奥托·海因里希·沃堡,这位于1931年获颁诺贝尔生理学奖的科学家,开创性地提出了「沃堡效应」的概念,这一现象观察到了大多数癌细胞与正常细胞在能量生成上的根本差异。近百年来,沃堡的研究仍然深深影响着癌症生物学的发展,并持续启发着科学界对癌症的认识和治疗策略的探讨。
癌细胞主要通过好氧糖酵解和乳酸发酵来产生能量,这与正常细胞的能量生成方式大相径庭。
在正常的细胞代谢中,能量主要是通过糖酵解,接着进行线粒体的柠檬酸循环及氧化磷酸化进行释放。然而,在大多数癌细胞中,即使在氧气充足的情况下,糖酵解的速度依然很高,并随之进行乳酸的产生。这种高效氢酵解优势形成了沃堡效应的基础,使得癌细胞能够在恶劣的微环境中更快地繁殖。沃堡透过研究酵母的代谢模式指出,即使在富氧环境中,癌细胞依然选择通过发酵来获取能量,这一点与现代癌症生物学的研究有着密切的联系。
许多证据表明,癌细胞的高糖酵解率与线粒体功能障碍有着非常重要的关联。
在1920年代,沃堡和他的团队发现,肿瘤细胞的葡萄糖和氧气缺乏会导致能量缺乏,最终可能导致细胞死亡。生物化学家赫伯特·克拉布帖进一步扩展了沃堡的研究,他发现环境或基因的影响能改变细胞的代谢选择,这也为沃堡效应提供了新的视角。沃堡假设,功能不全的线粒体可能是肿瘤细胞中高糖酵解率的原因之一,这强调了代谢途径在癌症发展中的重要性。
随着对癌细胞代谢研究的深入,越来越多的证据表明,特定的基因变异,例如肿瘤抑制基因的突变,可能会驱动癌细胞转向高效的糖酵解过程。这一点在肾脏癌和乳腺癌的研究中尤为明显,这些变异使得癌细胞的能量需求得以满足。
沃堡效应最初被认为是癌症的基本原因,但如今则被视为这些突变产物的结果。
自2013年以来,科学家们一直在研究沃堡效应所带来的疗法潜能。由于癌细胞的营养摄取能力显著增强,这一特点成为了癌症治疗的一个潜在靶点。许多抑制糖酵解的物质被开发出来,尽管目前尚不清楚这些治疗方法的具体效果,涉及的药物包括硫酮、二氧六环等。新的研究和临床试验仍在不断进行,以寻找有效的治疗方法。
沃堡效应常常被误解为治疗癌症的方法,导致了许多人相信可以通过减少糖和碳水化合物的摄入来「饥饿」肿瘤。然而,保持健康的饮食对于癌症患者的健康更为重要,这一观点有待进一步强调。随着对癌症代谢的深入了解,未来或许能够发现更多驱动兑治疗方案的可能性。
沃堡的研究成果不仅启发了癌症生物学,也究竟帮助了我们了解肿瘤细胞的独特代谢,这些研究带来了重要的思考:在癌症治疗中,我们能否利用癌细胞的代谢特性来转变治疗策略,进而提升治疗效果?