A causa inicial do tumor é que a respiração oxidativa das células normais é substituída pela fermentação de carboidratos. Em circunstâncias normais, todas as células humanas são células aeróbicas obrigatórias, enquanto algumas células tumorais são células anaeróbicas. "
Na Conferência do Prêmio Nobel em 1966, Otto Warburg descreveu brevemente sua teoria como “o tumor é uma doença metabólica”. Atualmente, a pesquisa de medicamentos antitumorais tem sido dominada pela "terapia individualizada", visando encontrar medicamentos que possam inibir a atividade molecular específica relacionada à proliferação de células tumorais. Com o desenvolvimento do sequenciamento de cromossomos humanos e a identificação de genes específicos de suscetibilidade genética a tumores, foram encontrados muitos medicamentos direcionados a genes mutantes específicos ou produtos gênicos.
Como não são necessários agrupamentos de genes específicos ou mutações genéticas para todos os tipos de tumores, é necessário encontrar biomarcadores específicos para determinar quais pacientes podem se beneficiar do tratamento. No entanto, se o tumor maligno for “resultado de disfunção mitocondrial”, como descreveu Warburg, então a inibição da síntese de ATP levará a um aumento compensatório na fermentação, portanto o tumor é uma doença desencadeada por desequilíbrio energético.
Esta visão do metabolismo é contrária à visão dominante atual, que sustenta que a mutação poligênica é a base de diferentes tipos de doenças. De acordo com o pensamento de Warburg, a mutação genética é apenas um espectador na cena do crime do tumor, mas os “verdadeiros criminosos” fermentam e escapam da lei, mas Warburg não verificou a autenticidade desta análise.
Em suma, a disfunção mitocondrial irreversível desencadeou uma série de reações em cadeia de mutação genética, que promoveram enormemente o "segundo melhor" modo de produção de ATP - a glicólise. Na verdade, a mutação genética é geralmente considerada a causa inicial da ocorrência do tumor, mas a mutação genética pode ser o resultado de um desequilíbrio metabólico e energético ou de uma reação compensatória.
Estendido, embora Warburg não tenha dito diretamente que a mutação ou superexpressão de HIF1- , c-myc, ras, IGF-1 e PI3K/Akt/mTOR promoveu direta ou indiretamente o metabolismo glicolítico, mutação genética pode desempenhar um "segundo papel" em vez de um "papel traidor" na tumorigênese. Porque fatores como HIF1- , c-myc, ras, IGF-1 e PI3K/Akt/mTOR desempenham um papel importante no metabolismo glicolítico.
Em ambiente de hipóxia, as células tumorais optam por ativar o metabolismo da glicólise e regular positivamente a expressão de fatores angiogênicos, o que acaba por promover a ocorrência e metástase de tumores. Obviamente, um círculo vicioso baseado na fonte de ATP, em vez da fosforilação oxidativa, finalmente se formou. Curiosamente, alguns tumores ainda podem escolher o metabolismo da glicólise para obter mais ATP de moeda energética, o que desencadeia, até certo ponto, um fenótipo de tumor maligno.
Do ponto de vista terapêutico, o imatinibe, antes o chamado inibidor direcionado, desviou-se de seus alvos originais do transportador de glicose -1(GLUT-1) e da glicose -6- fosfato desidrogenase (G6PD) na aplicação clínica, por isso também perdeu a capacidade de interferir no metabolismo energético celular. Pode-se observar que o desenvolvimento da medicina genética individualizada não proporcionou estratégias antitumorais eficazes.
Além disso, muitos cientistas como Seyfried acreditam que qualquer "teoria reversa", como o efeito Warburg, se tornará inevitavelmente uma ciência marginal, uma vez que se desvie da estrutura do centro genético da atual pesquisa dominante. O processo de pesquisa e desenvolvimento de medicamentos antitumorais direcionados ao metabolismo energético tumoral evoluiu completamente para uma "ação de caça às bruxas" em nível molecular.
A causa inicial do desenvolvimento do tumor é que a respiração oxidativa das células normais é substituída pela fermentação dos carboidratos. Em circunstâncias normais, todas as células humanas são células aeróbicas especializadas, enquanto algumas células tumorais são células anaeróbicas.
