肿瘤能量代谢

糖酵解还是氧化磷酸化?

能源生产是细胞对能源需求的反应。因此，细胞ATP的产生取决于细胞的状态和周围环境。目前，细胞主要依靠两种途径，糖酵解而且氧化磷酸化(OXPHOS)产生ATP。这两种能量生产途径在细胞能量生产中的比例也因环境和细胞而异。正常细胞在氧气存在的情况下，主要依靠氧磷生成ATP，这一过程提供了细胞代谢所需的70%的能量。相反，正是在缺氧条件下，糖酵解活性增强，用来补偿缺氧导致的OXPHOS功能下降。因此，是糖酵解和OXPHOS共同作用来维持细胞能量稳态。

癌症能量代谢(金et al。, 2018)。

正常细胞的能量代谢特征是利用线粒体中的葡萄糖进行氧化磷，这既经济又有效。肿瘤细胞的能量代谢与正常细胞有显著差异。它们可以增加葡萄糖和谷氨酰胺的吸收，并进行有氧糖酵解，导致高乳酸和低ATP的产生。然而，肿瘤是异质性的，每个肿瘤都有自己的代谢特征。即使是同一肿瘤内的不同肿瘤细胞，其代谢模式也不同。肿瘤细胞的代谢模式并不是一成不变的，而是随着微环境的变化而不断变化，其目的是使肿瘤细胞在不利的生存环境中保持选择性生长优势。

由于细胞来源和分化程度不同，并非所有肿瘤细胞都发生糖酵解，糖酵解对肿瘤细胞总ATP的贡献在1% ~ 64%之间。不同肿瘤的能量代谢途径不同。在选择抗代谢药物治疗肿瘤时，应首先检查肿瘤的能量代谢途径，以达到更好的治疗效果。

为什么肿瘤细胞在保留OXPHOS功能的情况下，更倾向于以有氧糖酵解为主要代谢途径?主要原因如下:(1)糖酵解更适合肿瘤细胞的生长。肿瘤生长速度比正常组织快，不仅需要能量，还需要生长所需的生物分子。糖酵解或TCA周期截断的中间产物可被肿瘤细胞用于合成核苷酸、脂类和蛋白质。(2)虽然糖酵解产生的ATP比OXPHOS少，但其产生ATP的速度比OXPHOS快，非常适合快速生长的肿瘤细胞的需要。一般来说，生长迅速的细胞比生长缓慢的细胞更依赖糖酵解，而分化的细胞则依赖OXPHOS。

除了葡萄糖是大多数肿瘤的主要能量供应者外，研究人员发现，由于肿瘤细胞的高谷氨酰胺消耗特性，谷氨酰胺代谢(谷氨酰胺水解)可能是一些肿瘤的额外能量替代途径。

为什么肿瘤似乎以不同的方式代谢能量?

肿瘤是一组异质疾病，它们的基因型差异如此之大以致于它们的代谢表型差异也就不足为奇了。即使是同一个肿瘤，根据构成其的肿瘤细胞的不同，也会显示出代谢表型的差异。同一肿瘤内的不同细胞亚群在代谢上可以形成互补关系，形成代谢共生。

肿瘤细胞在进化过程中会根据环境压力和生长状态的变化进行不断的重编程，以适应环境的变化。糖酵解与OXPHOS对ATP输出的贡献之比、葡萄糖与谷氨酰胺对ATP输出的贡献之比、或葡萄糖/谷氨酰胺与脂肪酸对能量贡献之比都在不断变化，这些变化导致肿瘤细胞保持了选择性生长优势。

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参考

1. 金世义(2018)。癌症能量代谢:关闭癌症工厂电源。生物分子与治疗，26(1)，39。

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