Диетичната фруктоза и ролята ѝ в подхранването на туморния растеж

Преди около век Ото Варбург, немски физиолог, показва, че туморните клетки консумират повече глюкоза в сравнение със здравите клетки, за да увеличат своята пролиферация, т.е. деленето и нарастването на клетките.[1] Този феномен е в основата на диагностична образна техника за откриване на рак, при която лекарите инжектират радиоактивна глюкоза и проследяват нейното потребление до туморни клетки. [2]

По-късно изследователите са открили, че друга захар, фруктозата, стимулира растежа на туморите, но механизмът е неясен. [3] Фруктозата и глюкозата имат еднаква химична формула, но различно подреждане на атомите.

В ново проучване, Гари Пати (Gary Patti), биохимик и системен биолог във Вашингтонския университет в Сент Луис и неговият екип установяват, че фруктозата индиректно стимулира растежа на тумора: черният дроб разгражда фруктозата до хранителни вещества, които се усвояват от туморните клетки, за да подхранват тяхната пролиферация. [4] Проучването, публикувано в Nature, подчертава сложното метаболитно взаимодействие между раковите клетки и здравите тъкани, осигурявайки потенциални противоракови терапевтични цели.

„Като се има предвид ролята, която глюкозата играе в метаболизма на рака и как тя се използва като толкова важно гориво, ние бяхме много заинтересовани от това как фруктозата може да играе подобна роля“, разказа Пати.

Структурата на глюкоса (вляво) и фруктоза.  

Изследователите установяват, че при мишки, черният дроб разгражда фруктозата от храната до липиди, които се използват от раковите клетки за стимулиране на растежа им.

Тъй като тънките черва и черният дроб метаболизират по-голямата част от хранителната фруктоза, екипът изследва ефекта на тази захар върху тумори извън тези тъкани. [5] Те излагат мишки, които имат тумори на гърдата, шийката на матката или кожата, на разтвор на царевичен сироп с високо съдържание на фруктоза, форма на фруктоза, която хората обикновено консумират. Туморите при мишки, изложени на фруктоза, растат по-бързо в сравнение с тези при мишки на диета без захар.

За да разберат как фруктозата засилва растежа на тумора, изследователите са култивирали различни видове ракови клетки в лабораторни съдове. Те са отгледали тези клетки с фруктоза, която има тежък изотоп на въглерода, който се включва в метаболити. Когато проследяват белязания въглерод, за да начертаят съдбата на захарта, изследователите установяват, че клетките метаболизират много малко фруктоза.

Този резултат бе „напълно изненадващ“, коментира Пати, който е очаквал, че раковите клетки ще поемат и разграждат фруктозата, за да се подхранват. Екипът се е питал дали отсъствието или ниската активност на ензимите, метаболизиращи фруктозата, са отговорни за незначителното разграждане на захарта. Разбира се, биохимични анализи разкриват, че култивираните ракови клетки нямат ензимите кетохексокиназа-с и алдолаза-b, необходими за обработката на фруктозата.

Въз основа на тези данни Пати предполагат, че тъканите, които експресират ензимите, като черния дроб, разграждат фруктозата до гориво за раковите клетки. При отглеждане на здрави чернодробни клетки с белязана захар, екипът може да проследи нейното усвояване в клетките.

След това екипът си поставя за целта да определи дали чернодробните клетки разграждат фруктозата на молекули, които раковите клетки могат да използват другаде в организма. Изследователите култивирали здрави чернодробни клетки и клетки от рак на шийката на матката в лабораторен съд, разделена с мембрана. В сравнение с раковите клетки, отглеждани без чернодробни клетки, тези, култивирани съвместно с чернодробни клетки, пролиферират много по-бързо в присъствието на фруктоза. Пролиферацията в съвместно култивирани клетки намалява при прилагане на инхибитор на кетохексокиназа, което показва, че метаболизмът на фруктозата в чернодробните клетки поддържа растежа на раковите клетки.

Когато изследователите профилират метаболитите, секретирани от чернодробните клетки и тези, поети от раковите клетки, те откриват, че раковите клетки поемат липиди, по-специално лизофосфатидилхолини (LPC), секретирани от чернодробните клетки.

След това изследователите изследват дали диетичната фруктоза повишава LPC in vivo. При сравняване на циркулиращи липидни профили в серуми на мишки на диета без захар и богати на фруктоза, те наблюдават повишени нива на LPC в последната група.

Излагането на мишки на белязана фруктоза и проследяването й до LPC в техните серуми помага на Пати и неговия екип да потвърдят, че повишените серумни LPC произхождат от диетичната фруктоза. Проследяването на съдбата на белязаните LPC помага на изследователите да разберат как туморните клетки ги обработват. Те откриват, че фосфатидилхолините (PC) – ключови градивни елементи на клетъчните мембрани – в туморните клетки съдържат белязания въглерод, което показва, че туморите превръщат LPC в PC (фосфатидилхолин).

Какаовите флаваноли срещу стреса и вредата върху съдовата система на мазната храна

Всъщност резултатите не са особено изненадващи, тъй като изследователите все по-често показват, че други клетки превръщат хранителните вещества в използваеми молекули за раковите клетки. Следващите стъпки трябва да бъдат да се види дали същият механизъм се осъществява и при хората.

Но това ппроучване е важна първа стъпка, тъй като това проучване показва, че насочването на метаболизма в здрави тъкани може да ограничи прогресията на тумора. Това отваря много потенциални терапевтични прозорци.

Петър Димитров

____________________________

Справка:

1. Warburg O. The metabolism of carcinoma cells. J Cancer Res. 1925;9(1):148-163.
2. Batra S, et al. Cancer metabolism as a therapeutic target. Oncology. 2013;27(5):16.
3. Nakagawa T, et al. Fructose contributes to the Warburg effect for cancer growth. Cancer Metab. 2020;8(1):16.
4. Fowle-Grider R, et al. Dietary fructose enhances tumour growth indirectly via interorgan lipid transfer. Nature. 2024:1-8.
5. Herman MA, Birnbaum MJ. Molecular aspects of fructose metabolism and metabolic disease. Cell Metab. 2021;33(12):2329-2354.

Източник: How Dietary Fructose Fuels Tumor Growth, Sneha Khedkar, Тhe-scientis