Na Conferência do Prémio Nobel de 1966, Otto Warburg resumiu a sua teoria como “os tumores são uma doença metabólica”. Hoje em dia, a investigação sobre fármacos antitumorais tem sido dominada pela “terapia personalizada”, com o objectivo de encontrar fármacos que possam inibir a actividade molecular específica relacionada com a proliferação de células tumorais. Com o desenvolvimento do sequenciamento de cromossomos humanos e a identificação de genes específicos de suscetibilidade genética a tumores, foram descobertos vários medicamentos direcionados a genes mutados específicos ou produtos gênicos.
Como não são necessários agrupamentos ou mutações genéticas específicas para o desenvolvimento de todos os tipos de tumores, é necessário procurar biomarcadores específicos para determinar quais pacientes podem se beneficiar do tratamento. Porém, se os tumores malignos são resultado de disfunção mitocondrial, conforme descrito por Warburg, então a inibição da síntese de ATP pode causar um aumento compensatório na fermentação, tornando os tumores uma doença desencadeada por desequilíbrio energético.
Esta perspectiva metabólica contradiz a visão dominante actual, que sustenta que as mutações poligénicas são a base para a ocorrência de diferentes tipos de doenças. De acordo com o pensamento de Warburg, as mutações genéticas são apenas “espectadoras” na “cena do crime” onde ocorrem os tumores, enquanto os “verdadeiros criminosos” fermentam e escapam à lei. Contudo, Warburg não verificou a autenticidade desta abordagem analítica.
Em suma, a disfunção mitocondrial irreversível desencadeia uma reação em cadeia de mutações genéticas, o que promove grandemente o "segundo melhor" modo de produção de ATP - a glicólise. Na verdade, as mutações genéticas são frequentemente consideradas a causa inicial do desenvolvimento do tumor, mas podem ser o resultado de desequilíbrios metabólicos e energéticos ou de respostas compensatórias.
Por extensão, embora Warburg não tenha afirmado diretamente que mutações ou superexpressão dos genes HIF-1- , myc, ras, IGF-1 e PI3K/Akt/mTOR promovem direta ou indiretamente o metabolismo da glicólise, as mutações genéticas podem desempenhar um "segundo maior papel" em vez de um "papel interno" na tumorigênese. Porque fatores como HIF-1-, c-myc, ras, IGF-1 e PI3K/Akt/mTOR desempenham papéis importantes no metabolismo glicolítico.
Sob condições hipóxicas, as células tumorais optam por ativar o metabolismo glicolítico e regular positivamente a expressão de fatores angiogênicos, promovendo, em última análise, a ocorrência de tumores e metástases. É evidente que se formou um ciclo vicioso baseado em fontes de ATP e não na fosforilação oxidativa. É interessante que alguns tumores ainda possam escolher o metabolismo da glicólise em estado aeróbio para obter mais ATP energético, o que até certo ponto desencadeia um fenótipo de tumor maligno.
Do ponto de vista terapêutico, o chamado inibidor direcionado imatinibe desviou-se de seu transportador de glicose alvo original-1 (GLUT) em aplicações clínicas
Além de depender da glicólise, as células tumorais também necessitam de glutamina. Assim como a glicose, a glutamina também é uma substância reabastecedora que pode fornecer precursores de energia, como o oxaloacetato, para o ciclo de Krebs (ciclo do ácido tricarboxílico).
Devido ao aumento do fluxo de carbono intracelular causado pela glicólise e pelo metabolismo da glutamina, a agregação dos intermediários precursores do ciclo de Krebs ativa outra via metabólica, a via da Pentose Fosfato.
A via das pentoses fosfato pode produzir uma grande quantidade de NADPH, que pode reduzir a glutationa e aliviar os níveis de estresse oxidativo nas células. Além disso, a via da pentose fosfato pode produzir uma grande quantidade de ribose-5-fosfato, que é uma molécula componente essencial para a biossíntese de ácidos nucleicos.
