ウォーバーグ効果と腫瘍形成におけるその役割

グルコースは、エネルギー生成における重要な分子であり、非腫瘍形成および腫瘍形成組織代謝において異なる最終産物を生成します。腫瘍形成細胞は発酵によりグルコースを酸化し、酸素の存在下でも乳酸およびアデノシン三リン酸を生成します（ウォーバーグ効果）。Na+/H+抗が腫瘍形成細胞で上方制御され、乳酸およびH+イオンが細胞外空間に放出されます。細胞外空間における乳酸およびプロトンイオンの蓄積は、浸潤と転移を促進する酸性環境をもたらします。Otto Warburgは、腫瘍形成細胞にはエネルギーが少ないミトコンドリアが欠陥があると報告しました。しかし、数十年後、これらのミトコンドリアがミトコンドリアの含有量、構造、機能、活動の変化に適応していることが明らかになりました。ミトコンドリアの生合成とマイトファジーは、変異原性ミトコンドリアデオキシリボヌクレ酸の蓄積と戦うために、新しいミトコンドリアの形成と欠陥ミトコンドリアの分解を調節します。また、腫瘍形成細胞は、癌を含む病因をもたらす上方制御された解糖に起因する反応性酸素種（ROS）を増加させます。中程度のROSレベルは、増殖性および延期的なシグナル伝達を発揮しますが、高いROS量は細胞死を誘発します。異常な代謝、酸化還元規制、ミトコンドリア適応、およびpH調節の間のクロストークを理解することは、科学的および医学コミュニティにがん療法を探索する新しい機会を提供します。

Glucose is a crucial molecule in energy production and produces different end products in non-tumourigenic- and tumourigenic tissue metabolism. Tumourigenic cells oxidise glucose by fermentation and generate lactate and adenosine triphosphate even in the presence of oxygen (Warburg effect). The Na+/H+-antiporter is upregulated in tumourigenic cells resulting in release of lactate- and H+ ions into the extracellular space. Accumulation of lactate- and proton ions in the extracellular space results in an acidic environment that promotes invasion and metastasis. Otto Warburg reported that tumourigenic cells have defective mitochondria that produce less energy. However, decades later it became evident that these mitochondria have adapted with alterations in mitochondrial content, structure, function and activity. Mitochondrial biogenesis and mitophagy regulate the formation of new mitochondria and degradation of defective mitochondria in order to combat accumulation of mutagenic mitochondrial deoxyribonucleic acid. Tumourigenic cells also produce increase reactive oxygen species (ROS) resulting from upregulated glycolysis leading to pathogenesis including cancer. Moderate ROS levels exert proliferative- and prosurvival signaling, while high ROS quantities induce cell death. Understanding the crosstalk between aberrant metabolism, redox regulation, mitochondrial adaptions and pH regulation provides scientific- and medical communities with new opportunities to explore cancer therapies.