肿瘤代谢入门【Metabolism Of Tumor】

愁肠待酒舒

肿瘤
代谢
肿瘤也被称为是一种代谢性的疾病，而这一概念也被不少研究实验所证明。
以下我们分述目前最热的葡萄糖与肿瘤代谢、谷氨酰胺与肿瘤代谢的研究。
文章内高亮标注部分为研究肿瘤及代谢相关性的常用检测指标，可直接点击链接查看检测方法。
葡萄糖与肿瘤代谢
1924年 ——Warburg效应
Warburg发现，与大多数正常组织不同，癌细胞相比其他正常细胞，会更快地摄取葡萄糖并产生能量，快速生长。正常细胞只能在缺氧条件下进行糖酵解，而肿瘤细胞即使在氧气足以支持线粒体氧化磷酸化的情况下，也倾向于优先糖酵解，从而消耗更多葡萄糖，产生更多乳酸。因此无论有氧无氧，肿瘤细胞都可以存活，但是肿瘤细胞过快的生长，会导致对ATP能量、氧气以及生物质（Boimass）（例如核苷酸、氨基酸、脂质）的大量需求。
而临床上，基于Warburg效应，FDG PET根据葡萄糖吸收是否明显增高，从而可以诊断原发肿瘤和继发肿瘤的发生。而许多知名的癌基因、抑癌基因的信号通路改变也都与代谢关联。
关于肿瘤细胞为什么会选择效率比较低的糖酵解途径，也有这样那样的猜想和解释。
其中一种猜想是，只有当营养缺乏的情况下，ATP产生效率低才是问题。然而哺乳动物细胞，在循环的血液中会得到持续供应的葡萄糖和其他营养物质。且有证据证明，ATP不会是肿瘤细胞的限制因素。在肿瘤细胞中，ATP/ADP和NADH/NAD+的比值始终很高。
谷氨酰胺与肿瘤代谢
1935年
Hans Krebs提出了著名的三羧酸循环(TCA)，指出了谷氨酰胺在动物体内代谢的重要性。
谷氨酰胺经过代谢可以转化为α-酮戊二酸（α-Ketoglutarate），α-酮戊二酸是三羧酸循环的中间产物。三羧酸循环不仅为细胞提供ATP，还为大分子合成提供前体物质，例如为糖异生（Gluconeogenesis）提供苹果酸(Malate)、为氧化磷酸化提供 NADH、为亚铁血红素合成提供琥珀酰 CoA。癌细胞通过上调谷氨酰胺代谢（Glutaminolysis），将相关的中间产物回补进入 Krebs 循环。
1950s
美国生理学家哈里·埃格首先描述了肿瘤细胞对谷氨酰胺增殖的高需求。
血液中高水平谷氨酰胺浓度提供了一个现成的碳、氮源，用于支持癌细胞的生物合成、能量代谢和细胞内稳态，促进肿瘤的生长。
在营养匮乏的条件下，癌细胞可以通过分解大分子获得谷氨酰胺。致癌基因RAS过度激活可以促进胞饮作用，癌细胞清除胞外蛋白，降解为包括谷氨酰胺在内的氨基酸，为癌细胞提供营养物质。
2021年
发表在《Science》杂志上的一项新发现表明，各种癌症（包括结直肠癌、肾癌、乳腺癌等6种癌症）中均发现免疫细胞（主要是巨噬细胞）对葡萄糖的摄取量最高，其次是T细胞和肿瘤细胞。而肿瘤细胞对谷氨酰胺的摄取量最高。并将这归为一种普遍现象，适用于各种癌症类型。
相关检测方法：
（更多检测方法请直接后台联系我们获取）
Glucose(葡萄糖)摄取能力检测试剂盒-Blue/Green/Red（货号：UP01/UP02/UP03）
概况：葡萄糖是最重要的一种营养物质，细胞摄取葡萄糖的过程对于研究和理解细胞机能非常重要。同仁化学研究新开发的荧光葡萄糖类似物Glucose Uptake Probe-Blue是一种比2-NBDG灵敏度更高的葡萄糖摄取能力检测试剂。而且使用本试剂盒中包含的Washing and Imaging (WI) Solution可以抑制探针从细胞内泄漏，得到重现性更高的实验数据。
特点：
●检测灵敏度高
●操作简便，用时短
●可以用荧光酶标仪做高通量筛选
●荧光染料泄露少，数据重现性高
检测对象：细胞
检测仪器：荧光显微镜、流式细胞仪