Face ao stress genotóxico causado pela quimioterapia e radioterapia, os tumores precisam de se adaptar a este ambiente e iniciar mecanismos de autodefesa, incluindo efluxo de drogas, reparação de danos no ADN, regulação positiva da expressão genética relacionada com a sobrevivência, anti-apoptose e activação de via de sinal vivo intracelular. Todas essas atividades vitais precisam de muito fornecimento contínuo de ATP.
Qualquer uma das estratégias de adaptação/defesa acima precisa interligar as vias relacionadas à produção de ATP, como a glicólise aeróbica/metabolismo da glutamina/via da pentose fosfato. No entanto, a eficiência da produtividade destas vias metabólicas é muito inferior à da fosforilação oxidativa. Se a demanda por ATP exceder a oferta, haverá um “déficit energético”. Neste momento, os tumores terão três estratégias de enfrentamento: aumentar a produção de ATP e “reabastecer” o ATP por meio da autofagia ou reduzir o consumo de ATP.
Com a diminuição da oferta de ATP, muitas atividades celulares são restritas, como o efluxo de drogas mediado pela bomba de resistência a múltiplas drogas dependente de ATP e o silenciamento epigenético de genes supressores de tumor, como o p53. Chen et al. descobriram que miméticos de restrição de energia (2-desoxiglicose e 3-bromopryuvato) podem reativar o gene supressor de tumor silencioso de KLF6.
Zhou et al. descobriram que a quimiossensibilidade das células tumorais resistentes aos medicamentos aumentava quando o ATP se esgotava, enquanto a quimiorresistência das células tumorais sensíveis aos medicamentos aumentava quando o ATP exógeno era fornecido. Em comparação com as células dos tecidos normais, as células tumorais necessitam de mais ATP, mas a sua flexibilidade na mudança de fontes de energia é fraca. Portanto, a redução do nível de ATP pela inibição da glicólise pode matar seletivamente as células tumorais.
Isso leva a que “a sobrevivência é mais importante que o crescimento” e à tolerância adquirida. Esta estratégia, tal como o efeito Warburg, tornou-se o padrão unificado de tratamento tumoral e é também a base e a razão para a mudança na estratégia de tratamento tumoral. Contudo, o estudo das estratégias de tratamento tumoral não deve se limitar ao metabolismo em si, mas deve ser realizado sob a perspectiva da produção total de ATP e NADH.
Não é uma vantagem darwiniana, e a dependência do tumor na fermentação só pode ser um movimento impotente sob a condição de fornecimento insuficiente de energia, o que é uma desvantagem competitiva em comparação com os tecidos normais. Portanto, essa deficiência do tumor pode ser aplicada ao nível do tratamento, principalmente para melhorar a sensibilidade da quimioterapia.
As estratégias anteriores de quimioterapia tumoral muitas vezes falharam devido à baixa quimiossensibilidade. Agora existem métodos para melhorar a quimiossensibilidade dos tumores, e o tratamento do tumor tornou-se uma doença crônica e curável, e pode ser visualizado sob um scanner de tecnécio 99m (99mTc) -metoxiisobutil isocianeto (sestamibi).
Metoxiisobutil isonitrila é o substrato da bomba de glicoproteína P dependente de ATp (Pgp, codificada pelo gene MDR-1). Este agente de imagem radionuclídeo pode detectar a inibição da Pgp, refletindo assim a sensibilidade dos tumores à quimioterapia em relação ao nível basal. De acordo com este método de imagem, a tarefa de "seguir o ATP" pode ser concluída com sucesso.
2. Metabolismo da glicose
2.1 inibidores do transportador de glicose
Como a glicose é polar e hidrofílica, ela não consegue penetrar na membrana celular hidrofóbica, portanto, é necessário um transportador transmembrana especial - transportadores de glicose (GLUT). A expressão de GLUT nas células tumorais foi significativamente regulada positivamente, o que indicou que as células tumorais utilizavam glicose como principal fonte de energia de ATP. Uma grande quantidade de glicose consumida pelo tumor inevitavelmente aumentará a ingestão de glicose e eventualmente agravará o metabolismo da glicose.
