糖酵解过程产生的许多中间代谢产物能被肿瘤细胞所利用，为核酸、蛋白质和脂类等生物大分子的合成提供前体原料，从而有助于肿瘤细胞本身的生长和增殖。同时有氧糖酵解也是肿瘤细胞能量的主要来源，产生ATP的速度快，肿瘤细胞为满足能量需求和生物大分子前体原料供应需要消耗大量的葡萄糖。本论文从能量代谢方面的展开研究，讨论了应用降血糖药物二甲双胍和使用饥饿疗法对于结肠癌和乳腺癌的治疗的作用，并结合细胞糖酵解生产的中间产物对于癌细胞的生长影响。


Unisense微电极的应用


将5000个单位的细胞置于装有搅拌系统的微呼吸瓶中，所加细胞经过0.3mg/L的氨苄青霉素渗透后1分钟，在转速为1000rpm的离心机中离心9分钟，然后置于含有120 mM NaCl,2 mM MgCl2,1 mM KH2PO4,50 mM Tris–HCl,pH为7.4的缓冲溶液中悬浮，所用的氧微呼吸电极也在这种配置的溶液中进行平衡，直至氧气的消耗保持为一个稳定的数值。然后测试在细胞中加入不同的线粒体呼吸链复合物后测试细胞的呼吸速率，呼吸速率的单位是μM O2/min/mg。


实验结果


肿瘤是一种代谢疾病，肿瘤发生的原因是正常细胞的氧化呼吸被糖类物质发酵所取代。研发发现使用二甲双胍(MET)和短暂饥饿疗法（STS）能够很好的抑制结肠癌和乳腺癌细胞的生长。这是因为使用STS和MET疗法降低了癌细胞的糖酵解的通量，这种降低细胞糖酵解通量的办法就是通过干扰细胞膜中的己糖激酶-Ⅱ的活性，同时STS和MET联合疗法干扰了细胞能量代谢过程中的氧化磷酸化过程，其中二甲双胍的作用是消除线粒体呼吸链复合物1的功能，而STS则是激励线粒体呼吸链复合物Ⅱ、Ⅳ呼吸酶的活性。这类联合疗法能够破坏癌细胞的葡萄糖代谢过程，，从而进一步降低直肠癌细胞和乳腺癌细胞的增殖。相关研究进一步证明了抑制癌细胞葡萄糖能量代谢是一种很好的治疗肿瘤的方法。

图1、二甲双胍药物疗法和饥饿疗法对于肿瘤细胞的生长及其葡萄糖能量代谢的影响。图A，B表示的是老鼠体内注入CT26癌细胞和4T1细胞后进行喂养14天，通过使用不同的治疗方法判断老鼠体内肿瘤体积大小的变化情况。图C、D表示的是采用18F-FDGPET扫描法测试老鼠体内肿瘤细胞的消耗葡萄糖代谢率水平的大小。图E、F表示的是老鼠体内癌细胞葡萄糖消耗总量水平的大小。从图A、B中可以看出，当通过使用能量代谢干扰法和饥饿疗法时，老鼠体内肿瘤体积增长较慢，对于肿瘤的生长抑制更好。图C、D反映的是肿瘤细胞葡萄糖代谢率的水平，当使用二甲双胍药物疗法和饥饿疗法时，肿瘤细胞的葡萄糖代谢率有所降低。图E、F也进一步证明了该结论，即使用了STS、MTF疗法后，肿瘤细胞消耗葡萄糖的量也减少了。

图2、老鼠体内癌细胞进行线粒体呼吸链系统的过程。其中○（CT26细胞）□（CT26+MTF）●(4T1)■(4T1+MTF)图A、B表示的含有不同癌细胞的老鼠体内生成的线粒体呼吸链复合物Ⅰ和复合物Ⅱ的量变化。图C、D表示的是细胞进行线粒体有氧呼吸时，其线粒体呼吸链过程中氧气的消耗速率的变化情况。图E、F表示的是细胞进行线粒体有氧呼吸时，其线粒体呼吸链过程中ATP的变化情况，图G是表示这个过程中活性氧的变化情况。


总结


肿瘤发生的原因是正常细胞的氧化呼吸被糖类物质发酵所取代，抑制肿瘤的生长的一种办法就是控制肿瘤细胞的能量代谢过程，本论文从肿瘤的能量代谢过程展开研究，分析了二甲双胍药物疗法和STS疗法结合对于肿瘤细胞的生长抑制作用的机制研究，文章从肿瘤细胞的能量代谢方式（糖酵解）展开研究，分析了二甲双胍（MET）药物疗法和STS疗法相结合对于癌细胞的葡萄糖代谢过程的影响，研究STS和MET疗法对于肿瘤细胞能量代谢过程中的线粒体呼吸链电子转移过程中各种线粒体复合物酶的变化情况，并且应用Unisense微呼吸电池测试了这些细胞能量代谢过程中的氧气消耗情况，用于分析STS和MET对于肿瘤细胞进行糖酵解过程的影响，从而进一步说明了二甲双胍药物疗法和STS疗法的结合能够抑制结肠癌和乳腺癌细胞的生长。可以看出，微呼吸电极测试细胞的呼吸速率为本论文提出的肿瘤抑制的机理给予了很好的数据支持。这说明微呼吸电极在肿瘤治疗领域方面具有很好的应用前景。