了POX/PRODH的表达和活性，并显示了不依赖于p53的脯氨酸依赖性凋亡诱导；该效应的中介是ROS(23,61). 因此，可以确定基因毒性应激通过p53介导的途径激活POX/PRODH，在细胞凋亡的发生中起重要作用。下一节将详细介绍这种致癌作用。
POX/PRODH在细胞凋亡中起作用的发现是脯氨酸代谢途径研究新时代的开始(). 与早期强调体内平衡和全有机体调节的研究相反，新范式表明脯氨酸代谢途径主要在应激条件下被激活，局限于微环境，并且不仅可以使用游离的细胞脯氨酸作为底物，还可以利用胶原释放的储库。虽然p53和POX最初与细胞凋亡和程序性细胞死亡相关，但最近的研究表明，p53也是代谢的重要调节器(7,8). 因此，p53和POX/PRODH的联系对这两个细胞调节区域都有效。POX/PRODH和脯氨酸以前被公认为生物能量学和碳交换的底物来源(1,87)，但最近才作为信号传导媒介(60,62,63). 另一方面，P53被发现是程序性细胞死亡的调节蛋白和癌症抑制蛋白(107)，现在被认为在调节新陈代谢方面具有重要作用(7,107). 因此，这种双重作用适用于这两种途径。
POX对各种应激刺激的反应及其代谢后果。三磷酸腺苷；COX2，环氧合酶-2；电子传输链；GADD，生长抑制DNA损伤；GLU、谷氨酸；缺氧诱导因子-1α；烟酰胺腺嘌呤二核苷酸；烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸；PPARγ，过氧化物酶体增殖物激活受体γ；脯氨酸氧化酶；PRO，脯氨酸；丙酮酸；活性氧。
Pandhare及其同事对上述范式做出了贡献，他们发现过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）参与了上述范式(83). 他们使用POX启动子系统筛选转录因子，尽管一些公认的因子（包括AP-1和NF-κB）适度刺激POX表达，PPARγ及其噻唑烷二酮配体用于治疗2型糖尿病(54)，产生了显著的效果。PPARγ的表达和曲格列酮的暴露刺激了POX启动子10倍以上。这是由于PPARγ与其在POX启动子上的结合位点的配体依赖性结合，这是通过电泳迁移率偏移和染色体免疫沉淀分析确定的。这一发现表明，POX/PRODH和脯氨酸代谢的参与不仅限于一组应激条件，即基因毒性应激。PPARγ的复杂性的讨论不在本综述的范围内，但简而言之，它在代谢中起着许多作用——它由脂肪细胞产生，但主要是对炎症应激的反应。此外，其功能作用涉及包括维甲酸X受体在内的多种因素的参与，PPARγ辅活化子-1允许其对多种调节因子作出反应(80,98). 因此，多水平的调节、其在脂肪代谢和糖尿病中的作用以及与炎症的相互作用使其与POX/PRODH途径的相互作用非常有趣。我们使用结直肠癌细胞的发现得到了使用肺癌细胞的工人的证实(48). 尽管这种相互作用已经确立，但其临床相关性仍有待确定。
代谢后果
毫不奇怪，脯氨酸代谢途径也与代谢或营养应激有关。尽管上述两种反应，即对基因毒性应激和炎症应激的反应，可能独立于营养应激而发生，但当其他营养物质或底物耗尽时，从微环境中动员脯氨酸可能特别重要。当然，当组织失去血液供应时，缺氧往往伴随着营养物质的消耗(85). 这可能发生在冠状动脉闭塞、脑血管意外、伤口愈合或侵袭性肿瘤的血供减少期间。事实上，营养素的消耗比氧气严重，因为氧气可以比营养素更有效地扩散到组织中。因此，可以假设所有循环营养素，即葡萄糖、谷氨酰胺、脂肪酸和循环氨基酸的供应量都很低。我们测试了葡萄糖缺乏对POX调节的影响，发现POX活性确实增加(84). 由于对营养和能量剥夺的反应是通过mTOR途径介导的，因此我们研究了该途径的影响。正如预期的那样，用低浓度雷帕霉素处理细胞显著诱导POX(84). 类似地，AMP类似物氨基咪唑碳酰胺核苷也上调POX活性。因此，mTOR信号、营养和/或能量消耗的抑制剂刺激POX活性。阻断TOR信号刺激自噬并通过能量依赖过程促进生存(56). 我们监测了暴露于雷帕霉素的细胞中的ATP水平，发现ATP水平在最初的抑郁后得以维持(84). 然而，如果POX siRNAs治疗阻断了POX诱导，ATP水平会迅速显著下降。因此，POX诱导似乎在维持细胞能量以维持生存方面发挥作用。
