新泽西州普林斯顿大学最新研究：量化原发性癌症肿瘤的“节俭”低能量预算

科学家们从来没有确切地知道癌症肿瘤在哺乳动物体内生长所消耗的能量。

他们假设，当代谢系统传播营养财富时，它消耗大量能量，搅动营养物质，使健康组织——心脏、肝脏和胰腺——处于不利地位。

但普林斯顿化学学院和路德维希普林斯顿分校的研究人员的一项新研究首次证明了事实恰恰相反：肿瘤将营养物质转化为可用细胞能量的速度明显缓慢。
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本周发表在《自然》杂志上的普林斯顿化学拉比诺维茨实验室的研究表明，这种嗜睡可能有助于肿瘤为生长和转移等更恶劣的任务保存能量。

在五种不同类型的癌症中，研究人员发现，肿瘤在低能量预算下成功增殖，部分原因是它们忽视了健康器官为整体身体利益而进行的正常组织功能。

这一发现对抗癌策略有着巨大的影响，因为它将我们的注意力引向了能量代谢缓慢。

一些提出的癌症治疗方案围绕着“让肿瘤挨饿”的策略，假设没有营养物质，肿瘤就不会生长。从能量底物的一般角度来看，这一假设充其量是有问题的。

但这项研究确实发现，肿瘤比正常组织使用一种特殊的营养物质，即葡萄糖，这与标准癌症治疗与减少循环葡萄糖的饮食（如生酮饮食）相结合的可能性相一致。

拉比诺维茨实验室博士后、该研究的首席作者卡罗琳·巴特曼（Caroline Bartman）说：“我认为人们认为癌症确实需要大量能量，因为它需要付出代价才能分裂和增殖。但没有人真正测量过癌症与健康器官相比产生和使用了多少能量。”。

“我们开发了一种方法来测量癌症中的能量，并发现肿瘤和其他组织之间存在着巨大的差异。所以现在，我们有了这样一个范例，即癌症是节俭的——它会停止为所有这些健康的任务使用能量，而只将能量用于扩散。这告诉了你，这些途径，比如仅仅让癌症挨饿，并不是好的治疗策略。”

路德维希-普林斯顿分校主任、化学教授和刘易斯-西格勒综合基因组研究所的乔舒亚·拉宾诺维茨表示，研究人员对他们的研究结果感到非常惊讶。

他说：“回想起来，这是你可以合理解释的事情之一。”。“肿瘤正面临着严峻的代谢环境，因为它们没有在身体其他部位发育的适当血管系统。因此，它们不得不用更少的药物来适应。”。

“但当然，因为肿瘤在很多方面都是高代谢的，我们预计我们会看到高能量代谢，这将支持它们的生长和分化能力。

拉比诺维茨补充道：“我想主要的信息是，成长是昂贵的，但不像正常器官进行的思考、活动肌肉或哺乳动物生活的其他方面那样昂贵。”

同位素追踪量化能源使用

为了量化他们的研究，该团队使用了一种称为同位素追踪的研究方法，该方法涉及用重同位素标记营养素，并追踪它们在哺乳动物中的代谢速度。

哺乳动物的组织和器官主要通过三羧酸（TCA）循环获取能量，三羧酸氧化脂肪和碳水化合物，形成初级能量货币ATP。哺乳动物体内约95%的ATP或可用能量都来自这个循环。通过研究血液中营养物质进入TCA循环的速度，研究人员能够量化癌组织与健康组织相比产生和使用的能量。

例如，在肺癌、胰腺癌和结肠癌中，他们发现“原发性”实体瘤（即尚未开始扩散的肿瘤）中TCA通量和ATP生成周期缓慢。

他们还发现，转移性癌症比原发性肿瘤产生和消耗更多的能量，并且其能量水平与健康组织相当。

这一发现使研究人员得出结论，癌症细胞释放出能量昂贵的组织特异性功能，以便更好地为不受控制的肿瘤生长分配能量。他们还发现，转移性癌症比原发性肿瘤产生和消耗更多的能量。

这是首次在体内量化肿瘤能量产生，并作为比较研究的一部分。

巴特曼说，研究人员现在使用的一些调查方法以前已经被使用过。例如，TCA循环的途径是在大约80年前发现的。但是，技术进步和更好的光谱分析提供了令人震惊的新发现。

巴特曼说：“我认为这是这个领域令人兴奋的时刻。”。“随着过去50年的进步，这是一个非常富有成果的时刻，可以回顾并重新审视所有这些旧概念，并利用它们来更好地理解疾病和癌症。”