Кіріспе

Ісік метаболизмін зерттеу, сондай-ақ ісіктің метаболомы деп белгілі, ісік жасушаларындағы ерекше метаболикалық өзгерістерді сипаттайды. Ісіктің метаболомының ерекше белгілері: жоғары гликолиттік ферменттердің активтігі, пируваткиназаның M2 типті изоферментінің экспрессиясы, глюкоза көміртегінің нуклеин қышқылы, аминқышқылы және фосфолипидтер сияқты синтетикалық процестерге бағытталуы, пиримидин мен пуриннің де ново синтезінің жоғары деңгейі, аденозин трифосфаты мен гуанозин трифосфатының цитидин трифосфаты мен уридин трифосфатына қатынасының төмендеуі, аденозин монофосфатының төмен деңгейі, жоғары глутаминолиздік қабілет, иммуносупрессивті заттардың бөлінуі және метионинге тәуелділік. Otto Heinrich Warburg қатер мен метаболизм арасындағы байланысты қатер зерттеулерінің басында-ақ байқаған болатын, бұл Warburg гипотезасы ретінде белгілі, бірақ 1990 жылдардың соңына дейін ісік моделінің жетіспеуі және оттегісіз ортаны жасау қиындығына байланысты маңызды зерттеулер жүргізілмеді. Жақындағы зерттеулер қатер гендеріндегі мутациялар мен жасушалық сигналдағы өзгерістер нәтижесінде метаболикалық қайта бағдарламалау жүзеге асатынын көрсетті. Сондықтан жасушалық және энергия метаболизмінің өзгеруі қатердің негізгі белгілерінің бірі болып саналады.

Варбург эффектісі және гликолиз

Аэробтық гликолиздің жоғары деңгейі (бұл эффект Варбург эффектісі деп те аталады) қатерлі жасушаларды қалыпты жасушалардан ерекшелендіреді. Глюкозаның митохондриядағы окистеуші фосфорлану арқылы метаболизмделуінің орнына лактатқа айналуы (мұндай процесс гипоксиялық қалыпты жасушаларда да болуы мүмкін) оттегінің болуына қарамастан, қатерлі ісікте сақталады. Бұл процесс әдетте гликолизді тежейді, бұл Пастер эффектісі деп те аталады. Мұның бір себебі митохондрияның бұзылуы. Гликолиз арқылы АТФ өндірісі окистеуші фосфорлануға қарағанда жылдам болғанымен, тұтынылған глюкоза бірлігіне шаққанда АТФ өндірісі тұрғысынан әлдеқайда тиімсіз. АТФ өндіру үшін глюкозаны окистеудің орнына, қатерлі жасушалардағы глюкоза анаболикалық процестерге, мысалы, рибоза өндірісіне, белок гликозиліленуіне және серин синтезіне жұмсалады. Сондықтан, бұл өзгеріс ісік жасушаларының қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін глюкозаны жоғары деңгейде сіңіруін қажет етеді. Осыған байланысты, қатерлі жасушалар мен стромальды жасушалар симбиоздық түрде қоректік заттарды қайта өңдеуге және оларды барынша пайдалануға қабілетті. Қатерлі жасушалардың гипоксияға бейімделуі ісіктің тірі қалуы мен дамуы үшін маңызды. Ісік жасушасын көбейтуге және ісік пайда болуына ықпал ететін жасушалық автономды өзгерістерге қоса, семіздік сияқты организмнің толыққанды метаболизмінің өзгеруі де түрлі қатерлі ісіктердің қаупін арттыратыны байқалады.

Қатерлі ісік метаболизміне сигнал беру жолдарының рөлі

PI3K/AKT/mTOR жолындағы AKT1 ақуызы (Протеинкиназа B немесе PKB деп те аталады) ісіктің гликолиттік фенотипін анықтайтын маңызды күш және АТФ өндірісін күшейтеді. AKT1 глюкоза тасымалдаушыларының экспрессиясын және мембранаға жылжуын арттыру арқылы, сондай-ақ гексокиназа және фосфофруктокиназа 2 сияқты негізгі гликолиттік ферменттерді фосфорилдеу арқылы гликолизді ынталандырады. Бұл O транскрипциялық факторлардың бұрандалы қорапшалар тұқымдық тобының тежелуіне алып келеді, нәтижесінде гликолиттік қабілет артады. Белсенді mTOR жеткілікті мөлшердегі қоректік заттар мен энергия болғанда ақуыз және липидтердің биосинтезін және жасуша өсуін күшейтеді, ал ісік пайда болу кезінде көбінесе тұрақты түрде белсенді болады.