但是ATP维持的代谢机制是什么？当然，来自脯氨酸的电子被捐赠到电子传递链中，可以生成ATP，尽管效率很低，脯氨酸的降解将产生αKG，这是TCA循环中的中间产物。然而，在营养应激的病理生理条件下，由于伴随的缺氧和葡萄糖消耗，TCA循环将无效运行。在他们通过戊糖磷酸途径（PPP）进行的经典葡萄糖代谢研究中，Eggleston&Krebs(24)指出PPP氧化臂的关键调节是NADP的再生+，葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的速率控制辅因子。为了测试这种可能性，我们使用模型DLD-POX细胞，发现尽管POX的表达对糖酵解只有轻微的影响，但通过PPP的流量增加了五倍以上(84). 这发生在所有水平的葡萄糖测试。我们进一步表明，雷帕霉素治疗下ATP的维持不仅需要POX的诱导，还需要PPP的功能，因为ATP水平受到脱氢表雄酮（葡萄糖-6-磷酸脱氢酶抑制剂）的抑制(28). 因此，为了应对mTOR通路的下调，脯氨酸被代谢为能量来源，这种效应包括通过PPP激活葡萄糖代谢。
POX的二价功能具有不同的代谢后果，值得详细阐述。脯氨酸衍生电子转移到酶结合的黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）。电子可以通过细胞色素c转移到电子传递链的位置II。然而，Tanner的实验室表明，FAD可以直接接触到溶剂氧；电子可以直接还原氧生成超氧物(111). 他们的工作表明，在体外从嗜热菌可以从脯氨酸中产生超氧物。此外，他们还表明相邻的α-螺旋可以保护FAD免受氧气的伤害。基于这些发现，作者提出脯氨酸衍生电子可以还原氧形成超氧物，也可以进入电子传递链生成ATP(111). 显然，确定超氧化物和ATP之间的转换机制将非常有趣。
脯氨酸氧化酶产生的P5C从线粒体中产生，并通过P5C还原酶转化回脯氨酸，完成脯氨酸循环。P5C还原酶有两种同工酶，PYCR1和PYCR2。在淋巴母细胞样细胞系中，PYCR1缺失，使细胞部分脯氨酸营养缺陷型(38,64). PYCR1对吡啶核苷酸的亲和力较低，但对脯氨酸形成的Vmax较高。相反，PYCR2对NADPH的亲和力较高，但对脯氨酸合成的Vmax相对较低(64). 皮肤松弛患者中PYCR1突变的鉴定非常有趣，因为这些患者有骨骼和神经发育异常。他们培养的成纤维细胞对过氧化氢诱导的毒性更敏感，这一发现证实了脯氨酸代谢的氧化还原功能(95). 此外，PYCR1缺乏的细胞表现出线粒体异常，表明了该途径的整体重要性。人类PYCR1的结构已由X射线晶体学测定，虽然同型二聚体具有催化作用，但天然酶以十聚体的形式存在，由五个同型二聚体组成(26,72). 这种结构类似于具有转运或伴侣功能的蛋白质。因此，P5C作为该蛋白底物的功能引起了人们的极大兴趣。P5C还可以通过P5C脱氢酶转化为谷氨酸，然后转化为αKG。来自线粒体POX的αKG不仅是TCA循环的底物，也是一种调节分子（见下文）。
脯氨酸代谢与癌症
肿瘤代谢研究的重新兴起部分是由于癌症基因组学的发现，发现任何单个肿瘤都有多种突变。这些基因组的目录显示，在任何一个肿瘤中都有100多个突变基因(26). 尽管其中一些基因已被降级为乘客基因，而另一些则被指定为驾驶员基因(30)，不可避免的结论是，肿瘤突变和选择了通路而不是特定基因，以逃避应激情况或宿主防御机制，从而使其得以生存。重要的是，突变基因不仅构成了增殖信号的遗传记录，而且还构成了在解剖畸变、宿主防御和支持肿瘤快速生长的后勤所施加的各种时间和空间条件下生存适应的遗传记录(105).
