Раковые опухоли обычно быстро растут, и их клеткам требуется много энергии. Поэтому они потребляют в десятки раз больше глюкозы – важнейшего источника энергии для организма. Однако используют они ее не слишком эффективно, и причину удалось выяснить почти сотню лет спустя после открытия этого феномена
Очень многие живые организмы используют глюкозу в качестве сырья для производства энергии в виде молекул АТФ. В этом случае максимальная эффективность производства энергии достигается в аэробных (кислородных) условиях с помощью процесса окислительного фосфорилирования глюкозы в «клеточных электростанциях» – митохондриях. Эти окислительно-восстановительные реакции, при которых идет перенос электронов от соединений-доноров к соединениям-акцепторам, осуществляются с помощью набора белков, образующих электрон-транспортную цепь.
Но есть и гораздо менее эффективный путь анаэробного (бескислородного) расщепления глюкозы – гликолиз. Его действие мы можем ощутить непосредственно в мышцах после их интенсивной и длительной нагрузки: боль, возникающая при этом, связана с накоплением конечного продукта гликолиза – лактата. Однако для здоровых клеток это далеко не основной способ получения энергии.
Еще в 1920-х гг. немецкий биохимик О. Г. Варбург обнаружил, что раковые клетки производят энергию в основном с помощью гликолиза. Ученый предположил, что причина этого явления (названного позже эффектом Варбурга) заключается в повреждениях митохондрий клеток опухоли. Однако позже выяснилось, что эти клеточные органеллы у них вполне функциональны. И ученые многие годы ломали голову над этим несоответствием.
Недавно исследователи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе (США) в экспериментах на культурах раковых клеток человека использовали молекулы глюкозы, помеченные в разных местах стабильными изотопами, и отследили, в каких клеточных процессах они участвуют.
Оказалось, что при ограниченном поступлении глюкозы раковые клетки, как и обычные здоровые, в основном используют ее для окислительного фосфорилирования. Но в случае неограниченного объема поступающей глюкозы и выросшего потребления раковые клетки используют менее эффективный гликолиз просто потому, что митохондрии не справляются с этой работой. Речь в первую очередь идет о скорости работы молекул «челночной системы», которая доставляет электроны к электрон-транспортной белковой цепи.
Ученые сравнивают эту ситуацию с тем, как вода переливается через край ванны, если она наливается в нее быстрее, чем может уйти в слив. Похоже, что Варбург был не так уж далек от истины, предполагая, что главная проблема – в митохондриях.
Результаты этой работы важны для медицинской практики. Ведь скорость, с которой опухоли потребляют глюкозу, используют в диагностике рака при определении его стадии. Есть даже идея, что раковые клетки можно «уморить голодом», ограничивая потребление глюкозы. Но новые данные говорят о том, что такая стратегия вряд ли окажется эффективной. Похоже, что если раковые клетки так расточительно тратят глюкозу, то они поглощают ее больше, чем требуется им для функционирования. И в этом смысле обмен глюкозы вряд ли может стать мишенью для противораковой терапии.