*2-NBDG在水中的荧光强度很低，而本试剂盒采用的荧光染料可以进行高灵敏度的葡萄糖摄取能力检测


*与2-NBDG完全相同的实验步骤，操作时间缩短为1/3

Glucose Assay Kit-WST试剂盒-葡萄糖检测试剂盒（货号：G264）
概况：该试剂盒可以定量检测能量代谢的底物-葡萄糖，通过测定WST反应的吸光度来定量细胞培养基上清液中的葡萄糖。检测限可达浓度为0.02 mmol/l的葡萄糖，适合用96孔板检测，可以同时检测多个样品。
特点：
● 细胞上清液和细胞样品均适用
● 稳定性好
● 享有显色底物WST专利
检测对象：细胞
检测仪器：酶标仪

Lactate Assay Kit-WST（乳酸检测）试剂盒（货号：L256）
概况：Lactate Assay Kit-WST®可用于定量检测糖酵解代谢产生的乳酸，并优化了定量过程。本试剂盒通过测定WST®的显色反应来定量细胞上清液中的乳酸含量，可用96孔板检测，灵敏度高，最低可检测到0.02 mmol/l的乳酸。
WST®：WST是日本同仁化学研究所的注册商标
特点：
● 细胞上清液和细胞样品均适用
● 操作简便
● 灵敏度高最低可检测到0.02 mmol/l的乳酸
● 试剂稳定性高
● 享有显色底物WST专利
检测对象：细胞
检测仪器：酶标仪

Glycolysis/OXPHOS Assay Kit-糖酵解/氧化磷酸化检测试剂盒（货号：G270）
概况：本试剂盒通过酶标仪就可以方便快捷的检测糖酵解能、细胞代谢途径转移、细胞对糖酵解途径和氧化磷酸化途径的依赖程度。试剂盒中包含所有所需的试剂，可大幅减少实验前的准备工作和时间。
特点：
●酶标仪即可检测，无需昂贵的检测仪器
●试剂盒包含所有所需试剂 All in One Kit
●详尽的操作手册
检测对象：细胞
检测仪器：荧光显微镜、流式细胞仪
实验例：



对糖酵解抑制剂(2-DG)处理后的HeLa细胞进行糖酵解能评价和代谢途径转移评价。糖酵解能评价(左图）的结果可以看出，HeLa细胞经过糖酵解抑制剂作用后，糖酵解能明显降低。而代谢途径转移评价的结果(右图)可以看出，糖酵解抑制剂作用后，HeLa细胞内的代谢途径开始向氧化磷酸化转移，由线粒体产生的ATP明显增加。

ADP/ATP Ratio Assay Kit-Luminescence-ADP/ATP比率检测试剂盒（货号：A552）
概况：
通常情况下，当细胞内ATP浓度降低时，会由二磷酸腺苷(ADP)重新合成为ATP，以维持细胞内一定的ATP浓度。当产生ATP的相关代谢发生紊乱时，ADP无法再合成为ATP，ATP却不断地分解成为ADP，导致ADP/ATP的比例上升。而ADP/ATP比率的变化与细胞凋亡、细胞自噬、能量代谢等诸多途径息息相关，因此经常被作为细胞活性的指标之一检测。


特点：
●可获得稳定的ADP/ATP比值
●溶液配制后可以保存
●冷藏保存(无需解冻操作)
检测对象：细胞
检测仪器：荧光显微镜、流式细胞仪

NAD/NADH Assay Kit-WST试剂盒（货号：N509）
概况：NAD/NADH检测试剂盒可以定量细胞中NAD+/NADH、NADH和NAD+的量，并测量它们的比值。细胞内NADH水平可以通过试剂盒内含的Extraction Buffer裂解细胞并在加热后选择性地定量检测。而细胞内的NAD+水平则可以通过总的NAD+/NADH总量减去NADH量计算得到。
特点：
● 数据可靠，不会与NADP及NADPH反应
● 同一样品可以用Lactate Assay Kit-WST（货号：L256）测定上清液中乳酸含量
● 只有Dojindo的试剂盒中带有可以简单去除蛋白质的微量管
● 享有显色底物WST专利
检测对象：细胞
检测仪器：酶标仪