最近，癌症干细胞是致癌的基础这一观点变得普遍起来(47). 该假说认为，一些细胞具有部分或全部必要的突变基因，保持其分化潜能，以表达任何或所有这些突变基因(31). 因此，依赖于微环境、宿主防御或细胞毒治疗施加的压力，干细胞可以在压力下生存或逃避治疗性损伤。但细胞通过新陈代谢挑战的存活推动了选择。奥托·沃伯格的开创性工作(109)受到了相当大的关注。他获得诺贝尔奖的发现可以概括为即使在有氧的情况下，肿瘤细胞对糖酵解的适应甚至“上瘾”(105). 当然，这些特征代表了“成功”肿瘤细胞的代谢特征，即快速增殖。这些概念有助于理解在致癌过程中观察到的脯氨酸代谢变化。
POX对癌症的影响
虽然我们已经简要讨论了脯氨酸代谢系统的动员作为一种应激反应，但我们现在必须将这些反应具体应用于致癌。早期对脯氨酸代谢酶的研究侧重于脯氨酸作为一种蛋白质生成氨基酸的内源性生物合成。酶特异性活性的比较表明，合成途径中的一些酶在肿瘤中高于相应的正常组织(35). 然而，这些差异并不明显，不能推广到所有肿瘤组织。由于这些不一致性，没有进一步研究这些酶在各种肿瘤中的特性。在癌症研究的基因组时代，这些基因被归类为管家。
然而，到了20世纪80年代初，脯氨酸代谢的特殊调节功能得到了承认(87). 但是，在发现编码POX/PRODH的基因是由p53诱导的之前，这些代谢功能的生态位基本上仍然未知(94). 由于p53是基因毒性应激的关键反应因子，是公认的通用抑癌基因，p53对POX/PRODH的诱导导致人们认识到脯氨酸代谢的特殊功能之一是致癌(88).
POX/PRODH表达不仅对基因毒性应激反应，而且对炎症应激和代谢应激反应（见上文）。PPARγ具有特殊的意义，因为其转录调控需要多种因素的协同作用，包括维甲酸X受体、PPARγ辅活化因子-1和P300/CEBP(34,80,98). 因此，由该转录因子介导的POX/PRODH表达的调节可以通过多种机制进行调节。我们和其他人表明，PPARγ诱导的细胞凋亡是通过其诱导POX/PRODH和通过POX/PODH产生脯氨酸依赖性ROS来介导的(48,83). 这些发现很有意义，因为在使用噻唑烷二酮类药物治疗的糖尿病患者中，某些癌症（例如肺癌）的发病率降低。吡格列酮作为化疗预防药物的临床试验正在进行中。
由于POX/PRODH在应对三种类型的应激（即遗传毒性应激、炎症应激和代谢应激）时上调，并且POX/PORDH催化的酶活性产生许多产物，因此这种活性如何以及在什么条件下与癌症相关()? 首先，脯氨酸的电子转移到酶活性部位的黄素腺嘌呤二核苷酸。这些电子既可以直接还原氧形成超氧化物，通过超氧化物歧化酶（SOD）2将其转化为过氧化氢，也可以转移到细胞色素c的电子传递链中生成ATP(111). 另一种产品，P5C，具有多种代谢命运。吡咯烷-5-羧酸脱氢酶将P5C转化为谷氨酸，然后谷氨酸可以转化为αKG。由于αKG不仅是TCA循环的中心底物，也是HIF-1α脯氨酰羟基化的关键底物，因此αKG可用性的改变被认为是HIF-1信号的调节器(36,50). 最后，P5C通过（PYCR1/2）转化回脯氨酸(). PYCR1/2与POX/PRODH一起催化脯氨酸循环，脯氨酸循环可用于调节细胞内的氧化还原(87).
