癌细胞在有氧和无氧条件重编程能量的代谢研究

肿瘤疾病本质的慢性和经常失控的细胞增殖，不仅涉及失调的细胞增殖控制，也包括激起细胞生长和分裂的能量代谢的相应调整。美国看病机构爱诺美康了解到，在有氧条件下，正常细胞首先通过胞质中糖酵解处理葡萄糖生成丙酮酸，此后在线粒体中经过氧化磷酸化形成二氧化碳。在无氧条件下，优先选择糖酵解，产生相对少量的丙酮酸，被运送到消耗氧气的线粒体。Otto Warburg首先观察到癌细胞能量代谢的反常特征，即便在有氧条件下，癌细胞也会重编程其葡萄糖代谢，因而其能量产生过程也被改变，导致一种被称为有氧糖酵解的状态。

癌细胞中的代谢被特别化，在随后几十年里被大量证实。美国看病机构爱诺美康了解到，有氧糖酵解的关键特征是葡萄糖转运蛋白的上调，值得注意的是GLUT1，该蛋白可显著促进葡萄糖运输到细胞质。

实际上，显著上升的葡萄糖摄取和利用在很多人类肿瘤类型中均有报道，主要通过无创性可视化葡萄糖摄取的方法，这种方法应用正电子发射显像（PET)结合放射性元素标记的葡萄糖类似物（18F-氟脱氧葡萄糖，FDG)作为报告信号。

糖酵解供能与活化的癌基因（如RAS、MYC)和突变的抑癌基因（TP53)相关，这些基因改变在肿瘤细胞中被选择主要因为它们可促进细胞增殖、破坏生长抑制控制，以及减少凋亡等标志性能力。

这种对于糖酵解的依赖在缺氧条件下被进一步加强，缺氧条件在许多肿瘤中发挥作用：缺氧反应系统发挥多效性作用，上调葡萄糖转运蛋白和糖酵解通路中的多种酶。因而，Ras癌蛋白和缺氧可以彼此独立地提高缺氧反应转录因子HIFlα和HIF2α，二者转而可以上调糖酵解。

能量代谢重编程表面看起来是违反常理的，因为癌细胞必须补偿糖酵解相比于线粒体氧化磷酸化降低了18倍之多的ATP生成效率。