癌症标志：细胞代谢失调

癌细胞对生物物质（蛋白质、核酸和脂质等细胞成分）的需求很高，以支持其快速生长和分裂。在肿瘤微环境 (TME) 中普遍存在的营养匮乏区域，癌细胞获得生物物质的一种方式是通过解除对细胞代谢通路的调控或对其进行重新编程。这使得肿瘤能够产生细胞持续分裂所必需的能量、生物合成中间体和还原当量（例如 NADH、NADPH 和 FADH₂），同时还能通过从效应 T 细胞中隔离营养物质来逃避免疫攻击。^1,2

本博客探讨了与细胞代谢失调（癌症的下一代标志）相关的一些主要生化和信号转导通路，并重点介绍了正在研究中的治疗干预的关键蛋白质和研究目标。

<跳转至本博客末尾的产品列表>

癌症代谢中的生化和信号转导通路

缺氧信号转导和 HIF-1

然而，在肿瘤微环境 (TME) 中常见的缺氧（低氧）条件下，非羟基化的 HIF-1α 会积聚，与 HIF-1β 结合以激活 HIF-1 复合物，随后转位至细胞核。然后，HIF-1 复合物激活 VEGF、EPO、Glut1 等靶标基因以及各种糖酵解酶基因的转录。²

对以下三种细胞系提取物进行蛋白质印迹 (WB) 分析：Hep G2（人肝癌细胞）、Raji 细胞（人伯基特淋巴瘤 B 细胞）和 U-2 OS 细胞（人骨肉瘤细胞）。每种细胞系未经处理 (-)、经过氯化钴处理（Hep G2 和 Raji）或经过 DMOG (U-2 OS) 处理，并使用 HIF-1α (D1S7W) XP^® Rabbit mAb #36169（上图）或 β-Actin (D6A8) Rabbit mAb #8457（下图）进行分析。氯化钴和 DMOG 会干扰 HIF-1α 降解，从而导致其积累并表现出缺氧时的反应。

这一转变使细胞趋向缺氧代谢，并增强了血管形成（血管生成）和葡萄糖摄取等过程，从而帮助癌细胞在 TME 的低氧水平下存活和增殖。^2,4

下载缺氧信号转导通路图，探索关键蛋白靶标和相关 CST 产品。 下载通路

博客： 低氧与癌症：HIF-1α 在氧感应、代谢和肿瘤发生中的作用

葡萄糖代谢和 Warburg 效应

葡萄糖是大多数细胞的主要能量来源。其从血液中的吸收是由葡萄糖转运蛋白（如 Glut1 (SLC2A1)）介导的，并通过 PI3K/Akt 通路进行调节。在许多类型的癌症中，该通路的激活（以及 Glut1 的表达）常被上调，以支持增加葡萄糖向癌细胞的转运并满足其旺盛的代谢需求。^2,4 葡萄糖进入细胞后，通过糖酵解代谢产生丙酮酸，而丙酮酸则是衔接其他代谢通路的关键中间产物。

使用 Glut1 (E4S6I) Rabbit mAb #73015 对石蜡包埋的人肾细胞癌组织进行免疫组织化学 (IHC) 分析，显示葡萄糖转运蛋白 Glut1 的表达，该蛋白在肿瘤细胞中常呈高表达，以支持增加的葡萄糖代谢。

在氧气充足的正常静息细胞中，丙酮酸从细胞质转运至线粒体，并在那里进入三羧酸 (TCA) 或克雷布斯循环，作为有氧呼吸的一部分，以 ATP 的形式高效地产生能量。在缺氧条件下，乳酸脱氢酶 (LDHA) 将丙酮酸转化为乳酸，使 NADH 氧化回 NAD⁺，并且使糖酵解得以继续。

然而，即使在正常氧气水平下，癌细胞也会将大量葡萄糖转化为乳酸——这种现象被称为有氧糖酵解或 Warburg 效应。Warburg 效应可产生更高水平的 ATP、生物合成中间体以及还原当量，从而推动癌细胞的增殖。^2,4

