清华科研团队取得突破：人类有望“饿死”癌细胞

看过这个文章，且早着呢，只是故意弄这么个耸人听闻的标题，若按文章内容，或许这项研究对糖尿病的治疗意义更大些，若能真正临床使用？50年后能成功都是快的。

阿Q 发表于 2014-6-9 14:43
颜宁团队发现葡萄糖转运蛋白GLUT1结构这件事还是非常牛掰的，只是媒体再一次的断章取义影响了公众对这个研 ...

说的对，结构从来都是好发文章难应用的门类，重要归重要但基础得不能再基础，跟制药很有关系但是路途也很遥远。基于结构设计药物这个是终极梦想，可惜现在还有很多很多局限没有被突破，而现有的大部分药物都是在没有结构的情况下研发的，干预葡萄糖转运蛋白的思路也必定在没有这个结构前就早有了。

教授学者倒也没瞎吹，文章要不跟疾病扯关系那是根本不好意思跟高级别杂志打招呼的，更何况这个蛋白确实很重要。关键是媒体标题党一把就不知道要忽悠多少人。什么时候基础研究取得“国际级”成果不再需要上新闻联播估计中国的科研也就全面国际级水准了。

颜宁解析的GLUT1晶体结构离饿死癌细胞有多远？(2014-06-09 11:27:48)
http://blog.sina.com.cn/s/blog_af34cba10101llfs.html
▼标签： glut1清华大学糖酵解 分类： 药理机制  
最近清华大学颜宁在Nature上撰文解析了GLUT1的晶体结构[1]，她在接受采访时说了这样一段话：

细胞需要ATP维持生命活动；正常细胞除了葡萄糖，还可以通过氨基酸、脂肪酸等能量物质；而大脑也可以勉为其难地用酮体 ；但是实体瘤因为缺氧，其ATP只得依赖于糖酵解产生的ATP，所以对葡萄糖格外依赖。这也许提供了一个思路，是否可以通过抑制葡萄糖摄取而定点抑制肿瘤细胞生长？

随后被国内媒体解读为饿死癌细胞。其实饿死癌细胞是个很成熟的概念，现在常用的抗血管生成疗法（anti-VEGF/VEGFR药物）就是这个原理，肿瘤生长过程中需要不断产生新血管，维持各种养分的供应。

颜宁研究的GLUT全称葡萄糖转运体，有GLUT1至GLUT12等十几种，GLUT1是最早发现的一种，顾名思义，它的功能就是转运葡萄糖。颜宁引用的是Warburg效应，也就是1931年的诺贝尔生理学奖，Warburg认为过快生长的细胞常处于缺氧状态，能量供应由有氧氧化转化为糖酵解。

我是一直不看好通过这种原理抑制癌细胞的，因为正常细胞也广泛存在糖酵解，比如红细胞虽然转运氧气，但它自己反而通过糖酵解获取能量，把更多的氧气转运给全身组织细胞。

就拿GLUT1来说，虽然这种转运体在多种癌细胞上是高水平表达，但在红细胞和内皮细胞上也是高水平表达的。颜宁也论文中也提到，GLUT1失活突变可能导致大脑能量供应不足，还有一种遗传病叫GLUT1缺陷综合征，临床表现为脑发育障碍、癫痫。

倒也不是说开发GLUT1抑制剂完全不可能，关键问题是红细胞本身就对GLUT1比较依赖，我们得找到一种比红细胞更加依赖GLUT1的癌细胞或相关细胞，这个难度是比较大的。即便找到这种癌细胞，药物开发难度也是很大的，FDA在overdose上会非常谨慎，大脑缺氧不是闹着玩的，那是会死人的。

我在之前的一篇博文中提到通过内皮细胞抗癌[2]，这种细胞85%的ATP供应来自糖酵解，算是对糖酵解比较依赖的一种细胞，而且在各种动物模型上得到证明。内皮细胞依赖糖酵解的原因如我上篇文章所说，可能是多方面的：

首先，这可能是由于内皮细胞有一种大公无私的精神，自己虽然第一时间得到氧气，但还是选择糖酵解消耗少量的氧，从而转运更多的氧给周围细胞。其次，内皮细胞肩负着向无血管组织开辟新血管的任务，那些地方葡萄糖、氧的供应是很少的，选择糖酵解才能活下去。另外，维持低氧代谢比较“绿色环保”，不会产生大量垃圾——活性氧碎片（reactive oxygen species），这也是一种自我保护机制。糖酵解产生ATP的速度比氧化代谢快，这保证了内皮细胞的高机动性。糖酵解途径为生物大分子的合成提供中间产物，满足细胞分裂的需要。