在细胞凋亡和程序性细胞死亡的信号背景下，POX/PRODH产生的超氧物是一个重要发现(61). SOD2共表达可消除POX/PRODH的一些下游效应。因此，通过POX/PRODH的表达对内源性（线粒体）和外源性（死亡受体）肢体的凋亡激活可以至少部分地被SOD2阻断(62). 此外，MAPK的下调(62)和COX-2/PGE2(63)所有信号似乎都依赖于活性氧的生成。POX介导的活性氧生成有什么特别之处吗？活性氧的化学生物学及其从电子传递链的零星泄漏中产生(53)或由于NADPH氧化酶的酶介导事件(46)和/或黄嘌呤氧化酶(9)超出了本次审查的范围。然而，POX是一种高度调节的线粒体膜结合酶，与上述其他活性氧来源相比具有优势。电子传输链中的电子泄漏可能是零星的，小分子的清除和酶介导的这些自由基的失活可以防止其破坏作用(53). 有人提出NADPH氧化酶可以被调节以产生超氧物，这是ROS信号的来源(12). 这可能是生长因子介导的信号转导，主要发生在细胞膜上，NADPH氧化酶的位置(12). 然而，POX/PRODH可能是ROS的一种调节线粒体来源，可能直接控制线粒体或内源性凋亡。
脯氨酸中的电子也可以通过细胞色素c提供给电子传递链以产生ATP(1,2,87). 这当然发生在营养缺乏的情况下，此时POX活性显著增加。此外，随着雷帕霉素对mTOR的抑制，细胞ATP的维持似乎是脯氨酸依赖性的(84). 脯氨酸产生ATP的部分原因是脯氨酸循环和PPP之间的代谢连锁() (32,33,87). 在营养应激条件下，当葡萄糖不足以通过糖酵解维持ATP时，葡萄糖可以通过戊糖磷酸分流的氧化和非氧化臂完全转化为CO2。NADPH形式的还原电位通过P5C和脯氨酸的循环转移到线粒体以生成ATP。当表达POX/PRODH时，PPP增加了五倍以上(88)脱氢表雄酮（PPP氧化臂的速率限制酶葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的抑制剂）可以显著抑制伴随这种激活的ATP生成(28). 当然，脯氨酸循环由三种酶组成，POX/PRODH和PYCR1/2。最近在先天性PYCR1缺乏的患者中证明了该循环在维持细胞氧化还原状态中的重要性。这种酶的缺失会导致一种综合征，包括皮肤松弛、特征相、骨骼和神经异常以及前类固醇特征。这些患者的成纤维细胞对外源性H毒性的抵抗力显著降低2O（运行）2(95).
研究人员最近的工作强调了在各种条件下癌细胞中PPP活性的增加。p53诱导的TIGAR可能会增加PPP产生的核糖，从而增加核苷酸合成的补救和从头途径(7). 通过PPP氧化臂的流量调节由NADP/NADPH比值调节，与PPP适当耦合可以产生ATP生成还原电位(87)如果适当的氧化还原穿梭机正在工作。因此，p53和营养剥夺诱导POX/PRODH可以在没有大量糖酵解通量的情况下生成ATP，也可以增加葡萄糖-6-磷酸到核糖-5-磷酸的通量，以合成核苷酸(117).
