但這種現(xiàn)象的背后存在一個問題，即癌細胞不能非常有效地利用葡萄糖，他們沒有從葡萄糖中吸取所有的能量，而是將大部分能量作為廢物釋放出來。
早在1921年，德國科學家 Otto Warburg 就發(fā)現(xiàn)癌細胞以非常高的速率消耗葡萄糖，癌細胞不像正常分化的細胞那樣通過有氧呼吸來消耗葡萄糖，而是傾向于以糖酵解的方式，即使是在氧氣充足的條件下，這也導致了葡萄糖能量的大量浪費。這種癌細胞異常的糖代謝行為被稱為「Warburg 效應(yīng)」，Otto Warburg 也因為發(fā)現(xiàn)細胞呼吸氧化轉(zhuǎn)移酶而獲得了1931年的諾貝爾生理或醫(yī)學獎。
一個多世紀以來，癌細胞代謝一直被視為一種悖論?？焖僭鲋车陌┘毎麨槭裁磿褂萌绱说托У钠咸烟谴x方式？這個問題一直是困擾科學家們。
近日，來自美國圣路易斯華盛頓大學教授 Gary J. Patti 領(lǐng)導的研究團隊就這一問題給出了新的解答。
該研究結(jié)果以：Saturation of the mitochondrial NADH shuttles drives aerobic glycolysis in proliferating cells 為題發(fā)表在 Molecular Cell 雜志。借助代謝組學技術(shù)，在分析了人類癌癥細胞系的上百種不同的代謝路徑后，發(fā)現(xiàn)癌細胞的這種獨特代謝特征是由于癌細胞中轉(zhuǎn)運一些關(guān)鍵營養(yǎng)物的通路達到飽和而導致的。
低效能的葡萄糖代謝途徑與細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)密切相關(guān)。在癌細胞中，由于運輸葡萄糖的通路達到飽和，癌細胞不得不浪費葡萄糖。
技術(shù)層面，本研究借助了一種稱為代謝組學的技術(shù)。在過去十年中，代謝組學和質(zhì)譜學領(lǐng)域的進步飛速，現(xiàn)在已經(jīng)達到了可以測量單個細胞中代謝分子的程度。在這項研究中，研究人員將代謝組學與穩(wěn)定同位素示蹤劑相結(jié)合，以使他們能夠標記葡萄糖的不同部分，以便可以在細胞內(nèi)跟蹤它，觀察葡萄糖進入線粒體或從細胞排泄的速度。
正是借助這種方式，該團隊分析了60種人類癌癥細胞的上百種不同的代謝路徑后發(fā)現(xiàn)：低效能的葡萄糖代謝途徑與細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)密切相關(guān)。在癌細胞中，由于運輸葡萄糖的通路達到飽和，癌細胞不得不浪費葡萄糖。
線粒體是細胞內(nèi)的關(guān)鍵細胞器，是細胞中產(chǎn)生能量的重要場所。但是，大部分分子都不能自由進出線粒體，它們需要一個轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，從而將某些代謝物從線粒體外轉(zhuǎn)入到線粒體內(nèi)部。
癌細胞想要讓葡萄糖在線粒體中代謝以便獲取更多的能量，葡萄糖衍生代謝物要通過轉(zhuǎn)運系統(tǒng)運到線粒體中，但是由于轉(zhuǎn)運系統(tǒng)能力有限，一些葡萄糖在這一過程中就被浪費了。打個比方，這就像一個浴缸水龍頭出水的速度比排水管排水的速度還要快，那么最終就會使得水溢出到地板上。
本研究通訊作者 Gary J. Patti 教授說到：為了從葡萄糖中最大化地提取能量，細胞必須將其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物運輸?shù)骄€粒體。因此，細胞的新陳代謝應(yīng)該遵循某些生化規(guī)則，而探索為什么腫瘤可能會打破這一規(guī)律則很有趣。不過，我們的研究結(jié)果卻表明，癌細胞其實并沒有超越這種規(guī)則。
當研究人員限制癌細胞吸收的葡萄糖量時，幾乎所有的葡萄糖都會進入線粒體。但隨著葡萄糖消耗量的增加，將葡萄糖衍生分子移動到線粒體中的速度卻跟不上了，轉(zhuǎn)運系統(tǒng)達到飽和, 造成了葡萄糖的浪費。
Gary J. Patti 教授總結(jié)道：因此，癌細胞并不擁有全新的代謝模式。正如大多數(shù)細胞確實更喜歡氧化線粒體中的葡萄糖，而不是將其作為廢物排掉，癌細胞也不例外，它們似乎遵循與其他細胞相同的生化模式。
幾十年來，腫瘤高速消耗葡萄糖這一特性一直被臨床醫(yī)生利用，也被作為診斷癌癥和確定其發(fā)展階段的一種方式。這使得一些人認為，用藥物或無糖飲食限制葡萄糖攝取就可能會將癌細胞「餓死」。
但很明顯，這項研究的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了對這種策略的質(zhì)疑。研究結(jié)果表明，作為癌癥標志的葡萄糖發(fā)酵是線粒體轉(zhuǎn)運系統(tǒng)飽和的次要后果，而不是細胞增殖的獨特代謝驅(qū)動因素。這一結(jié)果也對癌癥治療提出了新的挑戰(zhàn)，因為如果癌細胞的代謝與正常細胞越相似，那么開發(fā)特異性針對腫瘤的藥物也就越難。
