综述：从果蝇到人类：维生素B6与癌症关系的果蝇模型转化研究价值

《International Journal of Molecular Sciences》：From Fly to Human: Translational Relevance of Drosophila Models in the Study of Vitamin B6 and Cancer Relationship Fiammetta Vernì, Chiara Angioli, Angelo Ferriero and Beatrice Agostini

本综述系统解析活性形式PLP在肿瘤代谢与基因组稳定性中的双重作用，结合果蝇模型揭示（PLP）缺乏通过氧化应激与（SHMT）失活驱动恶性转化的机制，并探讨（PDXK/PNPO）基因-营养互作及糖尿病微环境下的协同致癌效应，为靶向一碳代谢的精准干预提供跨物种证据。

　　

维生素B6作为必需微量营养素，其活性形式吡哆醛5'-磷酸（PLP）不仅是肿瘤发生相关代谢反应的关键辅因子，更具有抗氧化功能。低血浆PLP水平与癌症风险存在显著关联，但膳食摄入研究结果存在矛盾。证据表明，维生素B6缺乏对癌症的影响具有环境依赖性，随细胞类型与肿瘤分期动态变化。（PDXK）与（PNPO）作为PLP生物合成关键基因，其高表达在某些恶性肿瘤中与肿瘤进展相关，而在另一些癌症中却预示较好预后。本文聚焦黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）模型，探讨其如何突破人类研究局限，阐明维生素B6缺乏致癌的分子机制。

维生素B6涵盖六种可相互转化的水溶性化合物（维生素体），均含中心吡啶环：吡哆醇（PN）、吡哆胺（PM）、吡哆醛（PL）及其5'-磷酸化形式（PNP、PMP、PLP）。PLP是主要生物活性形式，作为脱羧酶、脱氨酶、转氨酶等反应的辅酶，PM P也可参与特定催化。与植物和微生物不同，人类无法从头合成维生素B6，需通过补救途径转化不同维生素体。在该途径中，非磷酸化形式PL、PN、PM首先经ATP依赖的吡哆醛激酶（PDXK或PLK）磷酸化，随后由FMN依赖的吡哆醇/吡哆胺5'-磷酸氧化酶（PNPO）氧化为PLP。

摄入后，B6维生素体被肠道磷酸酶水解为PL、PM、PN，吸收转运至肝脏后经PDXK磷酸化，再由PNPO催化生成活性PLP。PLP与白蛋白结合经血液分布，需经非特异性碱性磷酸酶（TNSALP）转化为PL才能跨膜，进入细胞后PDXK重新磷酸化使其结合脱辅B6酶。PLP的4'-醛基具有高反应性，过量会引发非特异性有害反应，因此细胞通过产物抑制（PLP自身抑制PDXK和PNPO）、磷酸酶微调及保守的PLP结合蛋白（PLP-BP）维持稳态，后者可能作为RNA结合蛋白参与转录后调控。人类PLP降解主要产物为4-吡哆酸（4-PA），经PLP磷酸酶（PLPase）脱磷酸为PL，再经醛氧化酶（AOX）或乙醛脱氢酶（ALDH）氧化生成。

PLP作为约4%细胞代谢反应的辅因子，参与脂肪酸合成、糖原降解及四吡咯（血红素、钴胺素、叶绿素）合成，对肾上腺素、多巴胺、血清素、GABA等关键神经递质合成至关重要，还影响B6依赖性脱辅酶的正确折叠。除催化功能外，PLP调节类固醇激素受体活性与免疫功能。各维生素体具保护作用：PLP和PMP对抗晚期糖基化终产物（AGEs）形成，所有维生素体通过羟基和胺基清除活性氧（ROS）；PLP还通过作为半胱氨酸合成的辅因子（谷胱甘肽限速前体）减轻氧化应激。

成人19-50岁维生素B6推荐膳食摄入量（RDA）为每日1.3 mg，51岁以上男性1.7 mg、女性1.5 mg。肉类（牛肝、鸡肉、火鸡、金枪鱼、鲑鱼）和鱼类是吸收率最高的来源，植物性食物中鹰嘴豆尤为丰富，土豆和香蕉等水果也有贡献，早餐谷物常强化添加。原发性缺乏少见，继发性缺乏多由吸收不良、遗传倾向、生理需求增加或药物相互作用引起，如肾功不全、胃肠道疾病（乳糜泻、炎症性肠病）、酒精依赖、妊娠、肥胖、糖尿病，以及异烟肼、青霉胺等药物影响。PDXK和PNPO基因突变可导致严重神经症状。B6缺乏表现为贫血、免疫受损、代谢紊乱，与糖尿病、多种癌症、神经系统疾病相关，但分子机制未完全阐明。过量摄入（尤其不当高剂量补充）可致外周神经毒性，停药后多可恢复，部分可持续。

