1931年,德国医生、生理学家和生物化学家奥托·海因里希·沃伯格(Otto Heinrich Warburg)因发现癌细胞——不同于大多数健康的人类细胞,癌细胞通过呼吸利用氧气产生能量——更有利于发酵的厌氧过程,或将糖转化为酸、气体或酒精,18新利官网多久了即使在有氧气的情况下。这一直困扰着科学家们,因为发酵是一种比有氧代谢效率低得多的能量产生方式,因此它被蔑称为“浪费代谢”。

但是,来自加州大学圣地亚哥分校的一组科学家发现,虽然氧代谢是一种更有效的能量生产方式,但生产驱动呼吸的分子机制所需的成本是发酵糖葡萄糖所需成本的两倍。他们的工作可能对确定治疗癌症的潜在靶点有意义。

研究小组测量了所谓的蛋白质组分配,即所有负责不同任务的细胞蛋白质的比例,以确定产生能量和细胞生长的代谢成本大肠杆菌细菌。促进呼吸的酶——正常情况下支持人类细胞生命的原始机器——是巨大而笨重的,需要大量生产以维持我们和我们稳定生长的细胞的运转。换句话说,快速生长细胞的蛋白质组中,有较高比例用于生长,而有较小比例用于其他细胞过程,包括能量生产。

加州大学圣地亚哥分校的物理学和生物学教授Terry Hwa,领导了这项研究,他比较了他的发现,最近发表在自然煤和核能的对比。他在一份声明中说:“按每碳排放计算,煤电厂的发电效率低于核电站,但它们的建设成本要低得多。”因此,选择哪条路线来生产能源取决于煤炭的可用性和建造发电厂的可用预算。”快速生长的细胞发现发酵是更便宜的途径。从这个意义上说,它是为细胞提供煤能量。(新利18luck体育隶属于自然出版集团。)

细胞的新陈代谢和生长可能基于产生能量和生长所需蛋白质的成本效益平衡首次提出由荷兰理论生物学家团队于2009年完成。Hwa的发现证实了这些发现。尽管普遍的教条认为癌症是一种遗传疾病——或者实际上是由无数可能的突变引起的复杂的疾病——一些研究人员开始认识到,最终的病理损伤可能是受损或改变能量生产。

波士顿学院(Boston College)生物学家托马斯·塞弗里德(Thomas Seyfried)没有参与这项研究,他认为癌症是一种代谢紊乱,并引用了大量证据表明癌症中存在线粒体功能障碍。线粒体——或者说细胞的“动力源”——是细胞能量产生的地方。“现在有大量的证据表明,在各种类型的肿瘤细胞中,线粒体的数量、结构或功能都存在一定程度的缺陷。这些线粒体缺陷导致肿瘤细胞葡萄糖摄取和发酵增强,”塞弗里德解释说。

2014年,塞弗里德及其同事在《纽约时报》上发表了一篇论文致癌作用他引用了充足的证据来支持他的主张,包括表明如果一个细胞用正常的线粒体移植,它的肿瘤潜能会被抑制;相反,将线粒体从肿瘤细胞转移到正常细胞的细胞质中会增加这些正常细胞癌变的几率。他还指出,大量的研究工作将病因联系起来:许多与癌症相关的突变基因似乎是通过损害细胞呼吸来发挥作用的。塞弗里德强烈地认为,从呼吸到发酵的转变也有可能产生自由基,导致与癌症相关的基因突变。

塞弗里德也表明癌细胞可能进化解释发酵,引用由卡洛斯Sonnenschein和塔夫茨大学的安娜索托显示细胞增殖的默认状态,像癌细胞一样,在线粒体有氧呼吸通常有助于保持这种增长。“在大约20亿年前氧气进入大气之前,由发酵代谢驱动的无限制增殖是大多数细胞的生存状态,”他解释说。呼吸控制的逐渐丧失和代偿性发酵是癌症的根源。

能量产生和癌症之间的关系可能还远未被完全理解,尽管Hwa警告说他不是癌症生物学家,但他认为在探索代谢疗法方面有明确的希望。“我可以看出,干扰发酵可能是减缓肿瘤生长的有效策略,”他解释说,“因为生长缓慢的细胞更多地依赖呼吸来产生能量——那么,原则上,这种治疗策略自然对快速生长的癌细胞比正常细胞更具破坏性。”

目前的癌症治疗强调干扰细胞信号通路,可能导致失控的细胞生长。“但是从这项研究中,”Hwa说,“我们发现,也许我们不需要如此关注信号传递,而是可以减缓发酵过程的效率。”然后,我们就可以指望癌细胞在转向呼吸作用时生长速度会减慢。”

随着越来越多与不同癌症相关的突变被发现,开发肿瘤疗法似乎是一项西西弗斯事业。但是一种单一的病理——一种可能导致与癌症相关的突变的病理——可以使开发有效的癌症疗法变得容易得多。

正如奥托•瓦伯格(Otto Warburg)在近一个世纪前的著作中所暗示的那样,或许这仅仅需要鼓励癌症呼吸新鲜空气。