無(wú)論癌癥在體內(nèi)采取何種形式，它都從細(xì)胞水平開始，并通過(guò)新陳代謝生長(zhǎng)。根據(jù)史密斯化學(xué)與生物分子工程學(xué)院的William C. Hooey主任和Gordon L. Dibble教授Abe Stroock的說(shuō)法，了解癌癥代謝改變已經(jīng)引起了新的研究興趣。他的最新研究探討了多種尺度的癌癥代謝，并為未來(lái)的研究奠定了理論基礎(chǔ)。

“在某種意義上，癌癥具有明顯的新陳代謝，并且它是已確定的細(xì)胞和亞細(xì)胞規(guī)模的最早[疾病]特征之一，”Stroock說(shuō)，“Warburg的多尺度計(jì)算研究”的高級(jí)作者效應(yīng)，反向Warburg效應(yīng)和谷氨酰胺成癮在實(shí)體瘤中，“最近發(fā)表于PLOS計(jì)算生物學(xué)。

Mengrou Shan，博士，Stroock實(shí)驗(yàn)室的前Samuel C. Fleming家庭研究員，是第一作者。

大約100年前，德國(guó)生理學(xué)家和諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Otto Warburg假設(shè)癌癥生長(zhǎng)是由線粒體消耗異常量的葡萄糖引起的，即使在氧氣存在的情況下也是如此。健康細(xì)胞僅在沒(méi)有氧氣的情況下消耗葡萄糖。這種癌癥代謝改變現(xiàn)象被稱為Warburg效應(yīng)。

Warburg推測(cè)癌癥首先是一種代謝性疾病，但隨后的研究提出了基因突變是癌癥根源的觀點(diǎn)。

“Warburg聲稱這種代謝缺陷是癌癥的起源，在很重要的方面，今天已被駁回，”Stroock說(shuō)。“但我們?nèi)匀粺o(wú)法治愈癌癥，所以關(guān)于與癌癥遺傳相關(guān)的新陳代謝的問(wèn)題又回到了談判桌上。”

Stroock說(shuō)，當(dāng)癌細(xì)胞消耗葡萄糖時(shí)，他們通過(guò)稱為糖酵解的過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中大量的葡萄糖轉(zhuǎn)化為乳酸。這是一種使用葡萄糖的非常低效的方式 - 當(dāng)疲勞的肌肉厭氧消耗糖時(shí)會(huì)發(fā)生相同的現(xiàn)象，如果不加以控制會(huì)導(dǎo)致乳酸性酸中毒。

該研究的目標(biāo)之一是找出癌癥新陳代謝中是否以及如何奇怪，如Warburg效應(yīng)，幫助或傷害腫瘤生長(zhǎng)。例如：鑒于糖酵解的內(nèi)在低效率，腫瘤細(xì)胞相對(duì)于健康組織應(yīng)該處于不利地位。

“令人質(zhì)疑的一個(gè)原因是，我們目前對(duì)腫瘤的了解是基于適者生存，”Stroock說(shuō)。“它[癌癥]獲勝是因?yàn)榘┘?xì)胞違背了良好組織細(xì)胞的規(guī)則，即”做你被告知的事情“和”有遺傳完整性“。在這樣做時(shí)，腫瘤勝過(guò)健康組織。“

Stroock旨在確定這種重新連接的代謝過(guò)程的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，在多種尺度 - 細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞，多細(xì)胞 - 并創(chuàng)建這樣做的工具。該小組在三種代謝情景中對(duì)這些過(guò)程進(jìn)行了建模：

Warburg效應(yīng)(有氧消耗葡萄糖);

谷氨酰胺成癮，被視為癌癥代謝的標(biāo)志，并且;

反向Warburg效應(yīng)，其中癌細(xì)胞“劫持”腫瘤微環(huán)境中的非癌細(xì)胞并迫使它們像癌細(xì)胞一樣消耗葡萄糖。

該小組使用的工具之一是通量平衡分析(FBA)，一種用于確定單個(gè)細(xì)胞內(nèi)整個(gè)代謝過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)素利用率的計(jì)算方法。

在實(shí)體瘤形式的細(xì)胞群模型中使用FBA的結(jié)果，該組證實(shí)了Warburg效應(yīng)為腫瘤提供了生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，但谷氨酰胺成癮不利于腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。“我們表明，對(duì)于腫瘤來(lái)說(shuō)，對(duì)谷氨酰胺成癮沒(méi)有幫助，”Stroock說(shuō)。“社區(qū)必須找到谷氨酰胺重要的其他方式。”

Stroock的團(tuán)隊(duì)還提供了在逆向Warburg效應(yīng)下健康細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞之間關(guān)系的見(jiàn)解，這可以讓更多的氧氣在資源有限的微環(huán)境中穿透癌細(xì)胞。

Stroock表示，該小組的工作雖然為未來(lái)的研究敞開了大門，但也證實(shí)了近百年的理論。“它將這一古老的假設(shè)置于更穩(wěn)固的基礎(chǔ)上，”他說(shuō)，“我們現(xiàn)在更加定量地了解癌細(xì)胞如何使用這種Warburg機(jī)制。”