Science子刊 |「貪吃」的癌細胞:通過糖酵解產生的能量來增殖和擴散

2020-12-23 健康界

    

本文為轉化醫學網原創，轉載請註明出處 

作者：Lauren

導言：糖是癌細胞的主要食物，糖類進入人體後會被水解成葡萄糖，我們身體的所有細胞（包括癌細胞）都需要葡萄糖來提供能量。癌細胞很「霸道」，它吸收葡萄糖的能力是正常細胞的10倍以上，但它只利用葡萄糖5%左右的熱量就會產生大量的乳酸，乳酸會抑制T細胞的活性，加速癌細胞的生長。由於癌細胞對葡萄糖貪得無厭，所以通過定位人體細胞消耗大量葡萄糖的區域就可以幫助識別癌症。

為了促進腫瘤細胞的快速增殖，腫瘤細胞依賴於糖酵解，糖酵解是一種很容易被癌細胞利用以獲得生長和擴散的能量的原始代謝途徑。

糖酵解是活細胞中最古老的能量產生形式，已經存在了數十億年，在氧氣累積在地球上之前就已經存在了，是地球上第一種原始生命形式的能源生產類型。

這一過程包括葡萄糖的分解，以產生分子代謝活動所需的能量。細菌會利用糖酵解，更複雜的有機體，例如植物和動物，也會用到糖酵解。然而，後者已經發展出更複雜的能源生產形式，儘管有糖酵解和較低的能源產量，例如，電子傳遞鏈會比糖酵解產生更多的ATP能量分子，然而，許多類型的腫瘤細胞依然優先使用糖酵解來為生長和增殖提供足夠的能量。

英國南安普頓大學醫學院癌症科學組的傑裡米·布萊德斯（Jeremy Blaydes）博士和查爾斯·N·伯茨（Charles N. Birts）博士報導說，癌細胞中的高糖酵解率的高頻率依然是許多人類腫瘤的既定特性。這一產生能量的過程給癌細胞提供了代謝物，可作為合成代謝途徑的前體。

布萊德斯和伯茨與一組研究人員在《科學信號》（Sciences Signaling）雜誌上撰文，發現在體外的乳腺癌模型中，有一些令人驚奇的新現象，他們稱之為糖酵解應激反應，涉及p53，p53基因攜帶著一種稱為腫瘤p53蛋白的DNA藍圖，蛋白質在調控細胞分裂和死亡等細胞活動中起著關鍵作用。長期以來的研究表明，p53基因突變可以使癌細胞生長和擴散。

 

布萊德斯和伯茨在《科學信號》雜誌上寫到，「組成性有氧糖酵解瓦博格效應（Warburg effect）是癌細胞的一個標誌，普遍是由致癌基因和抑癌基因的突變引起的。」癌症研究人員總結說，「瓦博格效應對癌細胞有多種影響，包括產生三磷酸腺苷（ATP）的能力，這減少了ATP生成對氧氣的依賴，從而減少了線粒體電子傳輸鏈產生的潛在破壞性活性氧物種（ROS）。」

在20世紀20年代，奧託·瓦博格（Otto Warburg）證實了，即使在不需要氧氣的情況下，培養的癌細胞也有高葡萄糖攝取率和乳酸分泌率。這三種特性，葡萄糖攝取、乳酸分泌和無氧創造能量都是瓦博格效應的標誌。

瓦博格是20世紀初的一位德國科學家，他是首位研究海膽卵的科學家，但在1923年，他把注意力轉向鼠腫瘤。這一轉變對腫瘤生物學學科產生了持久的影響，特別是在理解腫瘤細胞的能量產生和使用方面。瓦博格注意到，腫瘤細胞通過吸取來自宿主血液中的大量葡萄糖來促進自身的生長。目前，正電子發射掃描可以通過定位人體細胞消耗大量葡萄糖的區域來幫助識別癌症，這些癌細胞很容易就被識別出來，因為它們對葡萄糖貪得無厭。

此外，癌細胞總是選擇古老的代謝途徑，糖酵解來產生能量。瓦博格意識到，癌細胞已經找到一種方式，通過利用地球上最古老的能源生產來確保它們的生存，據估計，瓦博格效應出現在80%的癌症中。

目前，南安普頓大學的研究小組正通過聚焦於p53基因來揭示癌細胞的能量產生。研究人員發現，p53這種蛋白通過癌細胞中的「有氧糖酵解」調節的，這進一步由CtBP家族的NADH依賴性轉錄調控因子介導，這是瓦博格從未預料到的。研究小組表示，「通過為氧化戊糖磷酸途徑提供葡萄糖-6磷酸，糖酵解也促進了鹽鹼胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的還原形式的產生，這為活性氧物種保護途徑提供了還原當量。」

參考：

【1】https://medicalxpress.com/news/2020-05-greedy-glucose-cancer-cells-primeval.html

【2】https://stke.sciencemag.org/content/13/630/eaau9529.full

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