Вопрос о том, как сахар влияет на метаболизм раковых клеток, обсуждается учеными много лет. Еще в начале прошлого века немецкий ученый Отто Варбург открыл, что раковые клетки получают энергию благодаря процессу гликолиза. В ходе этого процесса идет расщепление глюкозы без доступа кислорода. Одним из продуктов реакции являются молочная кислота. Тем не менее, энергии производится мало, зато молочной кислоты получается большое количество.
Варбург, исследуя клетки раковых опухолей, обнаружил, что уровень гликолиза в них может быть в 200 раз выше, чем в обычных, здоровых тканях. Именно поэтому ученый решил, что причиной рака является нарушение обмена веществ в клетках. Спустя некоторое время было доказано, что это вовсе не так, рак вызывают мутации в различных генов. Но какую роль во всем этом играет сахар и причем здесь молочная кислота?
Сейчас этот вопрос немного прояснился. Начиная с 2008 года, группа ученых из Нидерландов и Бельгии ведет изучение процесса обработки сахара раковыми клетками. Опухоли действительно превращают в лактат огромное количество сахара, больше, чем обычные клетки здоровых тканей. Изначально ученые заподозрили наличие связи между глюкозой и семейством генов Ras. Ошибки в этих генах и приводят к развитию опухоли и образованию метастазов.
Ведущим исследователем этого проекта стал профессор Йохан Тевелейн (Johan Thevelein) из Фламандского института биотехнологий (VIB). Вместе с коллегами он стал изучать изменение генов Ras на примере культуры дрожжей. Ученые решили использовать одноклеточные организмы, чтобы исключить возможность погрешностей при работе с гораздо более сложными клетками млекопитающих. В этих клетках идут регуляторные процессы, их большое количество, в отличие от клеток дрожжей.
Результаты своей работы ученые изложили в статье в журнале Nature Communications. В частности, авторы исследования утверждают, что расщепление сахара в дрожжевых и раковых клетках происходит ступенчато. Один из ключевых элементов здесь — это вещество с названием 1,6-бифосфат фруктозы. При скоростном гликолизе этого вещества накапливается большое количество. И именно 1,6-бифосфат фруктозы становится ключевым фактором для активации Ras-белков. А белки, как уже упоминалось, стимулируют быстрое размножение клеток. Ну я для этого быстрого размножения нужна энергия, которую клетки получают из… правильно, сахаров, расщепляемых в процессе гликолиза.
Ученые смогли понять, что процесс клеточного питания такого типа создает цикл, из которого нельзя выйти. Появившиеся раковые клетки вызывают проявление скоростного гликолиза. А этот процесс, в свою очередь, стимулирует появление еще большего количества раковых клеток. Таким образом, команде удалось показать, что так называемый эффект Варбурга делает опухоль более агрессивной.
«В работе показано, что быстрое потребление сахара раковыми клетками стимулирует развитие заболевания и быстрый рост опухоли. Очевидно, что связь между сахаром и раком явная, она имеет далеко идущие последствия», — говорит Тевелейн в описании результатов работы своей команды.
Стоит отметить, что до этого исследования некоторые специалисты утверждали, что сахар никак не влияет на развитие опухолей. Авторы текущего исследования указывают, что именно сахар может быть стимулом развития раковых клеток. Интересно то, что у голых землекопов, животных, которые, как считается, устойчивы к развитию раковых заболеваний, в организме вырабатываются сложные сахара — их не могут использовать раковые клетки. Может быть, это одна из причин, почему землекопы почти никогда не болеют раком.
Фотографии срезов тканей аристократов прошлого с явными признаками наличия раковых заболеваний. Источник: Lancet
Кстати, раком болеют не только современные люди. Опухоли в организмах живших сотни лет назад людей обнаружены специалистами из Университета Пизы. Ученые здесь изучали мумифицированные останки членов двора при королях Арагонской династии (XV-XVI века). Как оказалось, число заболевших раком довольно велико. Среди больных раком — король Фердинанд I Арагонский, принц Луиджи Карафа и герцог Фердинандо Орсини. В ходе исследований было изучено 11 мумий, и примерно у трети обнаружены остатки раковых опухолей.
Источник
