代谢重塑

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代谢重塑(Metabolic Reprogramming)是指细胞在受到致癌信号、缺氧或免疫激活等生理/病理压力时,主动调节其代谢通路以适应生存与增殖需求的过程。它是肿瘤细胞的十大特征(Hallmarks of Cancer)之一,其核心表现为即使在有氧条件下也优先进行有氧糖酵解(Warburg 效应),并伴随谷氨酰胺分解及脂质代谢的剧烈改变。

代谢重塑 · 特征谱
Metabolic Profile
                   [代谢路径图]
Warburg 效应与能量通量控制
主要通路 有氧糖酵解 / 谷氨酰胺分解
关键限速酶 $HK2$ / $PKM2$ / $LDHA$
代谢产物 乳酸积累 / $H^+$ 酸化

分子机制:从能量供应到生物合成


代谢重塑并非单纯为了产生 $ATP$,更重要的是为细胞快速分裂提供必需的“建筑材料”。通过上调葡萄糖转运蛋白(如 $Glut1$),肿瘤细胞将代谢中间产物分流至磷酸戊糖途径,用于合成核苷酸、氨基酸及脂质。此外,重塑后的代谢环境会导致肿瘤微环境(TME)呈现低糖、酸性、缺氧的特征,这对肿瘤浸润淋巴细胞(TIL)的杀伤活性构成了严重的代谢压制。

代谢表型对比:正常细胞 vs. 肿瘤重塑细胞

代谢指标 正常细胞 (静止期) 肿瘤/活化免疫细胞
主要产能方式 氧化磷酸化 ($OXPHOS$) 有氧糖酵解
氧气需求 高度依赖 低依赖 (适应缺氧)
代谢终产物 $CO_2$ + $H_2O$ 乳酸 ($Lactate$)

参考文献

[1] Pavlova N N, & Thompson C B. (2016). The Emerging Hallmarks of Cancer Metabolism. Cell Metabolism.
[学术点评]:该综述系统更新了肿瘤代谢的多个维度,是理解代谢重塑如何作为癌症特征的奠基性文献。

[2] Vander Heiden M G, et al. (2009). Understanding the Warburg Effect: The Metabolic Requirements of Cell Proliferation. Science.
[学术点评]:解释了肿瘤细胞为何选择低效的糖酵解,指出生物合成原料积累比单纯的 ATP 生成更关键。

[3] O'Neill L A, et al. (2016). A guide to immunometabolism for immunologists. Nature Reviews Immunology.
[学术点评]:将代谢重塑的概念延伸至免疫学,强调了代谢健康对效应细胞功能的决定性作用。