Verifica-se que a superexpressão de ATP está intimamente relacionada à malignidade, invasividade e mau prognóstico dos tumores. Listamos uma variedade de inibidores de GLUT-1, como inibidores irreversíveis (WZB117 e Phloretin phloretin), diclofenaco (diclofenaco), apigegnina, fasentina, STF-31 e ritonavir, um medicamento clinicamente aprovado.
WZB117 e Phloretin são inibidores irreversíveis do GLUT1, que podem reduzir significativamente a ingestão de glicose e o nível intracelular de ATP, inibindo assim a glicólise e o crescimento celular. A suplementação de ATP exógeno pode aliviar a citotoxicidade de células tumorais induzida por WZB 117-, o que indica que os inibidores de GLUT, como WZB117, podem inibir o crescimento de células tumorais, reduzindo o nível de ATP intracelular.
O diclofenaco não só tem efeito antiinflamatório e atividade antitumoral (mediada por COX-1 e COX-2), mas também é um inibidor de GLUT-1. Estudos recentes demonstraram que o Diclofenaco pode inibir eficazmente a captação de glicose pelas células do melanoma. Assim como o Diclofenaco, a apigenina, um flavonóide natural, também é um inibidor do GLUT-1.
Anteriormente, especulou-se que a apigenina poderia exercer a sua atividade antitumoral através da paragem do ciclo celular, mas estudos recentes descobriram que a apigenina pode inibir significativamente a expressão de GLUT-1, reduzindo assim a ingestão de glicose pelas células cancerígenas pancreáticas humanas. Consultando o site oficial dos ensaios clínicos, podemos descobrir que existe um ensaio clínico (NCT00609310) que visa estudar o efeito da apigenina na recorrência do cancro colorrectal, mas este ensaio ainda não foi realizado.
Estudos epidemiológicos descobriram que o coquetel anti-HIV pode reduzir significativamente a incidência de alguns tumores, e os inibidores da protease do HIV têm atividade antitumoral? Verificou-se que o Ritonavir pode induzir a apoptose de células de mieloma múltiplo (McBrayer) e células de câncer de ovário (Kumar). A alta expressão de transportadores de glicose (GLUT 1 e GLUT 3) nos tecidos do câncer de ovário está intimamente relacionada ao mau prognóstico.
Embora o efeito indutor da apoptose do Ritonavir nas células do cancro do ovário possa estar relacionado com a inibição da via PI3K/Akt, há evidências de que o Ritonavir pode inibir a atividade do GLUT4 dependente da insulina. Os resultados da pesquisa com células de mieloma múltiplo mostram que o GLUT8 e o GLUT11 são necessários para a proliferação e sobrevivência celular, e o GLUT4 é necessário para o metabolismo da glicose celular (produção de ATP).
Estudos in vivo descobriram que a inibição do transportador de glicose pode regular negativamente o nível da bomba de glicoproteína P dependente de ATp, aumentando assim a quimiossensibilidade das células tumorais. O ritonavir pode aumentar a sensibilidade das células do mieloma múltiplo à doxorrubicina. Algumas células tumorais são resistentes à daunorrubicina devido à superexpressão da glicoproteína P. O inibidor de Gluc-1 floretina pode reduzir a resistência dessas células tumorais à daunorrubicina.
Comparada com as moléculas acima mencionadas com fraco direcionamento ao GLUT-1 ou produtos naturais com mecanismo de ação complexo, a fasentina é um inibidor seletivo molecular pequeno do GLUT-1. Verificou-se que a fasentina pode se ligar a locais específicos de transportadores de glicose, limitando a captação de glicose e nutrientes pelas células, aumentando assim a sensibilidade das células ao FAS e ao ligante indutor de apoptose do fator de necrose tumoral (TRAIL).
Embora a fasentina não consiga induzir a morte celular por si só, é um bom começo para encontrar inibidores eficientes do transportador de glicose de produtos não naturais, como o STF-31, que possui atividade letal sintética.
2.2 Transportador de glicose -1 e carcinoma de células renais
O carcinoma de células renais (CCR) é o melhor exemplo de que a via metabólica desempenha um papel importante no tumor. O carcinoma de células renais é um tumor hipóxico típico, que depende principalmente da glicólise para obter ATP. Por exemplo, a inibição ou disfunção da succinato desidrogenase supressora de tumor (SDH) e da fumarato hidratase (FH) levará à agregação de substratos a jusante (succinato e fumarato).