下载 Warburg 效应通路图，探索关键蛋白靶标和相关 CST 产品。 下载通路

糖酵解和 TCA 循环之间的关键代谢检查点由丙酮酸脱氢酶 (PDH) α1 (PDHA1) 控制。在许多癌细胞中，PDHA1 因 Ser293 磷酸化而失活，这是一种由丙酮酸脱氢酶激酶 1 (PDHK1) 介导的修饰。这种磷酸化会抑制 PDHA1 活性，阻断丙酮酸脱羧为乙酰辅酶 A，从而抑制 TCA 循环，并在存在氧气的情况下推动细胞向乳酸生成方向前进。^4,5

使用 Phospho-Pyruvate Dehydrogenase α1 (Ser293) (E4V9L) Rabbit mAb #37115（实线）或浓度匹配的 Rabbit (DA1E) mAb IgG XP Isotype Control #3900 对未经处理（绿色）或经过 λ 磷酸酶处理（蓝色）的 Hela 细胞进行流式细胞分析。PDHA1 在 Ser293 处的磷酸化使酶失活并抑制丙酮酸进入 TCA 循环，这一修饰与 Warburg 效应密切相关。经 λ 磷酸酶处理后测量到的 Phospho-PDHA1 (Ser293) 水平降低，有助于确认抗体特异性。

其他关键酶包括 PKM2（催化糖酵解的最终限速步骤）和 LDHA（将丙酮酸转化为乳酸）。PKM2 确保高糖酵解通量，而 LDHA 维持糖酵解所需的 NAD+/NADH 平衡。这两种酶对 Warburg 效应至关重要，在癌细胞中经常呈上调。

博客：使用代谢检查点探究 TME 中的免疫代谢

肿瘤中的谷氨酰胺依赖性

谷氨酰胺是癌症代谢的另一个关键燃料来源。它既提供 TCA 循环所需的碳，也提供生成嘌呤和嘧啶核苷酸所需的 γ-氮（酰胺氮），这对于快速分裂的癌细胞中的 DNA 和 RNA 的产生至关重要。谷氨酰胺也是天冬酰胺合成所必需的，天冬酰胺是一种激活 mTORC1（mTOR 信号转导通路的主要激酶复合物）的氨基酸。该通路还促进嘌呤和嘧啶的生物合成，进一步支持核苷酸的产生。^2,4

谷氨酰胺通过氨基酸转运蛋白 ASCT2 (SLC1A5) 进入细胞，并在线粒体中被谷氨酰胺酶 (GLS) 转化为谷氨酸。随后，谷氨酸在谷氨酸脱氢酶 (GDH) 的作用下进一步转化为 TCA 循环中间体 α-酮戊二酸 (α-KG)。将非 TCA 循环中间体的前体转化为 TCA 循环中间体以补充循环的过程，称为补缺作用。谷氨酰胺还通过抗氧化剂谷胱甘肽 (GSH) 和 NADPH 的生成，在维持氧化还原稳态中发挥作用。⁵

使用 Glutaminase-1/GLS1 (E9H6H) XP Rabbit mAb #56750 对石蜡包埋的人乳腺导管癌组织进行免疫组织化学分析。谷氨酰胺酶-1/GLS1 催化谷氨酰胺转化为谷氨酸，这是谷氨酰胺分解的第一步，也是限速步骤。GLS1 在乳腺癌和其他肿瘤中通常呈上调，以支持其对谷氨酰胺代谢的高度依赖。	使用 ASCT2 (D7C12) Rabbit mAb #8057 对未经处理或经肽 N-糖苷酶 F (PNGase F) 处理的 HT-29 细胞（人结肠癌）和未经处理的 SW620 细胞（人结直肠癌）提取物进行蛋白质印迹分析。ASCT2 是一种谷氨酰胺转运蛋白，在癌细胞中经常呈上调，以支持其对谷氨酰胺代谢的高度依赖。

许多癌细胞表现出高水平的谷氨酰胺吸收和利用，但参与这一过程的信号转导尚未完全阐明，因此该通路成为癌症研究人员关注的重点领域。具体而言，致癌基因 c-Myc 已在近期研究中得到强调，并且已被证明可通过上调谷氨酰胺转运 (ASCT2) 和代谢 (GLS1) 相关基因的表达来驱动代谢重编程。^2,4,5

下载谷氨酰胺代谢通路图，探索关键蛋白靶标和相关 CST 产品。 下载通路

癌症中的脂质代谢

脂质充当膜组分、能量储存和信号转导分子。当葡萄糖有限时，癌细胞会使用脂质作为替代能量来源。CD36、FATP1、FATP2 和 FABP4 等脂质转运蛋白的表达在癌细胞中经常呈上调。已知癌细胞还可增加脂质生物合成，以生成细胞增殖所需的新质膜。⁴