自20世纪50年代，临床前研究探索维生素B6可用性变化对癌生长的影响。体外和动物研究显示缺乏可能通过减缓肿瘤生长发挥抗肿瘤作用，认为恶性细胞高代谢需高PLP维持增殖，曾尝试用B6拮抗剂4-脱氧吡哆醇（4-DP）降低PLP，但因全身毒性受限。尽管少数研究提示缺乏促进生长，早期临床结果否定抗肿瘤效应，但至80年代初主流仍认为限制B6可通过拮抗加速PLP代谢抑制增殖。80年代中期起，研究转向B6可能具抗肿瘤特性，多项证据显示给予PN或PL等维生素体可抑制肝癌、黑色素瘤细胞系生长，体内注射或膳食补充也证实抑制肿瘤生长。然而，预防复发研究结果不一，早期膀胱癌症复发率降低的结论未被后续试验复现。

80年代证据表明PLP水平随肿瘤进展下降，实验性肝癌中瘤内PLP水平和生物利用度与进展呈负相关，结直肠腺癌（CRC）样本中维生素水平显著高于周围健康组织，但肝转移灶中B6显著低于正常肝组织。解释认为免疫系统为自身代谢需求隔离B6，限制肿瘤细胞可用量，免疫缺陷癌症患者补充PN改善免疫状态支持此假说。近年一碳（1C）代谢中B6的作用受关注，PLP作为丝氨酸羟甲基转移酶（SHMT）、转硫途径关键酶的辅因子，参与核苷酸合成、甲基供体供应及谷胱甘肽（GSH）生成，推测最佳PLP水平对维持基因组完整性、正确甲基化模式及抗氧化防御至关重要。基于此，多项回顾性和前瞻性研究评估膳食B6摄入和血浆PLP与癌症风险的关联，除循环PLP外，PAr指数（4-PA与PL+PLP之和的比值）作为加速分解代谢的敏感指标也被采用。

除少数例外，这些研究一致发现B6状态与多种恶性肿瘤风险和/或生存结局呈负相关。大规模前瞻性研究显示B6状态与肺癌风险显著相关，欧洲癌症与营养前瞻性调查（EPIC）队列（约52万参与者）表明血清B6和甲硫氨酸水平与肺癌风险负相关，且与吸烟状态无关；肺癌队列联盟（四大洲20个前瞻性队列）证实低血清PLP和高PAr指数与肺癌风险升高相关，提示炎症和免疫激活驱动的B6分解加速在肺致癌中起关键作用。循环PLP水平与胰腺癌风险呈剂量依赖性负相关，荟萃分析支持高血浓度PLP的保护作用。夏威夷和南加州多民族队列巢式病例对照研究发现高循环PLP保护绝经后浸润性乳腺癌，激素受体阳性（ER+/PR+）肿瘤效应更显著。

B6与CRC的关联尤为明确，护士健康研究、医师健康研究及多民族队列等多项巢式病例对照研究一致报道血浆PLP浓度与该恶性肿瘤发病率负相关，且独立于其他一碳代谢物和炎症标志物。一项大型人群研究中，3-羟基犬尿氨酸：黄尿酸（HK:XA）比值（反映功能状态低下）和高PAr水平均与CRC风险升高显著相关，且更支持肿瘤进展而非起始阶段的作用。中国医院研究也显示PLP与风险负相关，PAr指数正相关，支持炎症和氧化应激在结直肠致癌中的作用。此外，术前B6状态是I-III期CRC患者总生存期的重要预后指标，高水平与更好生存相关。

循环PLP水平与癌症风险降低的一致性较高，但膳食B6摄入研究结果不一。早期荟萃分析和队列研究（如Larsson、Zhang等）报道无关联或异质性显著，Zhang等指出在营养充足人群中成人队列结果可能不一致。Mocellin（2017）系统综述涵盖观察和干预研究，发现PLP水平与胃肠道肿瘤强负相关，但膳食摄入证据较弱，且仅食物来源B6呈有利关联，补充剂无此效应。近期Lai等（2023）荟萃分析（20项队列+8项病例对照）报道B6摄入和血PLP水平与CRC风险降低均有统计学强关联，纳入近期大规模数据提高了统计效能，识别出早期小规模分析未能发现的结果，并将B6保护作用拓展至胃肠道以外，如卵巢癌风险降低。研究差异可能源于微量营养素摄入与癌症因果关联的复杂性，混杂因素（如高维生素摄入常伴随整体健康行为）、食物中营养素共消耗难以分离单一效应、慢性炎症和遗传变异影响生物利用度等均是重要原因。

