解决一个100岁的悖论：为什么癌细胞浪费了这么多的能量

麻省理工学院生物学家已经找到了Warburg效应的可能解释，在20世纪20年代的癌细胞中首次出现并以奥托沃斯堡命名，如图所示。

麻省理工学院研究揭示了癌症细胞从发酵中获得能量的长久的问题。

在20世纪20年代，德国化学家Otto Warburg发现癌细胞不会以同样的方式代谢糖，这通常是健康的细胞通常所做的方式。从那时起，科学家们试图p out为什么癌细胞使用这种替代途径，这效率得多。

麻省理工学院生物学家现在发现了对这一长期问题的可能答案。在分子细胞中出现的研究中，他们表明这种代谢途径，称为发酵，有助于细胞再生称为NAD +的大量分子，它们需要合成DNA和其他重要分子。他们的发现还考虑为什么其他类型的快速增殖细胞，例如免疫细胞，切换到发酵。

“这真的是一大百岁的悖论，许多人试图以不同的方式解释，”麻省理工学院综合癌症研究所的麻省理工学院副教授和麻省理工学院综合癌症研究所的副主任副主任。“我们发现的是，在某些情况下，细胞需要做更多这些电子转移反应，这需要NAD +，以使如DNA等分子。”

vander heiden是新学习的高级作者，引导作者是前麻省理工学院研究生和邮政编码博纳博士博士博士，赵琪李。

效率低下代谢

发酵是一种方法，即细胞可以将糖中发现的能量转化为ATP，这是细胞用于为所有需求存储能量的化学品。然而，哺乳动物细胞通常使用称为有氧呼吸的过程分解糖，这产生了更多的ATP。仅当它们没有足够的氧气可用于执行有氧呼吸时，细胞通常仅切换到发酵。

麻省理工学院研究人员表明，癌细胞对NAD +的需求驱动它们切换到一种称为发酵的浪费代谢过程。

自巴汉发现以来，科学家们提出了癌细胞切换到低效发酵途径的原因。Warburg最初提出癌细胞的线粒体，其中发生有氧呼吸，可能会损坏，但结果不是这种情况。其他解释专注于以不同方式生产ATP的可能益处，但这些理论都没有获得广泛的支持。

在这项研究中，麻省理工学院团队决定通过询问如果抑制癌细胞进行发酵能力会发生什么，提出解决方案。为此，它们将细胞用一种药物迫使它们从发酵途径中赋予丙酮酸的分子进入有氧呼吸途径。

他们看到，随着其他人之前所示，阻断发酵会减慢癌细胞的生长。然后，他们尝试了如何恢复细胞增殖的能力，同时仍然阻塞发酵。他们尝试的一种方法是刺激细胞产生NAD +，一种有助于细胞处理被细胞制造如DNA和蛋白质如DNA和蛋白质的分子剥离剥离的额外电子的分子。

当研究人员用刺激NAD +生产的药物处理细胞时，他们发现细胞再次开始迅速增殖，即使它们仍然无法进行发酵。这导致研究人员理解当细胞迅速增长时，它们需要NAD +比他们需要的更多ATP。在有氧呼吸期间，细胞产生大量的ATP和一些NAD +。如果细胞比可以使用更多的ATP，呼吸减速和NAD +的产生也会放缓。

“我们假设当你在一起使NAD +和ATP同时发挥作用，如果你不能摆脱ATP，它会备份整个系统，使你也不能成为NAD +，”李说。

因此，切换到不太有效的生产ATP方法，允许细胞产生更多的NAD +，实际上有助于它们更快地生长。“如果你退后一步并看看途径，你意识到的是发酵允许你以不象实的方式产生NAD +，”Luengo说。

解决悖论

研究人员在其他类型的快速增殖细胞中测试了这种想法，包括免疫细胞，发现阻断发酵但允许NAD +生产的替代方法能够继续迅速吞咽。它们还观察到非含有酵母如酵母的相同现象，其进行不同类型的发酵产生乙醇。

“并非所有增殖细胞都必须这样做，”vander heiden说。“它真的只有很快的细胞。如果细胞正在迅速增长，因此他们的需求使东西突出了，他们燃烧的时间有多少，这是当他们翻入这种类型的新陈代谢时。所以，它在我的脑海中解决了许多已经存在的悖论。“

研究结果表明，迫使癌细胞转回有氧呼吸而不是发酵的药物可以提供治疗肿瘤的可能方法。研究人员表示，抑制NAD +生产的药物也可能具有有益效果。

参考：“对NAD +的需求增加了ATP驱动有氧糖酵解”，Zhaa Luengo，Zhaoqi Li，Dan Y.Gui，Lucas B. Sullivan，Maria Zagorulya，Brian T. Do，Raphael Ferreira，Adi Naamati，Ahmed Ali，Caroline A. Lewis ，Craig J. Thomas，Stefani Spranger，Nicholas J. Matheson和Matthew G.Vander Heiden，2020年12月30日，分子Cell.Doi：
10.1016 / j.molcel.2020.12.012

该研究是由Ludwig分子肿瘤中心的资助，国家科学基金会，国家卫生研究院，霍华德休斯医学院，医学研究委员会，NHS血液和移植，Novo Nordisk基金会，Knut和Alice Wallenberg基金会，站起来2癌症，Lustgarten基金会和麻省理工学院精密癌症医学中心。