在调动脂质代谢以促进癌症进展的过程中，发挥关键作用的蛋白质包括主转录调节因子 SREBP-1 及其下游靶标，如脂肪酸合成酶 (FASN) 和 ATP-柠檬酸裂解酶 (ACLY)。ACLY 在将柠檬酸转化为乙酰辅酶 A 的过程中至关重要，后者是脂肪酸和胆固醇合成的关键前体。ACLY 在癌细胞中常呈上调，以支持增强的膜生成和代谢需求。

使用 ATP-Citrate Lyase (F4S7B) Rabbit mAb #73415（一种在脂肪酸和胆固醇生物合成中起重要作用的酶）对石蜡包埋的人肝细胞癌进行免疫组织化学分析。ACLY 在肿瘤细胞中常呈上调，以支持增强的脂质代谢。	使用 SREBP-1 (E9F4O) Rabbit mAb #95879（上图）或 GAPDH (D16H11) XP Rabbit mAb #5174（下图）对 HCC1419（人乳腺癌）、HuH-7（人肝癌）和 JeKo-1（人淋巴瘤）细胞提取物进行蛋白质印迹分析。

此外，CPT1A 是脂肪酸 β-氧化中的关键限速酶，其通过促进长链脂肪酸向线粒体的转运来催化该过程。该机制在癌细胞中常被上调，以满足能量需求并推动肿瘤发展。⁴

自噬和肿瘤营养采集 

除了上述代谢信号转导通路外，癌细胞还可以操纵自噬来促进肿瘤在不同条件下的生长和存活。自噬是一种溶酶体依赖的细胞降解通路，在正常条件下，它有助于清除不必要和受损的细胞成分，减轻压力，并维持细胞稳态。自噬和癌症之间的关系非常复杂，癌细胞既可能从自噬的促进中获益，也可能从其抑制中受益。^6-8

探索交互式自噬通路图，从而探究关键蛋白靶标和相关 CST 产品。 查看通路

在肿瘤中，自噬的增强可通过抑制细胞凋亡以及分解细胞成分来释放营养物质，从而促进肿瘤生长。这些营养物质（包括氨基酸、核苷酸和脂肪酸）在肿瘤微环境 (TME) 中往往匮乏，但被癌细胞利用以增强其代谢活性。此外，肿瘤内在自噬可通过阻断抗原呈递和免疫介导的肿瘤靶向，从而增强某些癌症的免疫逃逸能力。

关键自噬相关蛋白在癌症中经常上调或失调。例如，LC3B 是一种广泛使用的自噬体形成标志物，^6,7 而 SQSTM1/p62 是一种自噬标记物，在癌症的发生与进展中发挥重要作用。⁸ TFEB 是自噬和溶酶体生物发生的主要调节分子，可通过上调溶酶体和代谢通路而发挥致癌基因的功能。^9-12

使用 LC3B (E5Q2K) Mouse mAb #83506 对石蜡包埋的人肺癌细胞进行免疫组织化学分析。LC3B 是一种广泛使用的自噬体形成标记物，可用于评估癌细胞中的自噬活性。	使用 SQSTM1/p62 (D5L7G) Mouse mAb #88588 对不同细胞系的提取物进行蛋白质印迹分析。SQSTM1/p62 在各种癌细胞中普遍呈高水平表达，并对癌症进展有促进作用。

然而，仅自噬无法为细胞提供其增殖所需的所有生物物质。癌细胞还利用机会性营养获取模式（例如巨胞饮作用）来获取新的生物物质。这涉及细胞膜向细胞外环境延伸突起，将氨基酸和其他大分子吞入，并形成一种称为巨胞饮体的结构，随后这些结构被运送到溶酶体进行降解。癌细胞中的基因改变，如 Ras 突变，可提高巨胞饮作用发生的速率和规模，从而在营养匮乏条件下支持肿瘤生长。⁴

