XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Введение. Метаболизм опухоли - это совокупность всех метаболических процессов, происходящих в опухолевых клетках, которые отличаются от метаболизма нормальных клеток. Изучение метаболизма опухоли является ключевым направлением в биохимии онкологии, так как эти изменения могут служить основой для разработки новых стратегий диагностики и лечения рака.

Цель исследования: изучить особенности метаболизма опухолевых клеток и определить их роль в развитии онкологических заболеваний.

Материал и методы исследования. В качестве материалов исследования использовались учебные пособия, а также статьиотечественных и зарубежныхавторов по метаболизму опухолевых клеток и особенностям течения онкологических заболеваний. Анализ и обобщение полученной информации выступили в качестве методов теоретического изучения данного направления.

Результаты исследования и их обсуждение. Опухолевые клетки имеют ряд особенностей в своем метаболизме, которые отличают их от нормальных клеток. Они обеспечивают опухоли энергией и сырьевыми материалами для интенсивного роста и деления. К ключевым особенностям метаболизма опухолевых клеток относится:

1.Эффект Варбурга

Одной из наиболее известных особенностей метаболизма опухолевых клеток является их предпочтение гликолитического пути над окислительным фосфорилированием.

2. Повышенное потребление глюкозы

Опухоли имеют повышенное потребление глюкозы по сравнению с нормальными тканями. Это связано с их активным ростом и пролиферацией, а также с потребностью в большом количестве энергии и сырьевых материалов для роста новых клеток.

3. Глутаминовый метаболизм

Раковые клетки часто активно используют глутамин в процессе метаболизма для обеспечения своих энергетических и метаболических потребностей.

4. Метаболическая пластичность

Опухоли обладают высокой метаболической пластичностью, позволяющей им быстро переключаться между различными метаболическими путями для получения энергии и ресурсов.

5. Восстановление и регенерация

Опухоли также имеют высокую способность к восстановлению и регенерации метаболических процессов после стрессовых условий, тем самым устойчиво выживать и продолжать свой рост.

6. Образование свободных радикалов

Опухолевые клетки часто производят большое количество свободных радикалов, которые могут повреждать клеточные молекулы и способствовать мутациям в ДНК. Это может приводить к более быстрому размножению и росту опухоли.

7. Активация сигнальных путей.

Многие опухоли активируют определенные сигнальные пути, такие как пути белка AKT или фактора транскрипции MYC, которые регулируют метаболические процессы в раковых клетках [1, с. 36].

Эффект Варбурга

Эффект Варбурга - это феномен, при котором опухолевые клетки предпочитают производить энергию через гликолиз (анаэробный процесс), даже при наличии достаточного количества кислорода для проведения окислительного фосфорилирования (аэробный процесс).

Нормальные клетки организма предпочитают использовать окислительное фосфорилирование для получения энергии, так как это более эффективный процесс, порождающий больше энергии в форме АТФ по сравнению с гликолизом. Однако опухолевые клетки часто демонстрируют повышенный гликолиз, даже при наличии кислорода, что приводит к накоплению лактата как конечного продукта гликолиза. Гликолиз, в отличие от окислительного фосфорилирования, является менее эффективным, но более быстрым способом получения энергии.

Причины, по которым опухолевые клетки предпочитают анаэробный гликолиз, включают:

• Рост и деление клеток. Быстрорастущие опухоли нуждаются в быстрой энергии и метаболитах для поддержания своего роста и размножения. Гликолиз позволяет им быстро вырабатывать необходимую энергию.

• Поддержание редукции. Гликолиз обеспечивает клеткам опухоли необходимые метаболиты для поддержания высокой скорости деления и пролиферации.

• Адаптация к окружающей среде. Гликолиз дает клеткам опухоли преимущество в условиях гипоксии (недостатка кислорода), которые часто сопровождают рост опухоли.

Эффект Варбурга имеет важные последствия для опухолевого метаболизма, так как обеспечивает опухоли быстрым и непрерывным поступлением энергии для их быстрого роста и пролиферации. Кроме того, в результате гликолиза образуется увеличенное количество лактата, что может способствовать кислотности и изменениям в окружающей среде опухоли, способствующим ее выживанию и распространению.

Изучение и понимание механизмов, лежащих в основе эффекта Варбурга в опухолевых клетках, является важным для развития новых методов диагностики и терапии рака. Это позволяет выявить слабые места опухоли и разработать специфические подходы к лечению[2, с. 1033].

