细胞中的糖代谢分为两种途径,一是线粒体氧化磷酸化,二是糖酵解。

  1921年,德国科学家 Otto Warburg发现:癌细胞以极高的速率消耗葡萄糖;即使是在氧气充足的情况下,其糖酵解也异常活跃。这种癌细胞在有氧状态下的糖酵解方式被称之为“Warburg效应”。

  近年来的癌症代谢研究均基于这个“Warburg效应”。直至2021年4月7日,美国范德堡大学医学中心的研究人员在《Nature》发表了一项颠覆性研究成果:肿瘤高速消耗葡萄糖的并非癌细胞,而是肿瘤组织中的巨噬细胞等免疫细胞。题目名为:Cell-programmed nutrient partitioning in the tumour microenvironment。

Nature:肿瘤高速消耗葡萄糖的并非癌细胞,而是肿瘤组织中的巨噬细胞等免疫细胞

  01研究背景

  “Warburg效应”是通过正电子发射断层扫描(PET)对肿瘤组织成像的基础。癌细胞的葡萄糖代谢情况是使用葡萄糖的放射性示踪剂(FDG)来探究的。然而,FDG和PET并不能完全为研究人员提供所期望的结果。

  该论文的通讯作者表示:多年以来,我一直好奇PET扫描时灵时不灵,根据我的生物学经验,肾癌应该在PET扫描成像中高亮,但实际大多数情况下是不亮的。

  现在,我们已知的是肿瘤组织中除了癌细胞,还包含许多其他类型的细胞,比例免疫细胞。

  于是,引发了一个大胆的猜想:肿瘤中快速消耗葡萄糖的难道并非是癌细胞?因此导致了PET成像的失灵?为了验证这个猜想,通讯作者团队开展了进一步研究。

  02研究方法与结果

  研究者对肿瘤小鼠使用两种PET示踪剂,一种用于追踪葡萄糖,另一种用于追踪谷氨酰胺。接下来分离肿瘤组织,使用细胞表面标记蛋白和流式细胞仪将肿瘤分为各种细胞类型,检测细胞中的放射性。并在结直肠癌、肾癌、乳腺癌等在内的6种不同的肿瘤模型中进行验证。

  结果显示,吸收最多葡萄糖的是髓系免疫细胞(主要是巨噬细胞),其次是T细胞和癌细胞,而癌细胞吸收了最多的谷氨酰胺。

Nature:肿瘤高速消耗葡萄糖的并非癌细胞,而是肿瘤组织中的巨噬细胞等免疫细胞

  进一步研究发现,不同类型的细胞对葡萄糖和谷氨酰胺吸收存在差异,这是由特定的信号通路决定的,绝非因为这些营养物质的不足。

Nature:肿瘤高速消耗葡萄糖的并非癌细胞,而是肿瘤组织中的巨噬细胞等免疫细胞

  03总 结

  先前一直以为,由于癌细胞高速消耗葡萄糖,导致免疫细胞无法获得足够的葡萄糖,从而无法杀伤癌细胞。

  本研究却表明,肿瘤组织中营养物质的供给并未受限。不同类型细胞消耗特定的营养物质,比如癌细胞吸收谷氨酰胺和脂肪酸,免疫细胞吸收葡萄糖。这项研究颠覆了100年来人们对癌症的基本认知。

  这项研究解释了FDG、PET成像结果失灵的问题,为开发新的成像技术提供了思路。更重要的是有助于进一步开发特异性靶向疗法。

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