癌细胞代谢重编程需增加辅因子供应以支持加速生物合成，维生素B6补救途径关键酶PDXK和PNPO的表达改变是多种恶性肿瘤的特征。两者表达模式因癌症类型而异，可上调或下调。肺癌中高PDXK水平通过恢复进行性下降的PLP与较好预后相关；相反，急性髓系白血病（AML）母细胞高表达PDXK以满足快速增殖的核苷酸需求，降低PDXK活性或用PLP抑制剂可减少癌生长。浆液性卵巢癌、肝细胞癌细胞系中PDXK上调促进增殖转移，可作为诊断治疗靶点。PNPO被纳入预测CRC患者总生存的7基因panel，在上皮性卵巢癌（EOC）中过表达，敲低可抑制增殖侵袭；浸润性导管癌中抑制PNPO诱导凋亡；至少21种肿瘤在mRNA和蛋白水平过表达PNPO，约1.3%肿瘤存在PNPO基因改变（多为扩增，也有错义、截短突变或深度缺失）。有趣的是，PNPO过表达比PDXK更常与癌症发生相关，推测因其作为PLP合成限速酶，控制将主要积累的中间体（PNP/PMP）转化为活性辅因子PLP的关键步骤，癌细胞过表达PNPO以绕过瓶颈，快速增加支持增殖和合成生长的PLP产量。

PLP通过辅因子作用和抗氧化特性多途径影响癌症进展，部分涉及基因组完整性和基因表达的机制与一碳代谢相关，包括叶酸循环、甲硫氨酸循环和转硫途径。叶酸循环中，PLP作为SHMT辅因子，将丝氨酸转化为甘氨酸，释放的1C单位转移至四氢叶酸（THF）生成N5,N10-亚甲基THF，后者被胸苷酸合酶（TS）用于胸苷酸（dTMP）生物合成（DNA必需前体）；N5,N10-亚甲基THF也可还原为甲基-THF进入甲硫氨酸循环，调节DNA和蛋白质甲基化。转硫途径中，PLP作为胱硫醚β-合酶（CBS）和胱硫醚γ-裂解酶（CSE）辅因子参与半胱氨酸生成（GSH关键前体）。

PLP缺乏已显示降低人类细胞和果蝇中SHMT活性。叶酸循环中，这导致dTMP水平降低，引发核苷酸失衡，触发复制应激和叉停滞；dUTP/dTMP比值升高可促进尿嘧啶错误掺入DNA，两种机制最终导致DNA双链断裂（DSBs）。除核苷酸失衡外，dTMP剥夺还可通过诱导ROS产生驱动DSB形成。预计PLP耗竭也会通过损害转硫途径（PLP作为CBS/CSE辅因子）增加ROS，且该途径是GSH合成关键；此外，维生素B6缺乏因丧失直接抗氧化功能（PLP和维生素体作为ROS清除剂中和超氧自由基和脂质过氧化物）加剧氧化应激。除核苷酸合成外，SHMT是甲硫氨酸循环关键调节因子，PLP辅因子受限导致的SHMT活性降低会减少甲基池，驱动表观遗传失调（肿瘤发生标志）。

上述机制可在癌基因和抑癌基因内诱导突变或改变表达。未正确修复的DSB可导致染色体畸变（易位、缺失、扩增），进而形成致癌融合蛋白、丢失抗凋亡功能或病理过表达促生长因子。除基因组不稳定外，维生素B6缺乏还通过促进慢性炎症和损害抗肿瘤免疫促成恶变。B6是强效抗炎调节剂，PLP水平与慢性炎症标志物负相关，相关通路包括犬尿氨酸途径和1-磷酸鞘氨醇（S1P）代谢。低B6水平使犬尿氨酸途径偏向产生促炎代谢物，且B6是S1P裂解酶（SPL，不可逆降解S1P的酶）必需辅因子，S1P是触发促炎通路的生物活性脂质。此外，B6抑制NF-κB和NLRP3炎症小体途径，阻断caspase-1激活以加工促炎细胞因子为成熟形式。PLP对T淋巴细胞增殖分化及细胞因子合成不可或缺，尤其对维持抗肿瘤免疫中自然杀伤（NK）细胞功能至关重要。这可能导致肿瘤细胞与邻近免疫细胞间的代谢竞争，如胰腺导管腺癌（PDAC）细胞限制B6可用性，阻止NK细胞清除肿瘤，维生素B6补充联合靶向B6依赖性一碳代谢可能抵消此竞争。近期证据表明PL和PLP是MR1（主要组织相容性复合体I类相关蛋白1）配体，MR1促进抗原呈递给识别癌症的T细胞，提示肿瘤细胞内B6水平波动可能影响PL/PLP作为MR1配体的可用性，从而调节癌症免疫识别。

