Професор Томас СЕЈФРИД, Бостон колеџ

Важноста на нашиот нов труд што се појави во ASN Neuro минатата недела покажува, за прв пат, дека ферментацијата на аминокиселините може да учествува и во нерегулираниот раст на туморските клетки.

Аминокиселината за која претежно зборуваме е глутамин. Ги тестиравме сите 20 аминокиселини и ги тестиравме клетките на ракот на глиобластом од глувче и човечки за да одредиме кои горива би можеле да ги користат за да го одржат нивниот раст.

Начинот на кој го правиме ова е многу едноставен: ги земаме клетките на туморот и ги одгледуваме во солен раствор. Се разбира, нема храна – нема што да јадат. Потоа, ги темпираме да видиме колку брзо умираат без храна. Клетките на глувчето, поради нивната висока базална стапка на метаболизам (седум пати побрзо од онаа на луѓето), брзо умираат кога се лишени од нивните горива, обично во рок од 24 часа. Човечките клетки, од друга страна, умираат за околу 48 до 72 часа без гориво, само во она што го нарекуваме пуфериран солен раствор.

Следно, додаваме поединечни амино киселини за да видиме дали одржливоста на клетките се подобрува. Овој експеримент го спроведуваме и во присуство и во отсуство на гликоза. Самата гликоза ги одржува клетките во живот подолго, но на крајот тие умираат поради недостаток на извор на азот. Кога го спроведуваме експериментот без гликоза, а потоа воведуваме поединечни амино киселини, забележуваме значително зголемување на растот кога се додава глутамин – многу повеќе отколку со која било друга амино киселина.

Ниту една од другите аминокиселини не беше блиску до ефектот на глутаминот. Кога се присутни и гликозата и глутаминот, двете горива дејствуваат синергистички, обезбедувајќи ги сите метаболити и енергија потребни за брз нерегулиран раст.

Клучното прашање е: како глутаминот го олеснува растот на туморот? Дали се вдишува преку анаплеротичен респираторен процес, каде што јаглеродот на глутаминот влегува во циклусот TCA за да произведе редуцирачки еквиваленти за оксидативна фосфорилација и производство на енергија? Или глутаминот е ферментиран, генерирајќи енергија преку фосфорилација на ниво на митохондријален супстрат во чекорот на сукцинил-КоА лигаза во Кребсовиот циклус?

Овој труд е важен бидејќи ја тестиравме оваа хипотеза на повеќе начини. Прво, ја отстранивме целата гликоза од клетките на туморот во присуство на кислород и обезбедивме само глутамин. Клетките преживеаја, што покажува дека само глутаминот е доволен. Сепак, ова не потврди дали глутаминот се ферментира или дише.

За понатамошно истражување, го повторивме експериментот во длабока хипоксија – отстранувајќи ги и гликозата и кислородот. Дури и под овие услови, клетките сè уште произведуваат АТП, иако на значително намалени нивоа. Ова откритие не наведе да го доведеме во прашање изворот на овој АТП. Се сомневаме дека потекнува од фосфорилација на ниво на супстрат во циклусот TCA.

Користејќи глутамин означен со C13, ја идентификувавме означената C13 килибарна киселина како отпаден производ. Ова потврди дека глутаминот се метаболизира преку патеката на глутаминолиза и се излачува, наместо да се подложува на значително анаплеротично дишење. Дополнително, кога ги третиравме клетките со цијанид, кој ја блокира оксидативната фосфорилација, производството на АТП сепак се случи во отсуство на гликоза, дополнително докажувајќи дека глутаминот го поддржува производството на енергија преку ферментација.

Ова откритие ја пополнува празнината во централната теорија на Ото Варбург. Варбург беше во право во идентификувањето на ракот како митохондријална метаболичка болест, но тој не препозна дека клетките на туморот можат да ферментираат второ главно гориво – глутамин – покрај гликозата. Ова сознание го преобликува нашето разбирање за метаболизмот на ракот и обезбедува нови начини за лекување.

Исто така, покажавме дека кислородот што го консумираат туморските клетки не се користи претежно за синтеза на АТП преку оксидативна фосфорилација – што беше уште една заблуда. Наместо тоа, покажавме дека метаболизмот на ферментација, кој се јавува и во митохондриите и во цитоплазмата преку фосфорилација на ниво на супстрат, игра клучна улога.

Овие сознанија имаат значителни импликации за лекувањето на ракот. Со таргетирање и на гликозата и на глутаминот додека го префрламе телото во нутритивна кетоза, можеме драстично да го намалиме растот на туморот со минимална токсичност. Овој пристап го намалува воспалението, закиселувањето и другите карактеристики поврзани со пролиферацијата на туморот, што доведува до масовна смрт на туморските клетки.

Критичарите би можеле да тврдат дека овие наоди се засноваат на ин витро експерименти. Сепак, ги покажавме истите резултати in vivo. Кога растеме клетки на глиобластом кај глувци и истовремено таргетираме гликоза и глутамин користејќи лекови и диета, забележуваме моќна супресија на туморот со минимална токсичност. Овој пристап ги потврдува нашите ин витро механизми и ја поддржува хипотезата дека ракот е митохондријална метаболичка болест водена од ферментација.

Туморските клетки во суштина ни кажуваат како функционираат – тие се потпираат на ферментација на способни горива. Доказите се јасни: тие произведуваат млечна киселина и килибарна киселина како отпадни производи, сигнализирајќи ја ферментацијата. Ако ги отстраниме овие горива, тие умираат.

Пред оваа студија, знаевме дека глутаминот е моќно гориво за рак, но не знаевме дали е ферментиран. Во мојата книга, првично шпекулирав дека глутаминот може да се ферментира врз основа на претходните наоди на Хока. Неговото истражување на подводни животни, како што се фоките, покажало зголемено ниво на млечна киселина и сукцинска киселина во услови со ниска содржина на кислород. Тој шпекулираше дека се ферментира амино киселина, но не идентификуваше која.

Надоврзувајќи се на оваа идеја, соработував со Христос Чинопулос од Универзитетот Семелвајс во Будимпешта, експерт за фосфорилација на ниво на митохондријален супстрат. Поминавме седум години дизајнирајќи и спроведувајќи експерименти за да ја тестираме оваа хипотеза. Резултатот е овој труд, кој докажува дека фосфорилацијата на ниво на митохондријална супстрат е главен извор на енергија што го поттикнува нерегулираниот раст на туморите на мозокот.

Одејќи напред, планираме да го прошириме ова истражување на главните видови на рак како што се ракот на белите дробови, дебелото црево, мочниот меур и дојката – од кои сите покажуваат знаци на производство на млечна киселина и сукцинска киселина. Овие видови на рак ни кажуваат дека ферментираат, а единствениот начин да ги спречиме е да ги отстраниме нивните ферментирачки горива.

Со децении, Варбург и другите ја препознаа метаболичката природа на ракот, но сепак полето остана фокусирано на генетските мутации како примарна причина. Меѓутоа, мутациите се ефект на оваа метаболичка дисфункција. Вистинскиот двигател е ферментацијата. Клетките на ракот не можат да користат масни киселини или кетони како гориво; тие се ограничени на гликоза и глутамин. Ние веќе го покажавме ова, но сепак заблудата опстојува.

Откако науката целосно ќе го сфати овој концепт, стапката на смртност од рак значително ќе се намали. Решението е јасно: лишете ги клетките на ракот од нивните ферментирачки горива и тие не можат да преживеат.