В 20-х годах XX века немецкий биохимик, лауреат Нобелевской премии в области физиологии и медицины Отто Генрих Варбург заметил, что метаболизм глюкозы в раковых клетках происходит необычным образом. Глюкоза — это основное питательное вещество, необходимое клеткам для жизни. Она поступает в митохондрии клетки, где потом расщепляется, в процессе чего выделяется энергия. Для этого процесса необходим кислород. Однако раковые клетки, по-видимому, поглощают глюкозу ускоренными темпами, и эта глюкоза ферментируется непосредственно в лактат, несмотря на присутствие кислорода и работающих митохондриях. Отто Варбург назвал это явление аэробным гликолизом, но в научной литературе оно также называется эффектом Варбурга. 

Долгое время онкологи пытались объяснить, почему раковые клетки поступают именно так.

Исследователи из Массачусетской больницей общего профиля, возглавляемые Раулем Мостославскиим, занимались изучением опухоли рака толстой кишки. Они разработали флуоресцентный датчик, который срабатывал только в случае гликолиза в клетках опухоли. С помощью этого датчика и метода масс-спектрометрии исследователи выяснили, что не все клетки опухоли толстой кишки проводят гликолиз Варбурга. 

«Мы обнаружили, что эта метаболическая адаптация происходит не во всей опухоли, а только в гетерогенной группе клеток, которые не делились", - говорит Мостославский. Ученые выявили эту особенность при исследовании плоскоклеточного рака, однако сейчас она впервые была продемонстрирована при раке толстой кишки, а также в популяции неделящихся клетках.

Когда опухолевые клетки окрашивали маркером клеточной пролиферации, исследователи с удивлением констатировали, что эти клетки рака толстой кишки, которые подвергались гликозу Варбурга, не делились. 

«Это полностью ставит под сомнение догму эффекта Варбурга», - добавляет Мостославский. В течение последних 10-15 лет большинство ученых, изучающих метаболизм при раке, считали, что в раковых клетках происходит гликолиз Варбурга, в результате чего глюкоза используется для производства биомассы или быстрого размножения. Вместо этого оказалось, что основной причиной, по которой клетки делали это, было уменьшение активных форм кислорода (АФК).

В процессе расщепления глюкозы и выработки энергии активные формы кислорода повреждают клетки. Для защиты от накопления АФК клетки прибегают к метаболизму Варбурга.

Carlos Sebastian et al, A non-dividing cell population with high pyruvate dehydrogenase kinase activity regulates metabolic heterogeneity and tumorigenesis in the intestine, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-29085-y