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抗癌治疗新概念:癌细胞也可以很「节俭」,全力关注癌细胞增殖

|2023年04月07日| 浏览:2086
不知道大家对癌细胞有什么样的印象?是不是觉得癌细胞都很疯狂?一边从人体中贪婪地抢夺营养,一边又不好好利用抢到的营养,造成极大的浪费。

不过,最近《自然》上的一项研究发现,癌细胞其实相当的节俭[1]。它们不但最大限度的减少了没有必要的细胞活动,还把省下来的每一分能量都用到了自己的增殖上。

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Warburg效应

上世纪20年代,德国生理学家Otto Heinrich Warburg发现了一个奇怪的现象:肿瘤细胞即使在氧气充足的情况下,也会优先使用糖酵解供能。这一现象后来以发现者的名字命名为Warburg效应。

经过一个世纪的研究,科学家们已经发现了不少Warburg效应的意义。比如:

● 糖酵解产生的乳酸可以为肿瘤产生一个酸性的微环境,帮助肿瘤逃避免疫监视
● 糖酵解过程中产生的丰富有机物也能为癌细胞的增殖提供充足的材料。
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Otto Heinrich Warburg

但是,在供能的角度上,糖酵解是一种相当低效的供能方式。要知道,一分子葡萄糖通过糖酵解只能产生2分子的ATP,但如果在糖酵解后面续接上三羧酸循环(TCA)和氧化磷酸化,一分子葡萄糖平均可以产生29分子ATP,足足是糖酵解的14.5倍。

传统观点中高代谢的癌细胞,真能依靠糖酵解满足自己的能量需求吗?

为此,普林斯顿的研究人员在小鼠中,使用同位素示踪法详细测得了各种正常组织与肿瘤组织的代谢水平。

研究显示,在健康无肿瘤的小鼠中,心肌、膈肌和比目鱼肌是TCA水平最高的3种组织。毕竟肌肉收缩是消耗ATP最多的生理活动之一。而且,心脏每时每刻都要跳动,负责呼吸的膈肌也要定期收缩。

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几种正常组织的TCA水平

而在几种实体瘤中,TCA水平相比正常组织都有明显下降:

● KRAS突变型和TP53突变型的胰腺肿瘤,TCA水平均只有正常一线组织的1/6;
● 自发性和植入的肺肿瘤,TCA水平分别为正常肺组织的2/3和1/3左右;
● 植入的结肠肿瘤,TCA水平大约为正常结肠的1/9。

不过,肿瘤组织有更高的糖酵解活动,糖酵解能否弥补TCA减少导致的能量缺口呢?研究人员根据各种肿瘤组织的TCA水平和葡萄糖摄取量,估算了肿瘤中ATP的产生速率。各种实体瘤的ATP产生速率,均比相应的正常组织更低。

肿瘤的代谢水平,其实要比相应的正常组织更低!

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实体瘤中的ATP产生速率低于相应正常组织

进一步的研究发现,癌细胞代谢水平更低,其实是减少了正常生理功能的能耗。比如说胰腺的生理功能是合成并分泌胰酶等消化液,这需要高水平的蛋白质合成活动,消耗大量ATP。而在胰腺肿瘤中,蛋白质合成活动大约只有正常胰腺的1/4。

不过研究中还发现,转移瘤的情况有些不同。相比于原发肿瘤,转移瘤有着更高的TCA水平。这可能与肿瘤转移需要更强的代谢灵活性,以适应不同的微环境有关。

论文作者Caroline R. Bartman对自己的研究评论道:“我认为对于这个领域来说,这是一个令人激动的时刻。随着过去50年的进步,现在是时候回顾并重新审视所有这些旧概念,并利用它们更好地理解疾病。”

 

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