果蝇是研究维生素B6与癌症关系的卓越模型，克服了体外细胞系统和流行病学研究的局限，能在高度受控环境中消除复杂哺乳动物系统的混杂因素，建立明确因果关系，便于探索分子机制；外源化合物易给药代谢，且用PLP抑制剂毒性副作用少于哺乳动物模型；简单核型利于精确分析染色体损伤。对4-DP处理的幼虫进行代谢组学分析显示显著定量改变，主要归因于PLP作为氨基酸和糖代谢反应辅酶的作用，验证了果蝇模型研究B6改变后果的价值，也表明4-DP补充是诱导果蝇功能研究中PLP缺乏的有效策略。

果蝇研究证实PLP对维持基因组完整性至关重要。dPdxk（人类PDXK同源基因）突变导致幼虫神经母细胞染色体畸变（CABs），PLP给药可完全挽救；野生型细胞中PLP拮抗剂（4-DP、青霉胺、环丝氨酸、异烟肼）诱导高CAB频率。此基因组维持作用进化保守：人类细胞siRNA敲低PDXK或4-DP处理也诱发CABs和DNA修复灶，重现果蝇表型；人类野生型PDXK转基因可挽救果蝇dPdxk¹突变体性状，而催化活性受损的人PDXK变异体表达则导致持续染色体损伤。酿酒酵母中pyridoxal激酶编码基因BUD16突变导致染色体重排、核苷酸失衡及对羟基脲（HU，核糖核苷酸还原酶抑制剂）敏感性增加，但DNA损伤源于核苷酸池失衡损害合成，而非尿嘧啶掺入；果蝇dPdxk¹突变体虽有dUTP升高，却未表现类似HU敏感性，提示物种间DNA损伤机制可能不同。RNAi沉默果蝇sugarlethal（sgll，PNPO同源基因）或体内CRISPR-Cas9体细胞诱变sgll^PNPO基因，同样导致染色体和DNA损伤。

PLP缺乏促进果蝇癌症发生发展。PLP抑制剂处理可将良性Ras^V12肿瘤转化为恶性形式。果蝇中Ras^V12癌蛋白初始表达致良性肿瘤，但在引入额外突变或环境应激时可恶性转化，模拟人类肿瘤发生的多步骤性（二次打击如抑癌基因丢失或显著代谢应激触发侵袭转移）。近期证据显示，PLP缺乏诱导的Ras^V12肿瘤转化关键依赖ROS介导的基因组不稳定，源于PLP直接抗氧化能力丧失和作为SHMT酶辅因子的双重作用。Ras^V12肿瘤用4-DP或银杏毒素（4'-O-甲基吡哆醇）处理后，不仅表现恶性特征，还存在显著DNA和染色体损伤、氧化应激及SHMT活性降低。抗氧化剂（抗坏血酸AA或α-硫辛酸ALA）处理通过消除氧化应激和DNA损伤完全挽救肿瘤表型，表明ROS是驱动基因组不稳定影响肿瘤发展的主因。虽SHMT耗竭也导致核苷酸失衡可能促进DSB，但抗氧化剂单独即可挽救DNA损伤，提示基因组不稳定主要源于ROS。有趣的是，dTMP补充也挽救肿瘤表型、ROS水平和DNA损伤，证明dTMP耗竭的主要后果是增加ROS产生。dTMP与ROS的关联也被Ozer（2015）和Duo（2019）报道，归因于dTMP剥夺诱导的NADPH氧化酶（NOX）活性增加。由此提出具有转化价值的模型：PLP缺乏通过驱动ROS介导的基因组不稳定促进恶变，机制为PLP抗氧化能力丧失和SHMT活性受损的协同作用，dTMP耗竭主要放大ROS积累，而核苷酸失衡作为次要因素通过损害DSB修复加剧不稳定。果蝇不仅确定基因组不稳定是Ras^V12肿瘤转化的驱动力，还阐明SHMT耗竭在此过程中的机制，ROS的关键作用在小鼠研究中得到支持——维生素B6补充通过减少氧化应激标志物显著抑制偶氮甲烷（AOM）诱导的结肠癌。4-DP处理也加剧Ras^V12csk^-/-肿瘤（Ras^V12过表达合并csk基因纯合无效突变，csk是Src激酶负调控因子），阻止肿瘤细胞凋亡从而促进恶性增殖（未发表结果）。同样，4-DP通过驱动基因组不稳定加速Ras^V12Dlg^RNAi肿瘤进展（沉默极性基因Disc large（Dlg）使Ras^V12肿瘤恶性转化），PLP耗竭进一步加剧表型，沉默sgll/PNPO基因重现这些表型。

