类型a：学术研究报告
本研究由Raju V. Pusapati、Anneleen Daemen、Catherine Wilson等来自Genentech Inc.（美国基因泰克公司）和Calico Life Sciences（加州生命科学公司）的研究团队完成，成果发表于2016年4月11日的《Cancer Cell》期刊（第29卷，548–562页），标题为“mTORC1-Dependent Metabolic Reprogramming Underlies Escape from Glycolysis Addiction in Cancer Cells”。研究通过揭示肿瘤细胞逃逸糖酵解依赖（glycolysis addiction）的代谢重编程机制，为靶向肿瘤代谢的联合治疗策略提供了理论依据。
学术背景
肿瘤细胞的瓦氏效应（Warburg effect）表现为即使在有氧条件下仍依赖糖酵解供能，但临床靶向糖酵解的疗法（如2-脱氧-D-葡萄糖[2DG]）效果有限。研究者假设肿瘤细胞可通过代谢重编程（metabolic reprogramming）逃逸糖酵解抑制，但其机制尚不明确。本研究旨在探索这一逃逸现象的分子机制，并验证联合靶向糖酵解与mTORC1通路的治疗潜力。
研究流程与实验设计
研究分为以下关键步骤：
细胞模型建立与分类
- 研究对象：多种实体瘤细胞系（如OVCAR-8、PC9、MDAH-2774等），根据对2DG的敏感性分为糖酵解依赖型（glycolysis-dependent, GD）和非依赖型（glycolysis-independent, GI）。通过长期暴露于递增浓度的2DG诱导GD细胞获得GI表型（如OVCAR-8 GI）。
- 实验方法：细胞存活率检测（IC50测定）、乳酸分泌分析、葡萄糖/谷氨酰胺摄取实验。
代谢表型分析
- 使用Seahorse分析仪检测细胞外酸化率（ECAR）和耗氧率（OCR），发现GI细胞氧化磷酸化（oxidative phosphorylation, OXPHOS）活性增强。
- 广谱代谢组学（metabolomics）分析273种代谢物，显示GI细胞三羧酸循环（TCA cycle）中间产物和磷酸戊糖途径（PPP）代谢物水平升高。
- 同位素示踪（如¹³C-葡萄糖/谷氨酰胺）证实GI细胞通过PPP回补糖酵解阻断，并依赖谷氨酰胺生成天冬氨酸（aspartate）。
信号通路机制解析
- 免疫印迹显示GI细胞在2DG处理后仍维持mTORC1/S6K1信号活性，而GD细胞中该通路被AMPK抑制。
- 通过shRNA敲低葡萄糖-6-磷酸异构酶（GPI）或药理学抑制LDHA（如GNE-140），验证mTORC1依赖的代谢重编程是逃逸糖酵解抑制的共性机制。
联合治疗验证
- 体外实验：mTORC1抑制剂（如everolimus）或S6K1抑制剂PF4708671与2DG联用可协同抑制GI细胞生长。
- 体内实验：在HepG2异种移植模型中，2DG联合everolimus显著抑制肿瘤生长。
主要结果
- 代谢重编程特征：GI细胞通过mTORC1激活PPP，将葡萄糖碳回流至糖酵解下游，维持ATP和生物合成前体供应（如核苷酸、脂质）。
- 关键调控机制：mTORC1通过SREBP1上调G6PD（PPP限速酶），并通过CAD酶促进嘧啶合成。谷氨酰胺代谢通过维持TCA循环中间产物支持mTORC1活性。
- 治疗意义：联合靶向糖酵解（如2DG/GPI抑制）和mTORC1可阻断代谢适应性，诱导肿瘤细胞凋亡。
结论与价值
本研究首次阐明mTORC1驱动的代谢重编程是肿瘤细胞逃逸糖酵解依赖的核心机制，并提出“糖酵解-mTORC1双靶向”策略可克服肿瘤代谢可塑性（metabolic plasticity）。其科学价值在于揭示了代谢与信号通路的交互调控网络，临床应用价值则为改善现有糖酵素抑制剂的疗效提供了新方案。
研究亮点
- 创新发现：mTORC1通过协调PPP、OXPHOS和脂质合成实现代谢逃逸。
- 方法学创新：整合代谢组学与同位素示踪技术，解析代谢流动态变化。
- 转化意义：明确p-S6K/p-S6可作为预测糖酵素抑制剂疗效的生物标志物。
其他价值
研究还发现GPI高表达与肺癌患者不良预后相关，提示GPI是潜在治疗靶点。此外，靶向线粒体复合物I（如phenformin）与mTORC1抑制的协同效应为联合用药提供了新思路。