Các tế bào ung thư dựa vào con đường sản sinh năng lượng nguyên thủy để tăng nhanh và lan rộng

Để thúc đẩy sự tăng sinh nhanh chóng, các tế bào khối u dựa vào đường phân (glycolysis), một quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng nguyên thủy dễ bị ung thư khai thác để lấy năng lượng để chúng tăng trưởng và lan rộng.

Glycolysis là hình thức sản xuất năng lượng lâu đời nhất trong các tế bào sống. Nó đã tồn tại hàng tỷ năm, xuất hiện trước cả khi oxy bắt đầu được tích lũy trên Trái đất và là hình thức sản xuất năng lượng cho các dạng sống nguyên thủy đầu tiên của hành tinh.

Quá trình này bao gồm sự phân hủy glucose để sản sinh năng lượng cho các hoạt động trao đổi chất của tế bào. Vi khuẩn sử dụng glycolysis, nhiều hơn các sinh vật phức tạp hơn như thực vật và động vật. Tuy nhiên, về sau chúng đã phát triển các hình thức sản xuất năng lượng tinh vi hơn, mặc dù vẫn có glycolysis với mức năng suất năng lượng thấp hơn. Ví dụ như, chuỗi vận chuyển điện tử tạo ra các phân tử năng lượng ATP nhiều hơn so với glycolysis. Tuy nhiên, nhiều loại tế bào khối u ưu tiên sử dụng glycolysis để cung cấp đủ năng lượng cho sự phát triển và tăng sinh.

Báo cáo của tiến sĩ Jeremy Blaydes và Charles N. Bumps, Bộ môn khoa học ung thư, Trường Đại học Southampton, Vương quốc Anh cho thấy, tỷ lệ glycolysis cao trong các tế bào ung thư vẫn là một đặc tính tồn tại trong một thời gian dài của nhiều khối u ở người. Quá trình sản xuất năng lượng cung cấp cho các tế bào ung thư cùng với chất chuyển hóa có thể được sử dụng làm tiền chất

Trên tạp chí Science Signaling, Blaydes và Bumps, cùng với nhóm các nhà nghiên cứu ung thư, nhận thấy rằng trong một mô hình ung thư vú in vitro, họ có thể xác định phản ứng căng thẳng glycolytic, liên quan đến p53. Gen p53 mang bản thiết kế ADN cho một protein có tên gọi là protein khối u p53. Protein này đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát các hoạt động của tế bào, như phân chia tế bào và chết tế bào. Các nghiên cứu đã chỉ ra từ lâu rằng đột biến ở p53 cho phép các tế bào ung thư phát triển và lan rộng. Glycolysis hiếu khí liên tục - hiệu ứng Warburg - là một dấu hiệu đặc trưng của các tế bào ung thư đột biến gen gây ung thư và gen ức chế khối u gây ra.

Nó có tác động lớn đối với các tế bào khối u, bao gồm khả năng tạo ra adenosine 5′-triphosphate (ATP), làm giảm sự phụ thuộc vào oxy để tạo ATP, do đó làm giảm việc tạo ra các loại oxy phản ứng có khả năng gây tổn hại (ROS) bởi chuỗi vận chuyển điện tử ti thể, các nhà nghiên cứu ung thư kết luận.

Vào những năm 1920, Otto Warburg đã chứng minh rằng các tế bào ung thư được nuôi cấy có tỷ lệ hấp thụ glucose và bài tiết lactate cao, thậm chí không cần oxy. Ba tính chất này gồm sự hấp thu glucose, tiết sữa và tạo năng lượng mà không cần oxy là những đặc điểm nổi bật của hiệu ứng Warburg.

Warburg là một nhà khoa học người Đức vào đầu thế kỷ 20, người đầu tiên nghiên cứu trứng nhím biển, sau đó ông chú ý đến khối u chuột vào năm 1923. Sự chuyển hướng đó có tác động lâu dài đến ngành sinh học ung thư, đặc biệt là sự hiểu biết về sản xuất và sử dụng năng lượng trong tế bào khối u. Warburg nhận thấy rằng các tế bào ung thư thúc đẩy sự tăng trưởng của chính chúng bằng cách ‘hút’ một lượng lớn glucose từ máu của vật chủ. Ngày nay, quét phát xạ positron có thể giúp xác định bệnh ung thư nhờ xác định chính xác các khu vực của cơ thể, nơi một lượng lớn glucose được các tế bào tiêu thụ. Những tế bào này dễ dàng được xác định là ung thư vì ‘sự tham lam’ của chúng đối với glucose.

Hơn nữa, các tế bào ung thư luôn luôn chọn con đường trao đổi chất cổ xưa. Warburg nhận ra, các tế bào ung thư đã tìm ra cách để đảm bảo sự sống của chúng bằng cách khai thác hình thức sản xuất năng lượng lâu đời nhất trên hành tinh này. Hiệu ứng Warburg được ước tính xảy ra ở 80% bệnh ung thư.

Giờ đây, nhóm nghiên cứu của Đại học Southampton đang đưa ra ánh sáng mới về việc sản xuất năng lượng trong các tế bào ung thư bằng cách nhắm vào p53 - protein được điều chỉnh bởi "glycolysis hiếu khí" trong các tế bào ung thư.

P.T.T (NASATI), theo https://medicalxpress.com/news/2020-05-greedy-glucose-cancer-cells-primeval.html, 29/5/2020