在培养的淋巴瘤细胞中，谷氨酸分解增加与糖酵解通量显著增加有关(17). Dang等人(18)和Vander Heiden等人(105)强调了这些代谢适应对细胞质量产生的重要性。事实上，谷氨酰胺作为氮供体是必要的，也是嘌呤从头合成第一步的必要底物(114). 当肿瘤发展到产生细胞团时，代谢压力的挑战很可能已经成功克服。因此，在这种状态下，生物能量学不再是一个障碍。新生血管已经形成，新血管提供充足的葡萄糖和谷氨酰胺。
下游αKG的功能也是令人感兴趣的。因为脯氨酰羟化酶是一种使用αKG作为底物的双加氧酶(36)，脯氨酰羟化酶家族对HIF-1α的羟化作用可受αKG浓度的影响(50,65)，羟基化HIF-1α与Von Hippel-Lindau蛋白结合，并被导向蛋白酶体降解。因此，线粒体肿瘤抑制因子（TCA循环的组成酶）已被确定。由于P5C依次脱氢为谷氨酸和αKG，增加POX/PRODH将增加HIF-1α的降解。αKG介导的脯氨酰羟基化增加将导致HIF-1α降解增加。最近的实验表明，DLD-POX细胞中POX/PRODH的过度表达导致αKG水平升高，HIF-1α水平降低，VEGF水平降低(60). 这种调节信号是否与生理或病理生理应激信号调节的POX/PRODH水平一起发生需要进一步研究。
另一个需要进一步阐述的领域涉及代谢压力和/或营养剥夺。在血管减少的情况下，缺氧和营养剥夺随之而来，这不仅适用于葡萄糖，也适用于通常通过循环输送的所有营养素。这不仅包括葡萄糖，还包括循环氨基酸，尤其是谷氨酰胺，它是肌肉、肝脏和肾脏之间氨基酸氮转移的主要货币(27). 同样，脂肪酸的输送也会受到限制。我们提出，生态吞噬，即基质金属蛋白酶介导的肿瘤细胞微环境中细胞外基质的降解，可能是避免因营养缺乏而死亡的第一反应(88). 在生态吞噬之后，细胞成分的降解即自噬被激活，成为生物能量学的一个来源。最后，如果自噬不足以维持生存，就会发生凋亡。当然，即使是细胞凋亡也是一个有序的、需要能量的细胞成分再循环程序。
POX作为肿瘤抑制剂
但这些在组织培养中已被证实的机制是否在致癌过程中参与体内机制？我们试图将这些效应转化为小鼠体内模型。当注射到免疫缺陷小鼠的侧翼时，DLD-1结直肠癌细胞很容易形成异种移植瘤(60). 当小鼠在饮用水中服用多西环素时，DLD-tet-off-POX细胞不会表达POX/PRODH。当停用强力霉素时，POX/PRODH将在这些细胞中过度表达。我们首先抑制POX/PRODH的表达，并使植入的肿瘤建立并生长到100 cu mm。当时，去除了多西林，并记录了肿瘤中POX/PODH的表达。对于已建立的肿瘤，POX/PRODH的表达对进一步生长几乎没有影响。相反，当将细胞注射到饮用水中含有或不含有多西林的动物体内时，POX的表达完全抑制了肿瘤的植入和生长(60). 两周后，20只没有强力霉素的动物中有16只仍然没有可触及的肿瘤。然后，给其中八只动物饮用含多西环素的饮用水以抑制POX，它们很容易长出肿瘤，这表明肿瘤细胞确实存在并且可以存活，但生长受到POX表达的抑制。这些发现进一步表明，尽管细胞凋亡是组织培养系统中的模型，但抑制生长似乎是体内的主要作用(60). 这些观察清楚地表明，POX的作用可以转化为体内动物模型。重要的是，他们强烈建议POX/PRODH作为肿瘤抑制蛋白发挥作用。
