愛吃糖的癌細胞：科學新發現揭示癌細胞的秘密
說起癌症，很多人都有談虎色變之感。癌症在2000多年前的埃及就已經為醫生們所發現。長久以來，癌症一直是威脅人類健康的重大疾病。全球許多衛生組織和科學家們都一直在尋找癌症的根治方法。尤其是過去的100多年裡，癌症研究飛速進步，科學家們探知了許多前所未知的癌症的秘密。癌症研究的進展極大提高了人們對癌症的認知，也給癌症治療方法帶來了長足的進步。在這些發現里有一個很著名的發現是德國科學家Warburg提出的葡萄糖酵解。
20世紀初德國科學家Otto Warburg觀察到癌症細胞產生大量的乳糖，而正常細胞糖代謝產生水和二氧化碳。他經過研究發現正常細胞糖代謝主要通過線粒體有氧呼吸，這個過程會將葡萄糖完全分解為水和二氧化碳，同時產生大量能量支持細胞生理活動。相反，癌細胞不能將葡萄糖完全分解，而只能在細胞質中將葡萄糖分解為丙酮酸，丙酮酸轉變為乳糖輸出細胞。這個代謝過程不需要氧氣參與，因此又被命名為葡萄糖無氧酵解。葡萄糖無氧酵解所生成的能量大大低於線粒體有氧呼吸所生成的能量，而癌細胞的代謝需求又遠高於正常細胞，為維持生命活動的能量所需，癌細胞攝入的葡萄糖量遠遠大於正常細胞所需葡萄糖。Otto Warburg根據以上發現推測癌細胞存在嚴重線粒體缺陷，而癌症的發生是由異常葡萄糖代謝引起。後來的研究表明，癌症的發生是由於細胞基因突變，而葡萄糖代謝的異常很可能是基因突變的二級產物。雖然Otto Warburg的推測並不完全正確，可是他精確地描述了癌細胞代謝紊亂的特點，為後來科學研究的突破打下了堅實基礎。科學家們將Otto Warburg的發現用於癌症診斷，這就是現在臨床常用的正子斷層掃描（PET scan）。掃描前醫生為病人注射特殊標記的葡萄糖，多數的葡萄糖為癌症細胞所攝取而使信號標記在癌細胞中富集。掃描時，這些信號標記可以幫助醫生精準定位癌細胞。這是一種無創診斷方式，大大提高了診斷準確性和腫瘤定位精確性，在臨床腫瘤分期，尋找原發腫瘤和轉移病灶中都有廣泛運用，並且極大程度縮小了腫瘤診斷給病人帶來的痛苦。
除了腫瘤診斷，最新研究表明腫瘤葡萄糖代謝還可能被用於腫瘤治療。美國杜克大學的劉廷彧博士在Jeff Rathmell博士實驗室做博士課題時發現，葡萄糖代謝對腫瘤耐藥性起到了重要的調控作用。大量葡萄糖攝入和葡萄糖酵解通過調控癌症細胞內部的生物信號通路促進細胞內細胞存活因子Bcl-2家族蛋白表達，細胞存活因子的過量表達使腫瘤細胞抵禦抗腫瘤藥物促導的細胞凋亡信號。因此，即使在抗腫瘤藥物存在的情況下腫瘤細胞依然可以存活。劉廷彧博士和團隊里的研究者們進一步發現，抑制癌細胞葡萄糖攝入和葡萄糖酵解能使已經耐葯的癌細胞重新對治療藥物產生敏感性。這些發現首先在血液和循環系統惡性腫瘤中被觀察到，如急性淋巴性白血病和非霍奇金淋巴瘤。在劉廷彧博士的工作後，癌症研究領域的其他研究者們也相繼在其他惡性腫瘤中證實了相似發現。迄今為止，葡萄糖代謝紊亂引起的腫瘤耐藥性已經在多種癌症中發現，包括預後不良的黑色素瘤和橫紋肌肉瘤。這些發現意味著抑制腫瘤糖攝入很可能降低腫瘤耐藥性，因此對癌症治療有重大指導意義。
除了介導耐藥性，葡萄糖代謝還可以促進癌細胞分裂增殖。在Jeff Engelman博士的指導下，劉廷彧博士在博士後工作期間發現一群帶特殊基因突變的非小細胞肺癌對糖酵解抑製劑非常敏感，這種抑製劑能首先引起癌細胞分裂生長停滯，然後引發癌細胞凋亡。劉廷彧博士進一步的研究發現，這些非小細胞肺癌不僅依賴葡萄糖酵解產生細胞生理活動所需能量並依靠這條代謝通路製造細胞分裂的原料。這些癌細胞將攝入的葡萄糖分解為丙酮酸，然後又將丙酮酸轉變為異檸檬酸，異檸檬酸是細胞產生脂肪和細胞膜的重要原料。當葡萄糖酵解受到抑制，癌細胞脂肪以及生物膜的合成首先受阻，生物膜供應不足直接導致癌細胞分裂受到抑制。而當糖酵解抑制持續存在時，癌細胞能量供應也顯著降低，最終癌細胞因能量衰竭而凋亡。這個重大發現不僅闡釋葡萄糖對在癌細胞中的作用，更意味著降低癌細胞的糖代謝很可能成為新的癌症療法。而這種療法能特異性針對癌細胞作用，對正常細胞毒副作用很小。
癌症是對人類生命有極大威脅的疾病。在科學技術日新月異的今天，癌症治療已經發生了從手術切除到精準靶向治療的變革。而更多的科研進展正源源不斷地湧現，例如劉廷彧博士在癌細胞葡萄糖酵解中的新發現。相信在不久的將來，癌症將成為可治療的慢性疾病而不在威脅人類生命。
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