不管怎么说，研发这类药物的风险是非常大的，剂量高了极可能会误杀红细胞。不过颜宁的工作还是非常赞的，想拿到GLUT1晶体结构的人肯定不少，最终还是被咱们中国人领先了，对于基础研究的意义也是非常大的，如果连葡萄糖怎么进细胞的都不清楚，谈何生物学研究？

[1] Nature. 2014, doi:10.1038/nature13306.
[2] PFKFB3激酶抑制剂：一个新的小分子抗血管生成靶点

我想问下患者到底是应该多吃营养物质 还是不应该吃？

当然要吃营养物质的，你想拿缺少营养来饿死癌细胞，可能正常细胞饿死了癌细胞也不会死。

说得对，病人本身就需要很高的营养来对抗病魔，不补充，怎么对抗

可能吗？？？？？？？？？？

恐怕是镜花水月

科学家们：加油！

http://www.yuaigongwu.com/thread-16530-1-1.html
......
2. 葡萄糖代谢

2.1 葡萄糖转运体抑制剂

由于葡萄糖具有极性亲水性，它不能穿透疏水性的细胞膜，因此需要借助一类特殊的跨膜转运蛋白-葡萄糖转运体(Glucose Transporters，GLUT)。肿瘤细胞的GLUT表达显著上调，这表明肿瘤细胞将葡萄糖作为主要的ATP能量来源。肿瘤大量消耗葡萄糖必然加大了葡萄糖的摄入量，最终加剧葡萄糖代谢。

图5. 常用的葡萄糖转运抑制剂

研究发现，ATP过量表达与肿瘤的恶性程度、侵袭性和不良预后密切相关。我们列举了多种GLUT-1抑制剂，例如不可逆抑制剂(WZB117和Phloretin根皮素)、diclofenac(双氯芬酸)、apigegnin、fasentin、STF-31、以及临床获批药物ritonavir(利托那韦)，如图5.所示。

WZB117和Phloretin是GLUT1的不可逆性抑制剂，可以显著降低葡萄糖的摄入量和细胞内的ATP水平，从而抑制糖酵解和细胞生长。补给外源性ATP可以缓解肿瘤细胞的WZB117-诱导性细胞毒性，这表明WZB117等GLUT抑制剂通过降低细胞内ATP水平抑制肿瘤细胞生长。

Diclofenac除了具有抗炎症作用和抗肿瘤活性(由COX-1和COX-2介导)外，还是一种GLUT-1抑制剂。最近研究表明，Diclofenac可以有效抑制黑色素瘤细胞摄入葡萄糖。与Diclofenac相同，天然产物黄酮类化合物apigenin也是一种GLUT-1抑制剂。

先前有人推测apigenin可能通过细胞周期阻滞来发挥抗肿瘤活性，但是最近研究发现apigenin可以显著抑制GLUT-1的表达，从而降低人类胰腺癌细胞的葡萄糖摄入。查阅临床试验官方网站可以发现，有一项旨在研究apigenin对结直肠癌复发影响的临床试验(NCT00609310)，不过该项试验尚未开展。

流行病学研究发现，抗HIV“鸡尾酒”可以显著降低某些肿瘤的发病率，HIV蛋白酶抑制剂具有抗肿瘤活性？研究发现，Ritonavir可以诱导多发性骨髓瘤细胞(McBrayer)和卵巢癌细胞(Kumar)凋亡。卵巢癌组织中的葡萄糖转运体高水平表达(GLUT 1和GLUT 3)与不良预后密切相关。

尽管Ritonavir对卵巢癌细胞的凋亡诱导作用可能与PI3K/Akt通路受抑制相关，但是有证据表明Ritonavir可以抑制胰岛素依赖型GLUT4活性。多发性骨髓瘤细胞研究结果表明，GLUT8和GLUT11是细胞增殖和存活所必需的，GLUT4是细胞葡萄糖代谢(ATP产生)所必需的。

体内研究发现，葡萄糖转运体抑制可以下调ATP依赖性p-糖蛋白泵水平，从而升高肿瘤细胞的化疗敏感性。Ritonavir可以升高多发性骨髓瘤细胞对doxorubicin的敏感性。部分肿瘤细胞因为P-糖蛋白过量表达而产生daunorubicin耐药性，GLUT-1抑制剂phloretin可以降低这些肿瘤细胞对daunorubicin的耐药性。

相比于上述对GLUT-1靶向性不强的分子或作用机制复杂的天然产物，fasentin是一种小分子GLUT-1选择性抑制剂。研究发现，fasentin可以与葡萄糖转运体的特异性位点结合，限制细胞对葡萄糖和营养的摄取，从而提升细胞对FAS和肿瘤坏死因子凋亡-诱导配体(TRAIL)的敏感性。