将POX/PRODH视为肿瘤抑制因子需要证据证明人类肿瘤已经避开了该抑制因子，即人类肿瘤已经丢失或下调了该蛋白。为了检验这种可能性，我们设计了一种POX/PRODH的免疫组织化学检测方法，并检测了来自不同组织来源的97例人类肿瘤以及来自同一患者的匹配正常组织。大多数情况下，正常对照来自邻近组织。在这些不同的肿瘤中，56%的POX表达水平降低，这一发现具有临界意义。然而，当考虑到消化道（结肠、直肠、胃、胰腺和食道）的肿瘤（N=37对）时，与正常组织相比，78%的肿瘤的POX显著降低或检测不到(60). 根据这个来源以及另外两个来源，将26例肾癌与正常组织进行比较，85%的肿瘤的POX显著降低或检测不到(59). 因此，从免疫组织化学监测的人类肿瘤来看，POX在多种人类肿瘤中的表达显著降低，尤其是消化道和肾脏的肿瘤。对于后者，先前有报道称，肾脏肿瘤中POX mRNA减少，这与POX蛋白的大幅减少一致。因此，POX在人类癌症中的下调已被证实，并且结合体外研究的大量数据，POX/PRODH的抑癌功能已被牢固确立。
经典的抑癌蛋白p53符合Knudsen模型，即一个等位基因中的单核苷酸多态性和其他等位基因的体细胞突变，导致活性显著降低或丧失(49). 因此，我们检测了POX基因，寻找肿瘤中的突变。虽然我们发现了一些单核苷酸多态性，但这些与活性丧失无关；POX/PRODH表达缺失的肿瘤突变不明显。表观遗传机制是另一种可能性，我们筛选了POX/PRODH启动子和CPG岛编码序列，但发现正常和结直肠肿瘤组织的甲基化没有差异。尽管这些还没有被排除，但共同的表观遗传机制并没有导致POX/PRODH在正常和肿瘤表达之间的差异。
微小RNA调节POX
我们发现一种特殊的microRNA，miR-23b*（星号表示表达前体的不太主要形式），它能有效抑制POX/PRODH的表达。它主要在蛋白质翻译水平上产生作用，这是许多miRNAs的共同特征(59). miR-23b*的模拟RNA不仅抑制POX/PRODH的表达，其安替戈米还增加POX/PODH的表达，至少在POX/PORDH表达低的肿瘤细胞中是如此。使用荧光素酶分析显示miR-23b*与POX/PRODH基因的3′-UTR结合。为了确定miR-23b*与人类癌症POX/PRODH的关键相关性，我们从16例透明细胞肾癌中获得了冷冻肿瘤和配对正常组织。选择组织学定义的肿瘤有助于最小化生物多样性。根据Western分析，16例患者中有13例POX/PRODH表达显著降低。此外，肿瘤中miR-23b*水平升高。重要的是，后者的水平与前者的表达之间存在反向关系。在一项统计检验中，在p＜0.001的水平上，这种相反的关系是显著的。最后一项测试是使用原位杂交检测miR-23b*的表达，这表明与正常肾组织相比，肿瘤组织的表达显著增加。因此，POX/PRODH不仅是一种肿瘤抑制因子，而且由于miR-23b*的作用，其下调机制也已确立(59).
通过监测miR-23b*介导的POX/PODH上调及其功能效应，进一步验证了这种关系。使用miR-23b*的antagomir，我们增加了一些结直肠癌细胞中POX/PRODH的表达。重要的是，伴随着POX/PRODH表达的增加，细胞生长减少，S/G2检查点的阻滞增强。POX/PRODH对HIF-1α水平的影响通过操纵miR-23b*进行复制（见上文）。MiR-23b*模拟物不仅降低了POX/PRODH的诱导，而且调节了HIF-1α的降低。这一点尤其重要，因为HIF-1α信号系统在肾脏致癌过程中发挥着特殊作用。因此，miR-23b*控制的POX/PRODH肾抑制因子及其与HIF-1α的关系可能具有特殊的临床意义(59).