Glutamine Assay Kit-WST（谷氨酰胺定量检测）试剂盒（货号：G268）
概况：谷氨酰胺是TCA循环的中间体α-酮戊二酸的主要来源，并且是用于核酸和其他氨基酸合成及能量产生的重要物质。Glutamine Assay Kit-WST是用于定量检测谷氨酰胺的试剂盒。无论是培养基内还是细胞内的谷氨酰胺均可以通过WST的还原反应进行定量，可检测的最低浓度为5 μmol/l。此外，本试剂盒还可使用96孔板进行多样品批量检测。
特点：
● 享有显色底物WST专利
● 用于L-Glutamine的定量
检测对象：细胞
检测仪器：酶标仪

ATP检测-Cell Counting Kit-Luminescence（细胞活性）试剂盒（货号：CK18）
概况：同仁化学研究所开发的Cell Counting Kit-Luminescence试剂盒是一种通过Luciferase来确定细胞中的腺苷三磷酸（ATP）的细胞增殖-毒性检测试剂盒。
本试剂盒只需将各试剂混合后加入孔板，10 分钟后即可检测。不需要去除培养基、清洗细胞等复杂的操作。此外，本试剂盒还有诸如发光的半衰期在3 小时以上、数据的重现性高 、兼容96孔板 、384孔板的多样品检测等诸多优点。
特点：
● 操作简便，检测仅需10分钟
● 灵敏度高，微量细胞也可检测
● 悬浮细胞和原代细胞适合
检测对象：细胞
检测仪器：多功能酶标仪（化学发光法）

Amino Acid Uptake Assay Kit-氨基酸摄取能力检测试剂盒（货号：UP04）
概况：氨基酸是合成蛋白质和核酸的重要来源，对于增殖活性异常活跃的癌细胞来说尤其重要。本试剂盒可使用荧光显微镜、荧光酶标仪和流式细胞仪检测，通过可视化和数值化的检测评价细胞摄取氨基酸的能力，以及氨基酸转运体抑制剂的筛选。
特点：
● 使用荧光显微镜、荧光酶标仪或流式细胞仪即可快速检测
● 添加探针后无需清洗操作，可直接检测
检测对象：细胞
检测仪器：荧光显微镜、荧光酶标仪、流式细胞仪

ECGreen-Endocytosis Detection试剂盒（货号：E296）
概况：细胞内吞作用(Endocytosis)是一种通过细胞膜形成内体(Endosome)的细胞摄入机制。内吞作用不仅可以将各种营养物质摄入到细胞内，还可以将细胞内外的有害物质转运至溶酶体中分解，帮助维持细胞稳态。近年来的研究发现，内吞作用的紊乱与很多神经变异性疾病和免疫疾病密切相关，因此受到了广泛关注。而通过荧光探针标记细胞内吞作用摄入的葡聚糖，是最广泛使用的一种研究方法。但是由于葡聚糖的大小不固定，细胞摄入时的通路以及细胞内动力学都会随之发生变化。所以急需一种更准确的研究细胞内吞作用通路的方法。
特点：
● 直接的内体可视化
● pH变化的应答性高
检测对象：细胞
检测仪器：荧光显微镜

α-酮戊二酸检测试剂盒（货号：K261）
概况：α-酮戊二酸是TCA循环中间代谢物的重要物质，参与并促进葡萄糖代谢相关的TCA循环，在以谷氨酰胺为基质产生α-酮戊二酸的途径中，α-酮戊二酸的指标可以作为判断“谷氨酰胺通路”是否亢进的指标。此外α-酮戊二酸对神经传递物质中的谷氨酸和氨基丁酸（GABA）的产生也起着重要的作用呢，并且对活性氧物质的消除也有着很大的贡献，是近年来备受关注的代谢指标。
特点：
● 改善同类产品数据误差大，及重现性差的问题
● 线粒体活性指标
● 捕捉代谢变化
检测对象：细胞、组织
检测仪器：酶标仪
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