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本文为译文，原文作者：Diana Lutz
译文首发于唧唧堂，译者：唧唧堂研究人L_yolanda
推荐语：本文为技术文，涉及了一些专业术语，小编整理了一些，仅供参考哈！望对阅读有用！
瓦氏效应（Warburg effect），指奥托·海因里希·瓦尔堡（Otto Heinrich Warburg）所提出的理论，认 为癌细胞的生长速度远大于正常细胞的原因来自于能量的来源差别。癌细胞会偏向使用糖解作用取代一般正常细胞的有氧循环，所以癌细胞使用粒线体的方式与正常细胞就会有所不同。而癌细胞主要使用糖解作用取代有氧循环的现象，就称作瓦氏效应。
同位素标记法：借助同位素原子以研究有机反应历程的方法。即同位素用于追踪物质运行和变化过程时，叫做示踪元素。用示踪元素标记的化合物，化学性质不变。人们可以根据这种化合物的性质，对有关的一系列化学反应进行追踪。这种科学研究方法叫做同位素标记法。
（图片来自原文）
为进一步了解肿瘤代谢的情况，研究者们对营养素都进行了标记。之后他们发现癌细胞并没有之前认为的那样多余。
他们发现，肿瘤上有一种印记反映了细胞代谢时发生的变化，这种变化就是一系列的化学反应，会使癌细胞恶化，对人体生命产生重要的影响。
正常的细胞能吸收血糖（blood sugar ）（即葡萄糖分子glucose molecules），进而通过分解提取能量。这一过程包含了两个阶段：首先在细胞质（cytoplasm）中进行，接着在细胞区间（cellular compartments）－也就是线粒体（mitochondria）－内进行。
一般说来，正常细胞在线粒体阶段会产生大量的能量，以补偿细胞在细胞质阶段高速运转而损失的能量，同时还会分解葡萄糖，迅速分泌大量的乳酸（lactate）——而癌细胞往往不参与这一阶段的运作。乳酸是葡萄糖没有进行完全吸收的一种产物，人们通常认为乳酸没什么用。
上述观点在一定程度上还是可取的，毕竟癌细胞确实会比正常的细胞吸收更多的葡萄糖；这样一来，通过观察葡萄糖的吸收量，临床上完全可以使用成像技术诊断癌症。
但是，皇家食品测试员摄入的葡萄糖都只有一点点，细胞又为什么居然损失了大部分可产于葡萄糖的能量和物质？这点着实让人难以理解。
“很长一段时间里，我们在癌症研究的过程中都非常困惑，为什么癌细胞在体内运行时会如此的浪费？这与我们的一些研究结果相悖。”圣路易斯华盛顿大学化学系副教授Gary J. Patti说到。
在《自然化学生物学》杂志中，Patti与当时的博士学生Amanda (Ying-Jr) Chen讲述了一次实验经历，这场实验看起来很简单，但是结果却出人意料。本来他们的实验目的为检验一个新的方法论，但是实验结果一不小心改变了肿瘤新陈代谢的概念。
通过对乳酸进行研究，他们发现癌细胞控制其能量产生的方式与想象中的不太一样。癌细胞可以将没有什么用的乳酸导入进能提取剩余葡萄糖的线粒体中。
“我们的生物化学专业本科教材里有讲到乳酸被分泌，是因为它在人体内被视为一种多余产物，”Patti说到，“不过研究表明事实并非如此，乳酸也是有很多用途的。”
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瓦氏效应（The Warburg effect）
大部分维持细胞生存的能量都是在线粒体中产生的，所以我们也称之为细胞能量工厂。仅5%的葡萄糖能量可以在细胞质中产生，剩下的95%的能量都是在线粒体中产生的。不过在线粒体中产生能量需要氧气。
1924年，德国生理学家Otto Warburg发现癌细胞会使葡萄糖发酵变成乳酸，甚至变成氧。过程是：癌细胞在线粒体中使葡萄糖产生代谢变化，进而在细胞质中分解了大部分的葡萄糖。
这一现象被称为瓦氏效应。癌症研究者们对此困惑不已。为什么细胞可以如此迅速地生长，并转变成一种产生很少能量的新陈代谢形式？这一过程会带来什么好处呢？
研究者们对此做出了很多的努力，却仍无法解决该问题。“试想，这是新陈代谢地图，”Patti说到，“通常，地图上的箭头指示乳酸应排出细胞外。虽然这只是一个单箭头，但是其真正的内涵取决于我们的思考方式。”
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“一个不可思议的结果”
为了用一种公正的方式研究新陈代谢，Patti的实验小组对细胞的营养素进行标记（即同位素标记法isotope labels），这样一来，当营养素在细胞的影响下产生代谢变化时，他们便可以追踪这一变化的原因了。
“是我们发明了这一技术，”Patti表示。“后来我们就想，‘那么，我们应该首先拿什么做试验呢？’于是我们决定先从明显的分子开始，即乳酸，通常我们称之为过程的终点。最开始，我们在癌细胞上进行标记只是为了证明在癌细胞上是可以进行标记的，毕竟我们并不期待这一过程会使乳酸转换成其他分子。”
但是后来Chen进行实验的时候，发现结果出人意料。“我们看到了成千上万个记号，”她说。“几乎每个细胞中的脂质（lipid）上都有记号。这一发现真是太意外，太不可思议了！”这些细胞不仅只是从乳酸中提取了多余的能量，后来它们还通过自身的原子创造了其他重要的构成团块（building blocks），这些构成团块对癌细胞的成长非常重要。
“这是一个重大的转变，”Patti表示，“以前我们总说乳酸一无是处，只能被丢弃，现在却用它在整个癌细胞分子中创造巨大价值。，”
由于该研究的结果相当惊人，因此整个研究团队又开展了一系列的实验以确认乳酸是真的被导入进了线粒体中。可以说，这些实验不仅确认了乳酸能被导入线粒体中，还证明了线粒体中的一种酶使乳酸发生代谢反应，产生了能量和细胞构成团块。
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那么乳酸为什么还要经过反反复复的转换过程？
那么，既然乳酸总是可以被导入进线粒体中去，又为什么细胞要辛辛苦苦地将葡萄糖转换成乳酸呢？
细胞在细胞质中使葡萄糖产生代谢变化，会产生电子。电子需储存在某处，否则人体内规律性的新陈代谢反应就会停止。一般说来，正常的细胞会将电子移入线粒体中，而癌细胞移入电子的速度会远大于正常电子运输的速度，这使得癌细胞不得不将电子黏于乳酸上，一并排出细胞外。
“可以说，我们发现了癌细胞的工作区（work-around）。”Patti说。癌细胞虽然将电子黏在乳酸上，但是这并不代表之前的所有营养素都浪费了，它们进入了线粒体中。
国立卫生研究院（the National Institutes of Health）基金以及《生物医学》的Alfred P. Sloan基金、the Camille & Henry Dreyfus基金和the Pew Scholars项目共同赞助本次研究。
参考文献：
Lactate metabolism is associated with mammalian mitochondriaYing-Jr Chen,Nathaniel G Mahieu
Nature Chemical Biology(2016).doi:10.1038/nchembio.2172
文章原文：
Cancer cells may not waste nutrients after all
Diana Lutz,September 19th, 2016
https://www.futurity.org/cancer-metabolism-1251102-2/
唧唧堂研究人简介：L_yolanda
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