尽管fasentin自身不能诱导细胞死亡，但是它为寻找高效非天然产物葡萄糖转运体抑制剂起了个好头，例如STF-31就具有合成致死活性。

2.2 葡萄糖转运体-1与肾癌

肾细胞癌(renal cell carcinoma，RCC)就是代谢通路在肿瘤中发挥重要作用的最好例证。肾细胞癌是典型的缺氧性肿瘤，主要依靠糖酵解获得ATP。例如，肿瘤抑制琥珀酸脱氢酶(SDH)和延胡索酸水化酶(FH)受到抑制或功能障碍会造成下游底物聚集(琥珀酸和延胡索酸)。

它们是代谢信号物质，可以抑制脯氨酰羟化酶(PHD)的活性。这些羟化酶是预防HIF-1α积累所必需的。HIF-1α积累会诱发VEGF、TGF-β、PDGF、GLUT1和EPO基因的过量表达，从而促进血管新生、细胞分化、细胞迁移和细胞增殖。特别是，GLUT1过量表达会使肿瘤细胞对葡萄糖“上瘾”。

肾细胞癌是成年人最常见的肾脏癌症，约占90-95%。肾细胞癌细胞对化疗、放疗和免疫疗法的耐药性很强。最近，新型靶向治疗药物已经取得了突破性进展，例如舒尼替尼(Sutent)和索拉非尼 (Nexavar)。

在大多数肾细胞癌患者中，von Hippel–Lindau (VHL)肿瘤抑制基因是失活的，这会造成HIF-1α积累，以及肿瘤细胞对GLUT1的高度依赖。因此，我们可以据此设计具有合成毒性的GLUT1抑制剂，用来治疗VHL失活性的肾细胞癌患者。

STF-31是一种小分子GLUT1抑制剂，它具有很大的改造潜力，特备是针对VHL失活的肿瘤细胞。动物模型研究发现，STF-31可以用VHL依赖性方式抑制葡萄糖的摄入和ATP的产生，从而诱导细胞死亡，最终抑制肿瘤生长。因为正常组织中也存在GLUT受体，因此高剂量GLUT抑制剂可能会引发系统性毒性。

然而，低剂量GLUT抑制剂可以通过降低细胞内ATP水平和下调MDR转运体表达水平升高细胞对化疗药物的敏感性，但不会产生系统性毒性。因此，在低剂量服药情况下可以将GLUT抑制剂和细胞毒性药物联合使用，用来预防和治疗化疗耐药性。

2.3 己糖激酶抑制剂

葡萄糖一旦跨过细胞膜进入细胞质，就会发生磷酸化作用，形成葡萄糖-6-磷酸(G6P)。这是糖酵解的第一个关键步骤，由同工酶己糖激酶(hexokinase)催化完成。己糖激酶通过磷酸化将非离子化葡萄糖转化为葡萄糖-6-磷酸，葡萄糖-6-磷酸不是葡萄糖转运体的底物，所以葡萄糖就被困在细胞中了。

图6. 己糖激酶抑制剂

氯尼达明(Lonidamine)是一种吲哚衍生物，作为口服己糖激酶抑制剂和抗锥虫药物。研究发现，氯尼达明具有抗肿瘤活性，它可以将己糖激酶与线粒体解耦连，目前已经进入临床前和临床实验阶段。临床实验结果表明，氯尼达明单独用药时治疗效果并不明显。

然而，氯尼达明用药与化疗联合进行时治疗效果较好。例如，氯尼达明与表柔比星(epirubicin)联合用药可以缓解乳腺癌对表柔比星的耐药性。氯尼达明同样可以提高卵巢癌和肺癌的化疗敏感性，结果虽然喜人但是并不严谨，这表明仍需开展进一步深入的研究。

恶性神经胶质瘤是一种特别依赖糖酵解的肿瘤，那是否可以将线粒体耦连己糖激酶作为氯尼达明治疗的靶点？临床研究发现，氯尼达明作为放疗增敏剂和放化疗增敏剂(XRT和temizolamide)可以有效治疗恶性神经胶质瘤，升高肿瘤患者存活率。

最近，氯尼达明已经用于前列腺良性增生治疗，但是治疗过程中出现了药物相关肝脏毒性，相关治疗研究工作因此被叫停。检索可以发现，目前并没有正在开展的氯尼达明临床试验。然而，大家对氯尼达明的兴趣并没有消减，目前正在试图通过改变剂型以降低其器官毒性。

2-脱氧-D-葡萄糖(2-DG)和3-溴丙酮酸(3-BP)是己糖激酶-II的小分子抑制剂，可以通过降低细胞内ATP水平升高细胞对化疗药物的敏感性。2-脱氧-D-葡萄糖是一种葡萄糖类似物，可以进入细胞并通过磷酸化作用形成2-DG-P。然而，2-DG-P是一种 “终结”物质，不能参与进一步的代谢反应，从而阻断糖酵解的进行。