除在促进肿瘤方面的作用外，自噬在特定条件下亦可发挥肿瘤抑制因子的作用。通过线粒体自噬这一受控的损伤线粒体清除过程，自噬可减少活性氧 (ROS) 的释放，并限制过度的糖酵解活性，而这两者均可能驱动癌症进展。尽管 Warburg 效应减少了对线粒体 ATP 的需求，但癌细胞仍然依赖线粒体来产生代谢通路所需的中间体。线粒体自噬在细胞受到各种压力（如缺氧、营养缺乏和炎症）时被激活。当线粒体自噬信号转导被破坏时，受损的线粒体就会积聚，从而导致营养和能量稳态受损、氧化应激增加以及细胞死亡的敏感性增加。⁹

靶向癌症代谢的治疗机会

癌细胞中的代谢重编程为治疗干预提供了广阔的前景。前文所述的多条代谢通路正作为潜在的治疗靶点受到研究关注，其中包括通过抑制谷氨酰胺酶和脂肪生成酶的方式进行探索。^2,4,5

另一种有前景的治疗策略是阻断参与核苷酸合成的酶，例如核苷酸还原酶 (RNR) 和二氢乳清酸脱氢酶 (DHODH)，以破坏脱氧核糖核苷酸的产生并最终阻止癌细胞增殖。

癌症研究的一个关键挑战在于了解不同类型癌细胞的不同代谢适应性，以及解决癌症进展过程中同一类型癌细胞中不断变化的代谢变化。持续研究对于开发有效的癌症代谢治疗方法至关重要。^2,4,5

使用下表探索用于研究癌症代谢的精选 CST 相关抗体产品。

其他资源

阅读癌症标志系列中的其他博客文章，了解更多信息：

• 抵抗细胞死亡
• 诱导血管生成能量学
  
• 持续的增殖信号
  
• 无限复制
  
• 逃避生长抑制
  
• 激活侵袭和转移
  
• 肿瘤促进炎症
  
• 基因组不稳定性和突变
• 避免免疫破坏

参考文献

1. Hanahan D, Weinberg RA (January 2000). "The Hallmarks of Cancer". Cell. 100 (1): 57–70. doi:10.1016/S0092-8674(00)81683-9
2. Hanahan D, Weinberg RA. Hallmarks of cancer: the next generation. Cell. 2011;144(5):646-674. doi:10.1016/j.cell.2011.02.013.
3. Hanahan D. Hallmarks of cancer: new dimensions. Cancer Discov. 2022;12(1):31-46. doi:10.1158/2159-8290.CD-21-1059.
4. Pavlova NN, Thompson CB. The Emerging Hallmarks of Cancer Metabolism. Cell Metab. 2016;23(1):27-47. doi:10.1016/j.cmet.2015.12.006
5. Brisimi TS, Christou CD, Katsiampoura A, et al. Targeting cancer metabolism—new therapeutic opportunities for cancer therapy. Cancers (Basel). 2023;15(14):3725. doi:10.3390/cancers15143725.
   
6. Fontana R, Foti M, Gouttenoire J. Immunostaining of autophagic markers in cancer: LC3B, p62, and beyond. Clin Cancer Res. 2012;18(2):370-379. doi:10.1158/1078-0432.CCR-11-1282.
7. Rangwala R, Chang YC, Hu J, et al. Combined MTOR and autophagy inhibition: a phase 1 trial with temsirolimus and hydroxychloroquine in patients with advanced solid tumors and melanoma. Autophagy. 2013;9(5):898-899. doi:10.4161/auto.23371.
8. Hu YB, Shen N, Wang XB, et al. SQSTM1/p62 in autophagy-related immune responses and cancer. Front Immunol. 2022;13:852298. doi:10.3389/fimmu.2022.852298.
9. Settembre C, Fraldi A, Medina DL, Ballabio A. Signals from the lysosome: a control centre for cellular clearance and energy metabolism. Nat Rev Mol Cell Biol. 2013;14(5):283-296. doi:10.1038/nrm3565.
10. Medina DL, Fraldi A, Bouche V, et al. TFEB links autophagy to lysosomal biogenesis. Science. 2011;332(6036):1429-1433. doi:10.1126/science.1204592.
11. Li L, Li S, Cai H. Recent progress in the research of TFEB in cancer. Cancer Manag Res. 2023;15:1619-1629. doi:10.2147/CMAR.S369876.
12. Li Y, Zhu X, Zeng Y, et al. TFEB promotes hepatocellular carcinoma progression by upregulating PD-L1 via binding to the IRF1 promoter. Cell Death Dis. 2023;14(3):187. doi:10.1038/s41419-023-05667-8.