Метаболическая пластичность

Метаболическая пластичность опухолевых клеток - это способность раковых клеток адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды путем изменения своих метаболических стратегий. Это важное явление, которое позволяет опухолевым клеткам выживать и приспосабливаться к различным стрессовым ситуациям.

Основные аспекты метаболической пластичности опухолевых клеток:

Переключение метаболических путей: Опухолевые клетки могут быстро переключаться между различными метаболическими путями в зависимости от доступности питательных веществ.

Устойчивость к голоданию: Раковые клетки могут приспосабливаться к недостатку питательных веществ, используя свои резервы и приспосабливая свой метаболизм для выживания в условиях ограниченного питания.

Метаболическое перепрограммирование:Благодаря способности к метаболическому перепрограммированию, опухолевые клетки могут изменять свою метаболическую активность для обеспечения быстрого роста и выживания.

Гипоксия и метаболическая ответная реакция: В условиях недостатка кислорода опухолевые клетки могут активировать специфические метаболические пути, такие как анаэробный гликолиз, для обеспечения энергии и выживания.

Индукция ангиогенеза: Опухоли могут стимулировать рост новых сосудов (ангиогенез) для обеспечения достаточного поступления кислорода и питательных веществ к клеткам опухоли. Это позволяет клеткам опухоли продолжать расти и размножаться, несмотря на недостаток ресурсов.

Влияние на эффективность лечения: Опухолевые клетки могут быть устойчивы к определенным формам лечения, включая химиотерапию и лучевую терапию.

Метаболическая пластичность опухолевых клеток имеет большое значение для выживания и прогрессии опухоли. Ее понимание может помочь в разработке новых подходов для лечения рака, включая направленные на метаболические слабые точки опухолей[3, с. 149].

Глутаминовый метаболизм

Глутаминовый метаболизм играет важную роль в опухолевых клетках и является одной из характеристик метаболической перестройки в раке. Глутамин – это аминокислота, которая является одним из основных источников энергии и прекурсоров для биосинтеза в опухолевых клетках. Опухолевые клетки направляют большую часть поглощаемый глутамин на процессы образования энергии и синтеза других молекул с помощью ряда метаболических путей.

Глутамин, поступая в клетку, претерпевает гидролиз глутаминазой до глутамата. Глутаминаза играет важную роль в этом процессе, разрушая глутамин и высвобождая аммиак и глутамат. Глутамат может дальше окисляться в альфа-кетоглутарат, обеспечивая в клетке энергию и образующийся в ходе этого процесса НАДН+-кофермент.

Высвобождающийся аммиак в результате глутаминолиза подлежит дальнейшей метаболической обработке, чтобы избежать токсического воздействия. В опухолевых клетках аммоний превращается в меньшей степени в глутамат или улавливается и используется для синтеза некоторых аминокислот.

Глутаминовый метаболизм в опухолевых клетках играет важную роль в обеспечении энергетических и биосинтетических нужд опухоли. Это может быть особенно значимо при нехватке альтернативных источников энергии или строительных блоков. Кроме того, глутаминовый метаболизм может также участвовать в регуляции ростовых сигнальных путей и метаболической гибкости опухолевых клеток.

Исследования показывают, что элементы глутаминового метаболизма в опухолевых клетках могут быть потенциальными мишенями для новых противоопухолевых лекарственных препаратов. Одной из таких целей является фермент глутамин-дегидрогеназа (GLUD1), который участвует в превращении глутамина в глутамат. Блокирование этого фермента может снизить энергетическое предоставление опухолевым клеткам и остановить их рост для улучшения эффективности терапии рака.

Восстановление и регенерация

В отличие от нормальных тканей, опухолевые клетки часто демонстрируют высокую скорость деления и роста, что может влиять на их способность к восстановлению и регенерации. Опухолевые клетки могут обладать различной способностью к восстановлению, и это является объектом интереса для исследований в области онкологии.

Опухолевые клетки, в отличие от большинства нормальных клеток, могут продолжать делиться и регенерироваться даже в условиях, когда нормальные клетки переходят в состояние квиесценции или апоптоза. Субпопуляции клеток опухоли могут иметь разные уровни чувствительности к терапевтическим воздействиям. Некоторые клетки могут выжить и продолжать рост, несмотря на лечение. Затем эти клетки могут протекать и репопулировать опухоль, восстанавливая ее размер или усиливая прогрессию заболевания.

