【Science子刊】“贪吃”的癌细胞：通过糖酵解产生的能量来增殖和扩散

导言：糖是癌细胞的主要食物，糖类进入人体后会被水解成葡萄糖，我们身体的所有细胞（包括癌细胞）都需要葡萄糖来提供能量。癌细胞很“霸道”，它吸收葡萄糖的能力是正常细胞的10倍以上，但它只利用葡萄糖5%左右的热量就会产生大量的乳酸，乳酸会抑制T细胞的活性，加速癌细胞的生长。由于癌细胞对葡萄糖贪得无厌，所以通过定位人体细胞消耗大量葡萄糖的区域就可以帮助识别癌症。

为了促进肿瘤细胞的快速增殖，肿瘤细胞依赖于糖酵解，糖酵解是一种很容易被癌细胞利用以获得生长和扩散的能量的原始代谢途径。

糖酵解是活细胞中最古老的能量产生形式，已经存在了数十亿年，在氧气累积在地球上之前就已经存在了，是地球上第一种原始生命形式的能源生产类型。

这一过程包括葡萄糖的分解，以产生分子代谢活动所需的能量。细菌会利用糖酵解，更复杂的有机体，例如植物和动物，也会用到糖酵解。然而，后者已经发展出更复杂的能源生产形式，尽管有糖酵解和较低的能源产量，例如，电子传递链会比糖酵解产生更多的ATP能量分子，然而，许多类型的肿瘤细胞依然优先使用糖酵解来为生长和增殖提供足够的能量。

英国南安普顿大学医学院癌症科学组的杰里米·布莱德斯（Jeremy Blaydes）博士和查尔斯·N·伯茨（Charles N. Birts）博士报道说，癌细胞中的高糖酵解率的高频率依然是许多人类肿瘤的既定特性。这一产生能量的过程给癌细胞提供了代谢物，可作为合成代谢途径的前体。

布莱德斯和伯茨与一组研究人员在《科学信号》（Sciences Signaling）杂志上撰文，发现在体外的乳腺癌模型中，有一些令人惊奇的新现象，他们称之为糖酵解应激反应，涉及p53，p53基因携带着一种称为肿瘤p53蛋白的DNA蓝图，蛋白质在调控细胞分裂和死亡等细胞活动中起着关键作用。长期以来的研究表明，p53基因突变可以使癌细胞生长和扩散。

布莱德斯和伯茨在《科学信号》杂志上写到，“组成性有氧糖酵解瓦博格效应（Warburg effect）是癌细胞的一个标志，普遍是由致癌基因和抑癌基因的突变引起的。”癌症研究人员总结说，“瓦博格效应对癌细胞有多种影响，包括产生三磷酸腺苷（ATP）的能力，这减少了ATP生成对氧气的依赖，从而减少了线粒体电子传输链产生的潜在破坏性活性氧物种（ROS）。”

在20世纪20年代，奥托·瓦博格（Otto Warburg）证实了，即使在不需要氧气的情况下，培养的癌细胞也有高葡萄糖摄取率和乳酸分泌率。这三种特性，葡萄糖摄取、乳酸分泌和无氧创造能量都是瓦博格效应的标志。

瓦博格是20世纪初的一位德国科学家，他是首位研究海胆卵的科学家，但在1923年，他把注意力转向鼠肿瘤。这一转变对肿瘤生物学学科产生了持久的影响，特别是在理解肿瘤细胞的能量产生和使用方面。瓦博格注意到，肿瘤细胞通过吸取来自宿主血液中的大量葡萄糖来促进自身的生长。目前，正电子发射扫描可以通过定位人体细胞消耗大量葡萄糖的区域来帮助识别癌症，这些癌细胞很容易就被识别出来，因为它们对葡萄糖贪得无厌。

此外，癌细胞总是选择古老的代谢途径，糖酵解来产生能量。瓦博格意识到，癌细胞已经找到一种方式，通过利用地球上最古老的能源生产来确保它们的生存，据估计，瓦博格效应出现在80%的癌症中。

目前，南安普顿大学的研究小组正通过聚焦于p53基因来揭示癌细胞的能量产生。研究人员发现，p53这种蛋白通过癌细胞中的“有氧糖酵解”调节的，这进一步由CtBP家族的NADH依赖性转录调控因子介导，这是瓦博格从未预料到的。研究小组表示，“通过为氧化戊糖磷酸途径提供葡萄糖-6磷酸，糖酵解也促进了盐碱胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的还原形式的产生，这为活性氧物种保护途径提供了还原当量。”

参考文献：

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

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