体内研究发现，2-脱氧-D-葡萄糖单独使用时治疗效果十分有限，因为内源性葡萄糖会与其竞争己糖激酶的活性位点。不过，2-脱氧-D-葡萄糖与adriamycin和paclitaxel联合使用时，它可以显著提升后者的抗肿瘤活性，其作用机制可能与降低细胞内ATP水平和抑制多药耐药泵相关，因为药物外排需要消耗大量ATP。

曲妥单抗(Trastuzumab)是一种人源化的单克隆抗ErbB2抗体，研究发现它可以有效缓解ErbB2阳性乳腺癌患者的病情。然而，在治疗过程中肿瘤会出现针对曲妥单抗的获得性耐药，这是曲妥单抗的一大主要缺点。最近证据表明，肿瘤对曲妥单抗的耐药性主要与葡萄糖摄入增加和乳酸产生有关。

研究发现，2-脱氧-D-葡萄糖可以提升曲妥单抗耐药性细胞对曲妥单抗的敏感性，这表明联合用药可能是一种有效的乳腺癌治疗策略。2-脱氧-D-葡萄糖目前已经进入一期临床试验，它的耐受性很好且毒性较小。

3-溴丙酮酸(3-BP)是丙酮酸的类似物，是己糖激酶和3-甘油醛磷酸脱氢酶的抑制剂，这两种酶在糖酵解中发挥了重要作用。临床前研究发现，经肝动脉灌注给药时，3-BrPA对肝内和肝外肿瘤有很好的治疗效果，而且没有明显的毒性。

Cardaci等研究发现，3-BP可以通过抑制谷氨酰胺代谢发挥毒性作用，谷氨酰胺代谢是肿瘤细胞的另一个非线粒体性ATP能量来源。尽管谷氨酰胺可以替代肿瘤细胞的葡萄糖，但是在谷氨酰胺不存在的情况下，3-BP在体外仍有很强的的细胞毒性。

2.4 丙酮酸激酶M2(PKM2)抑制

在糖酵解的倒数第二步由丙酮酸激酶(pyruvate kinase)催化完成，磷酸烯醇丙酮酸(PEP)转化为丙酮酸。丙酮酸激酶有四个亚型：L、R、M1和M2，其中M2是肿瘤细胞丙酮酸激酶的主要亚型。有趣的是，相比其他亚型丙酮酸激酶，PKM2(丙酮酸激酶M2)的活性很低，这会造成糖酵解上游中间产物的积累。

这些中间产物可以经磷酸戊糖途径转化为核糖-5-磷酸等大分子合成的底物。尽管PKM2抑制会抑制肿瘤的发展，但是PKM2催化磷酸烯醇丙酮酸生成丙酮酸是ATP产生的关键步骤，是能量稳态维持必不可少的。

图7. 丙酮酸激酶M2(PKM2)抑制剂

紫草素(Shikonin)(图7.)是一种具有抗肿瘤活性中药萘醌衍生物。紫草素通过产生活性氧(ROS)抑制肿瘤细胞PKM2的表达，具体机制可能与358位胱氨酸残基氧化相关。紫草素治疗膀胱癌的研究已经进入临床二期阶段，但是迄今为止尚没有数据报告。

因为相比正常组织，在肿瘤细胞中M2亚型丙酮酸激酶更为常见，所以PKM2已经成为药物治疗的潜在靶点。基于MTT法的小分子药物高通量筛选结果显示，抑制率为50%分子的命中率约占7%。尽管已经发现了PKM2抑制剂，但是它对M1亚型丙酮酸激酶的选择性不佳。

理论上，高效的PKM2抑制剂可以完全抑制糖酵解代谢和ATP产生。不过，这些选择性不强的PKM2抑制剂可能对其他亚型的丙酮酸激酶有很好的靶向性，或者可以与其他细胞毒性药物联合使用。

紫草素及其类似物(例如alkannin紫草红)是一种天然染料和食品添加剂，在中国中药领域已经使用了很多年。研究发现，紫草素和紫草红均能有效抑制PKM2，但对PKM1或丙酮酸激酶-L(PKL)没有抑制作用，从而限制糖酵解和ATP的产生。这两种分子药物对人类皮肤癌细胞有化学预防作用。但是，目前在美国并没有关于紫草素和紫草红的临床试验。

关于老药新用有一个很好的例子，奥利司他(orlistat)是胃肠道脂肪酶和脂肪酸合成酶(FASN)抑制剂，主要用于减肥，然而研究发现奥利司他还具有抗肿瘤活性。最近研究发现，奥利司他可以抑制卵巢癌细胞(SKOV3)PKM2的活性，这表明在卵巢癌治疗领域有潜在的应用价值。
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