Опухоли могут содержать опухолевые стволовые клетки, которые обладают способностью к самообновлению и дифференцировке в разные клеточные линии опухоли. Они могут выживать после лечения и играть ключевую роль в восстановлении опухоли.

Микросреда опухоли также оказывает влияние на восстановление и регенерацию опухолевых клеток. Она может содержать факторы роста, цитокины и стимулирующие факторы, которые содействуют выживанию и репродукции клеток опухоли.

Регенерация опухолевых клеток может представлять вызов для успешного лечения рака. Поэтому, для более эффективного лечения, необходимо разрабатывать новые подходы, направленные на снижение их способности к восстановлению и продолжению роста. Некоторые из них включают иммунотерапию, хирургическое удаление опухоли, лекарственную и радиотерапию, а также исследования по генной терапии[4, с. 82].

Образование свободных радикалов

Свободные радикалы – это химические молекулы, у которых есть непарный электрон, что делает их менее стабильными и более реактивными. Они способны вступать в реакцию с другими молекулами в клетке и могут вызывать окислительный стресс, повреждение клеточных структур и ДНК, белков и липидов.

Опухолевые клетки образуют свободные радикалы, такие как реактивные формы кислорода (ROS) и реактивные формы азота (RNS), в результате возрастания окислительного стресса. Они могут быть образованы в результате высокого обмена кислорода, наличия железа или других металлов, неконтролируемого образования митохондриями энергии, искусственного источника излучения или агрессии системы иммунитета.

В опухолях может наблюдаться дисбаланс между образованием свободных радикалов и системой антиоксидантной защиты клетки. Это может быть связано с нарушением активности антиоксидантных ферментов, таких как супероксиддисмутаза (SOD), каталаза и глутатионпероксидаза, или с недостатком антиоксидантов в опухолевых клетках.

Свободные радикалы, образованные опухолевыми клетками, могут играть важную роль в прогрессии и развитии опухоли. Они могут воздействовать на сигнальные пути, регулирующие пролиферацию клеток, апоптоз (программированную клеточную смерть), инвазию и метастазирование. Также свободные радикалы могут влиять на резистентность к противоопухолевым лекарствам.

Исследования показывают, что ингибирование образования свободных радикалов или устранение их воздействия может быть потенциальным подходом к лечению опухолей. Это может быть достигнуто путем использования антиоксидантов, которые могут уменьшить уровень окислительного стресса и защитить клетки от повреждений[5, с. 103].

Заключение.Таким образом, опухолевые клетки имеют уникальные особенности метаболизма, которые позволяют им эффективно получать энергию и ресурсы для своего роста и выживания. Изучение метаболических путей в раковых клетках является ключевым аспектом в разработке новых подходов для диагностики, лечения и профилактики онкологических заболеваний. Благодаря этому появляется возможность идентифицировать уязвимые точки и целевые мишени для выявления новых лекарств и терапевтических стратегий. Некоторые из современных исследований включают поиск молекулярных маркеров, разработку ингибиторов ключевых ферментов и использование новых технологий для визуализации и анализа метаболических процессов в опухолях.

Список литературы

1. Коган, А.Х. Патофизиология опухолей: (Введ. в общую теорию канцерогенеза): Учеб. пособие/ А. Х. Коган//Моск. мед. акад. им. И. М. Сеченова. - М.: ММА, 1991. - 55 с. 

2. Вандер Хейден М.Г., Кантли Л.К., Томпсон К.Б. Понимание эффекта Варбурга: метаболические требования к клеточной пролиферации // Наука. 2009. № 5930. С. 1029-1033.

3. Ганцев Ш. X. Онкология: Учебник для студентов медицинских вузов. — 2-е изд., испр. и доп. — М.: ООО «Медицинское информационное агентство», 2006. — 488 с.

4.Киселев Ф. Л., Имянитов Е. Н., Киселева Н. П., Левина Е. С. Молекулярная онкология: от вирусной теории к лечению рака. – М.: ГЕОС, 2013. – 152 с.

5. Моисеенко, В.М, Клиническая онкология (избранные лекции) I Том [текст] / Под редакцией В.М. Моисеенко, А.Ф. Урманчеевой – Санкт – Петербург, 2006. – 175с. 

Код для цитирования: Скопировать