宏量和微量营养素与代谢酶的基因-营养相互作用显著影响癌症风险，一碳途径是典型范例，利用多种维生素作为必需辅因子调节甲基转移。经典范式是亚甲基四氢叶酸还原酶（MTHFR）多态性变异与叶酸（B9）摄入减少协同改变细胞内甲基化水平并增加癌症风险。类似地，损害酶活性的遗传突变与相应辅因子可用性有限的协同作用预期会产生代谢脆弱性，升高致癌风险。迄今关于SHMT1多态性与B6水平对乳腺癌风险相互作用的研究虽有希望，但受限于样本量小需进一步验证。果蝇研究通过提供关键机制见解推进了对此相互作用的理解：RNAi耗竭SHMT诱导果蝇组织显著DNA损伤和染色体畸变，与PLP水平降低损害SHMT酶活性一致，且4-DP处理与SHMT缺乏协同进一步放大幼虫神经母细胞基因组不稳定。有趣的是，这种基因-营养相互作用深刻影响Ras^V12Dlg^RNAi肿瘤——单独SHMT耗竭足以诱导基因组不稳定和ROS积累从而驱动恶性进展，PLP耗竭与SHMT耗竭协同强烈加剧DNA和染色体损伤，但仅轻微增加肿瘤生长和转移，归因于极端基因组损伤触发凋亡，压倒Ras^V12Dlg^RNAi背景提供的抗凋亡信号。推及人类，取决于细胞环境，这种相互作用可能使肿瘤细胞处于关键十字路口：要么继续增殖并传递大量基因组损伤，要么停止增殖并凋亡。相反，在SHMT过表达的肿瘤中，此相互作用提示PLP抑制剂治疗可能与降低SHMT活性的疗法协同，增强凋亡抑制癌生长。但考虑到PLP在全球代谢和细胞生理中的必需作用及其维持基因组完整性的关键功能，任何涉及PLP耗竭的治疗策略都应采用靶向精准医学方法，最小化全身毒性和正常细胞诱变效应。值得注意的是，依赖PLP可用性生长的肿瘤细胞可能对PLP耗竭比非肿瘤细胞更敏感，此类背景下即使适度降低PLP水平也可能显著影响癌生长而对正常组织作用有限，因此确定最佳治疗剂量对避免全身PLP缺乏的有害后果至关重要。替代策略是可选择性靶向癌细胞PLP耗竭，如通过siRNA介导沉默PDXK特异性递送至肿瘤细胞，从而限制对健康组织的脱靶效应。

果蝇中，dPdxk突变或4-DP诱导的PLP缺乏与膳食糖（葡萄糖、果糖、蔗糖）协同增强幼虫神经母细胞染色体不稳定性。此外，多种2型糖尿病果蝇模型（通过下调保守胰岛素信号基因InR、chico、Akt¹或高糖饮食HSD构建）对PLP耗竭的敏感性显著高于非糖尿病对照。具体而言，4-DP处理后，糖尿病果蝇的DNA和染色体损伤水平约为同处理非糖尿病果蝇的2.5-3.5倍；Akt¹; dPdxk¹双突变体CAB频率显著高于单突变体，镜像糖尿病背景下对4-DP的超敏性。这种高血糖背景下对PLP耗竭的高敏感性具有重要临床意义，因为证据表明糖尿病患者常表现血浆PLP水平显著降低，提示B6缺乏可能加剧糖尿病患者的癌症风险。机制上，糖尿病果蝇PLP耗竭驱动晚期糖基化终产物（AGEs，高血糖触发的基因毒性化合物）积累，α-硫辛酸（AGE抑制剂）给药可挽救AGE水平和CAB频率，鉴于PLP天然拮抗AGE形成，4-DP处理的糖尿病细胞中PLP介导保护的丧失可能促进AGE积累，进而触发ROS产生导致DNA损伤。推及人类，这些发现提示低PLP水平可能是