如上所述，脂肪细胞衍生转录因子PPARγ及其配体噻唑烷二酮类（经常用于2型糖尿病）对POX/PRODH的诱导作用非常有趣(83,93). 最近的研究强调氧化低密度脂蛋白（oxLDL）水平是动脉粥样硬化形成的关键因素，这一点尤其正确(43). 肥胖和oxLDL水平升高与癌症风险增加之间的流行病学关系已经建立(20). 但导致这种关系的分子机制几乎完全未知。因此，我们利用组织培养模型进行了研究，以阐明oxLDL与致癌机制之间的可能联系(118). 首先，我们确定用生理浓度的oxLDL治疗结直肠癌细胞以及非恶性内皮细胞可显著增加POX表达。针对前者，我们发现7-酮胆固醇是oxLDL的丰富成分，是PPARγ的配体，PPARγ激活是POX/PRODH诱导的机制。此外，oxLDL同时引起细胞凋亡和自噬。但与噻唑烷二酮类药物的作用相反，oxLDL对细胞凋亡的影响并没有被POX/PRODH的敲除所阻断。据推测，oxLDL具有诱导凋亡的POX依赖性和POX非依赖性机制。相反，oxLDL诱导LC3-I转化为LC3-II，标志着自噬的开始(77)，被POX敲低显著降低。DLD-POX细胞模型提供了POX能够激活自噬的直接证据。POX的表达不仅激活了LC3的转化，还诱导了beclin-1的表达。这些发现表明，oxLDL通过PPARγ和POX表达激活自噬可能是介导肿瘤细胞存活的机制(118). 这些体外机制是否适用于体内情况尚待确定。
癌症代谢时间表
由于这些不同且有时矛盾的影响，只有考虑到影响肿瘤演变的时间和空间应力，才可能出现一种受调控的模式(). 首先，炎症应激（PPARγ）在多种病理条件下发生，MMPs的激活和胶原重塑是这一过程的一部分。POX/PRODH可以利用可从活化的MMP降解胶原蛋白的底物，并参与限制慢性炎症和促进愈合的过程。当细胞承受遗传毒性应激并伴有DNA损伤时，增加p53水平将诱导POX/PRODH，其首先阻止细胞周期以优化修复并提供替代底物来源，例如刺激核糖核苷酸的产生(87,117)但如果损伤无法修复，激活的POX/PRODH将产生ROS以启动细胞凋亡。另一方面，如果增殖信号被突变（致癌基因）锁定，即RAS、AKT/P13K和APC，细胞将从其基底膜部位分离并与血液供应隔离。随着营养胁迫，mTOR被下调，从而增加POX/PRODH的表达，以利用基质金属蛋白酶从胶原蛋白（生态型）中释放的底物。由于营养应激可能先于缺氧，因此POX/PRODH可能在HIF-1α之前上调。事实上，脯氨酸代谢中α-KG的增加降低了HIF-1α的水平(60). 然而，只有当底物脯氨酸可用时，HIF-1α的这种下调才得以维持。在血管重建后，随着葡萄糖和谷氨酰胺的充足供应，肿瘤进入快速生长阶段，此时其主要目标是优化底物的使用以增加细胞质量(105). 在这些条件下，脯氨酸被用于蛋白质合成。因此，POX/PRODH被下调。我们为POX/PRODH在人类肿瘤中作为肿瘤抑制蛋白提供了证据。此外，我们实验室最近的研究表明，POX/PRODH的表达受到一种特殊的microRNA miR-23b*的下调(59). 由于POX/PRODH的下调是所谓的上皮-间质转换的伴随物，其上调是这一过程的逆转，因此间质-上皮转换被认为伴随着肿瘤转移。已经开始调查这种可能性。
假设的癌症代谢时间表。实体瘤从转化前到恶性转化、代谢应激、血管生成和快速增殖的进展。三磷酸腺苷；miRNA，microRNA；基质金属蛋白酶；脯氨酸氧化酶；过氧化物酶体增殖物激活受体；磷酸戊糖途径；活性氧。
上述情景虽然是推测性的，但允许整合关于POX/PRODH调节及其观察到的后果的所有现有结果；然而，它提出了一些有趣的问题。(一)控制脯氨酸衍生电子是否用于还原氧气和生成超氧物而不是被导入电子传递链生成ATP的开关是什么？(b条)当PPARγ诱导时，POX/PRODH产生ROS，但ROS依赖性自噬与凋亡的决定因素是什么？(c（c）)是什么调节miR-23b*的水平？(d日)mTOR上调POX/PRODH的分子机制是什么？(e（电子）)羟脯氨酸在这个过程中的作用是什么？它是一个冗余系统，使用脯氨酸对系统进行备份，还是具有特殊、独特的功能？这些只是有待回答的几个问题。
