美國麻省理工學院大衛科赫（David H. Koch）癌癥研究所成員、生物學系助理教授Matthew Vander和哈佛大學的研究人員協作發現了一個癌細胞特異新陳代謝相關的元件，他們證實細胞可啟動一種選擇性的生物化學途徑加速新陳代謝，轉化副產物以構建新細胞。這一發現有助于科學家開發出阻斷癌細胞新陳代謝的藥物。研究論文發表在《科學》（Science）雜志上。目前Vander Heiden已經開始著手對小鼠進行該類藥物的測試。

    在正常細胞中，大部分糖被消耗用于供給能量，只有一小部分用于構成新物質。與之相反的是癌細胞在獲取能量的同時不斷合成新細胞物質。

    大部分人類細胞消耗葡萄糖供給能量。通過一系列需氧反應，細胞從糖中獲得能量，并將能量保存在ATP中。細胞利用ATP為各種功能例如分子進出細胞，肌纖維收縮和維持細胞結構提供能量。

    正常糖氧化分為三個階段。第一階段是糖酵解生成丙酮酸即糖酵解；第二階段，丙酮酸進入線粒體，氧化脫羧生成乙酰CoA；第三階段三羧酸循環生成能量物質ATP。而癌細胞常常僅進行糖酵解而跳過后面的步驟。

    Vander Heiden將新研究集中在糖酵解上。過去科學家們認為糖酵解是一個由10個連續步驟組成的過程，在這一過程中細胞在細胞質中分解葡萄糖生成兩個分子的丙酮酸，并伴有少量ATP生成。此過程不需要氧氣，每一反應步驟基本都由特異的酶催化完成。在缺氧條件下丙酮酸被還原為乳酸，有氧條件下丙酮酸可進一步氧化分解生成乙酰CoA進入三羧酸循環，生成CO2和H2O。

    “每個人都理所當然地認為這就是糖酵解的過程，”Vander Heiden說：“但是新研究顯示還存在其他的作用途徑，并且這條新途徑似乎在增殖細胞包括快速分裂的胚胎細胞和癌細胞中發揮主要作用。”

    科學家們曾經發現在癌細胞中M2型丙酮酸激酶（PKM2）取代M1型丙酮酸激酶（PKM1）,對腫瘤能量代謝及腫瘤生長發揮重要作用。PKM1和PKM2酶均可催化糖酵解的最后步驟，將化合物磷酸烯醇丙酮酸酯（PEP）轉化為最終產物丙酮酸。

    在新研究中，研究人員發現磷酸烯醇丙酮酸酯繞開了糖酵解的最后步驟參與了從前未知的一個反饋回路。癌細胞的PKM2失活可引起磷酸烯醇丙酮酸酯積聚。磷酸烯醇丙酮酸酯積聚可導致PGAM酶激活，催化糖酵解早期步驟發生。當PGAP接收到磷酸烯醇丙酮酸酯積聚信號時，它會生成更多的磷酸烯醇丙酮酸，從而形成一個促磷酸烯醇丙酮酸酯生成的正反饋回路。

    Vander Heiden認為這一回路具有重要的意義，它使得細胞在反應的中間步驟產生了大量的3-磷酸甘油酸，3-磷酸甘油酸可轉化合成信號例如促進新癌細胞的DNA合成。Vander Heiden計劃在接下來的研究中進一步檢測轉化的發生機制。

    Vander Heiden 說：“新研究表明PKM2激活藥物有可能成為一種有潛力的癌癥治療藥物，如果PKM2被高度激活，則有可能改變癌細胞的磷酸烯醇丙酮酸代謝，阻斷這條信號途徑有可能能夠抑制癌細胞新物質的生成。”