腫瘤細(xì)胞中不同的糖代謝途徑

大多數(shù)不增殖的正常細(xì)胞通過獲取氧分子，將葡萄糖通過葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白（GLUT）運輸入胞內(nèi)，在胞質(zhì)中有氧條件下能通過糖酵解途徑將葡萄糖分解成丙酮酸。在糖酵解的后一步，丙酮酸激酶的M1亞型的存在，可以確保產(chǎn)物丙酮酸被運送到線粒體，再在丙酮酸脫氫酶（PDH）的作用下進(jìn)行氧化，生成乙酰輔酶A，進(jìn)入三羧酸循環(huán)。通過這種方式，線粒體每分解一個葡萄糖分子就能產(chǎn)生36個ATP分子。

而在腫瘤細(xì)胞中，即使在有充足氧供應(yīng)的腫瘤細(xì)胞中，GLUT1將大量葡萄糖運輸至胞質(zhì)中進(jìn)行糖酵解。它依賴丙酮酸激酶的M2亞型，將丙酮酸鹽轉(zhuǎn)化為乳酸脫氫酶（LDH-A）的底物，生成大量乳酸，分泌到胞外。由于只有極少量的葡萄糖被運輸至線粒體進(jìn)行分解，故每個葡萄糖分子只分解得到2個ATP分子。此外，糖酵解途徑中的大量中間產(chǎn)物被用于其他生化合成途徑中。

被Warburg稱為腫瘤細(xì)胞“有氧糖酵解”的這種代謝方式，由于其每分解一個葡萄糖分子只能得到兩個ATP分子，在能量學(xué)上顯得很不經(jīng)濟(jì)。因為在三羧酸循環(huán)中有氧分子參與的情況下，一個葡萄糖分子的有氧糖酵解途徑能提供36個ATP分子。機(jī)體中的大多數(shù)正常細(xì)胞正是通過這種由血液系統(tǒng)帶來氧分子、進(jìn)而進(jìn)行有氧糖酵解的途徑獲得高效供能的。而即使子提供充足氧氣的情況下，腫瘤細(xì)胞也不使用常規(guī)糖酵解方式，這實在是一種非常與眾不同的生物學(xué)行為。

由于腫瘤細(xì)胞使用的是一種很不經(jīng)濟(jì)的糖代謝方式，因此它們需要大量的葡萄糖進(jìn)入胞內(nèi)進(jìn)行分解。在多種腫瘤中，如上皮來源的癌和血液系統(tǒng)腫瘤，都能觀察到這種行為。它們高表達(dá)葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白，如GLUT1等，以便能跨膜轉(zhuǎn)運大量葡萄糖。

那么為什么80%的腫瘤細(xì)胞要采取這種糖酵解的方式，而不采用到線粒體中進(jìn)行三羧酸循環(huán)的方式對葡萄糖進(jìn)行分解呢，并且明顯后者能提供更多的ATP以供腫瘤細(xì)胞的生長和增殖？有氧糖酵解是否是腫瘤細(xì)胞維持其表型必需的？又或它只是細(xì)胞轉(zhuǎn)化后的一個無意義的副效應(yīng)，對細(xì)胞轉(zhuǎn)化和生長并沒有因果作用。

有關(guān)有氧糖酵解的一個解釋是腫瘤塊內(nèi)部的腫瘤細(xì)胞通常都呈現(xiàn)缺氧的狀態(tài)，這種缺氧狀態(tài)導(dǎo)致細(xì)胞不能進(jìn)行充分的糖酵解進(jìn)而提供充足的ATP，就像正常細(xì)胞在缺氧狀態(tài)時的反應(yīng)一樣。由于具備Warburg效應(yīng)，腫瘤細(xì)胞很好地適應(yīng)了這種缺氧環(huán)境，但這依然不能解釋為什么在提供充足氧氣的條件下，腫瘤細(xì)胞依然不加以利用以合成更多的ATP。

關(guān)于有氧糖酵解另一個合理的解釋是，除了產(chǎn)生ATP，糖酵解還有第二個作用：糖酵解途徑的中間產(chǎn)物可以作為很多涉及細(xì)胞生長（如核酸和脂類的合成）的分子的前體。腫瘤細(xì)胞通過糖酵解途徑的負(fù)反饋機(jī)制，阻斷糖酵解途徑的后一步，使細(xì)胞內(nèi)積累了大量早期中間代謝物。這些糖酵解途徑的中間產(chǎn)物能參與許多重要的生化合成反應(yīng)。較腫瘤細(xì)胞而言，正常細(xì)胞沒有那么強(qiáng)的增殖活性，也不需要大規(guī)模的生化合成反應(yīng)，葡萄糖主要用來產(chǎn)生ATP以維持其正常代謝。正是這種腫瘤細(xì)胞異常的葡萄糖代謝為其創(chuàng)造了生長和增殖的生理學(xué)環(huán)境。