Оғрықты басушы және онкогендердің рөлі

Жалпы ісікке қарсы ген ретінде жұмыс істеуден басқа, p53 метаболизмді реттеуде де маңызды рөл атқарады. p53 глюкозаны глюкоза-6-фосфатқа (G6P) айналдыратын гексокиназа-2 (HK2) ферментін белсендіреді, ол АТФ өндіру үшін гликолизге немесе пентоза-фосфат жолына (PPP) түседі. Осылайша, ол нуклеотидтер синтезі үшін қолданылатын тотыққан никотинамид аденин динуклеотид фосфаты (NADPH) және/немесе рибоза түріндегі тотығу потенциалын өндіру арқылы макромолекулалық биосинтезді қолдайды. p53 TP53-тің гликолиз және апоптозды реттегіш генінің экспрессиясын арттыру арқылы гликолиттік жолды тежейді. Жабайы типтегі p53 PTEN (генінің) экспрессиясын қолдайды, ол PI3K жолын тежеп, осылайша гликолизді басады. POU2F1 де p53-пен бірге окистеуші және гликолиттік метаболизм арасындағы тепе-теңдікті реттеуге көмектеседі. Ол окистеуші стреске төзімділікті қамтамасыз етеді, бұл глюкоза метаболизмін күшейтетін және митохондриялық тыныс алуды азайтатын гендер жиынтығын реттейді. Бұл p53 жоғалған жағдайда қосымша күшті ұсынады.

Пируваткиназаның M2 изоформасы

Пируваткиназаның M2 түрі немесе PKM2 эмбрионалды және ересек жасұшаларда кездеседі. Ол көптеген ісік жасушаларында да экспрессияланады. PKM2 метаболизміне енгізілген өзгерістер АТФ ресурстарын арттырады, макромолекулалық биосинтезді және тотығу-тотықсыздану бақылауын күшейтеді. Пируват киназа гликолиздің АТФ өндіретін қадамын катализдейді, онда фосфоенолпируват (ФЭП) пируватқа айналады. Бұл – шектеуші қадам. Ол гликолиз белсенділігін төмендетіп, көмірсулар метаболиттерінің басқа жолдарға, мысалы, гексозамин жолына, уродин дифосфат глюкоза-глюкоза синтезіне, глицерин синтезіне және пентоза фосфат жолына (ПФЖ) енуіне мүмкіндік береді. Ол жасушалардың көбеюіне қажетті макромолекулалық прекурсорларды жасауға және NADPH сияқты тотығу-тотықсыздану эквиваленттерін азайтуға көмектеседі. Кейбір зерттеулерде MYC экзонды біріктіруді реттеу арқылы PKM1-ге қарағанда PKM2 экспрессиясын арттыратыны анықталды. Сондай-ақ, олар IDH1 және IDH2 ақуыздарының активті орындарында изоцитратпен байланысуға қажетті аргинин қалдықтарымен өзара әрекеттеседі. Кейбір май қышқылдары кейбір қатерлі ісікке қарсы препараттарға төзімділіктің пайда болуымен байланысты. Май қышқылдарының синтезін катализдейтін маңызды кешен – май қышқылдарының синтетазасы (FASN) сүт безі қатерлі ісігінде доцетакселге, трастузумабқа және адриамицинге қарсы төзімділікпен байланысты екені анықталды. Ұйқы безі қатерлі ісігінде гемцитабинге және сәулеленуге қарсы ішкі төзімділік те ұқсас сипатталады. Глютаминолиз асқазан қатерлі ісігінде mTORC1 жолының белсенділігі арқылы цисплатинге қарсы төзімділікпен байланысты.

Ауырудың метаболикалық биомаркерлері

NADPH антиоксидант ретінде маңызды рөл атқарады, өйткені ол жасушалардың қарқынды көбеюі кезінде түзілетін реактивті оттегінің мөлшерін азайтады. Пентоза фосфат жолының (PPP) әлсіреуі қатерлі жасушаларда NADPH өндірісін төмендетіп, макромолекулалық биосинтезді баяулатып, трансформацияланған жасушаларды еркін радикалдармен туындаған зақымдарға осал етеді. Осылайша, PKM2 экспрессиясының берген артықшылығы жойылады. Клиникаға дейінгі зерттеулерде 6-амино никотинамид (6 AN) сияқты препараттар, PPP-ны бастайтын G6P дегидрогеназа ферментін тежейтін препараттар, лейкемия, глиобластома және өкпе қатерлі ісігі жасушаларында ісікке қарсы әсерін көрсетті. Циклоспорин TOR-ды тежейді және тиімді иммунодепрессант ретінде қолданылады. Микофенол қышқылы IMPDH және пиримидин биосинтезін тежейді және иммунодепрессант ретінде клиникалық қолданыста пайдаланылады. Екі препарат та жануарлар моделіндегі зерттеулерде ісікке қарсы әсерін көрсетті.

Глютаминолиз

Аминқышқылы глютаминнің энергия көзі ретінде пайдаланылуына глютаминнің глютаминолиз деп аталатын көп сатылы катаболизмі көмектеседі. Бұл энергия жолы қатерлі ісіктерде күшейеді, бұл терапиялық мақсатқа айналуы мүмкін, себебі қатерлі жасушалардың салауатты жасушаларға қарағанда глютаминге тәуелділігі жоғары деп саналады. Бұл әсіресе метаболизмі бұзылған, мысалы, IDH1 генінде мутациясы бар қатерлі ми ісіктері (яғни, глиобластома) сияқты нақты ісік түрлері үшін маңызды. Бұл ісіктер глютамин немесе құрылымдық жағынан ұқсас аминқышқылы глутаматты энергия көзі және мидағы хемотаксикалық сенсор ретінде пайдаланады, бұл олардың қатерлілігін арттырады және осы ісіктердің неліктен соншалықты инвазивті өсетінін түсіндіруге болады. [9][10]