São substâncias sinalizadoras metabólicas e podem inibir a atividade da prolil hidroxilase (PHD). Essas hidroxilases são necessárias para prevenir o acúmulo de HIF-1 . O acúmulo de HIF-1 pode induzir a superexpressão dos genes VEGF, TGF-, PDGF, GLUT1 e EPO, promovendo assim a angiogênese, diferenciação celular, migração celular e proliferação celular. Em particular, a superexpressão de GLUT1 tornará as células tumorais “viciadas” em glicose.
O carcinoma de células renais é o câncer renal mais comum em adultos, representando cerca de 90-95%. As células do carcinoma de células renais são altamente resistentes à quimioterapia, radioterapia e imunoterapia. Recentemente, novos medicamentos terapêuticos direcionados fizeram avanços, como o Sutent e o Nexavar.
Na maioria dos pacientes com carcinoma de células renais, o gene supressor tumoral von Hippel-Lindau (VHL) está inativado, o que levará ao acúmulo de HIF-1 e à alta dependência das células tumorais do GLUT1. Portanto, podemos projetar inibidores de GLUT1 com toxicidade sintética para tratar pacientes com carcinoma de células renais com BVS inativada.
STF-31 é um inibidor de GLUT1 de molécula pequena, que possui grande potencial de transformação, principalmente para células tumorais inativadas por BVS. Estudos em modelos animais mostram que o STF-31 pode inibir a ingestão de glicose e a produção de ATP de maneira dependente do VHL, induzindo assim a morte celular e, em última análise, inibindo o crescimento do tumor. Como os receptores de GLUT também existem em tecidos normais, altas doses de inibidores de GLUT podem causar toxicidade sistêmica.
No entanto, os inibidores de GLUT em baixas doses podem melhorar a sensibilidade das células aos medicamentos quimioterápicos, reduzindo o nível de ATP e regulando negativamente o nível de expressão dos transportadores MDR, mas não produzirão toxicidade sistêmica. Portanto, no caso de medicamentos em baixas doses, os inibidores de GLUT e os medicamentos citotóxicos podem ser combinados para prevenir e tratar a resistência à quimioterapia.
2.3 Inibidores da hexose quinase
Uma vez que a glicose atravessa a membrana celular e entra no citoplasma, ela sofrerá fosforilação para formar glicose -6- fosfato (G6P). Esta é a primeira etapa chave da glicólise, que é catalisada pela hexoquinase. A hexoquinase converte glicose não ionizada em glicose -6- fosfato por meio de fosforilação. A glicose -6- fosfato não é o substrato do transportador de glicose, então a glicose fica presa nas células.
A lonidamina é um derivado do indol, usado como inibidor oral da hexoquinase e medicamento antitripanosoma. Verifica-se que a lonidamina possui atividade antitumoral, que pode dissociar a hexoquinase das mitocôndrias, e entrou na fase experimental pré-clínica e clínica. Os resultados das experiências clínicas mostram que o efeito terapêutico da lonidamina por si só não é óbvio.
No entanto, a combinação de medicação e quimioterapia da lonidamina é eficaz. Por exemplo, a combinação de lonidamina e epirrubicina pode aliviar a resistência do câncer de mama à epirrubicina. A lonidamina também pode melhorar a quimiossensibilidade do câncer de ovário e do pulmão. Embora os resultados sejam gratificantes, eles não são rigorosos, o que indica que são necessárias mais pesquisas.
O glioma maligno é um tumor que depende da glicólise, então a hexoquinase acoplada mitocondrial pode ser usada como alvo do tratamento com lonidamina? Estudos clínicos descobriram que a lonidamina, como sensibilizador de radioterapia e sensibilizador de radioquimioterapia (XRT e temizolamida), pode tratar eficazmente o glioma maligno e melhorar a taxa de sobrevivência de pacientes com tumor.
Recentemente, a lonidamina tem sido usada no tratamento da hiperplasia prostática benigna, mas ocorreu hepatotoxicidade relacionada ao medicamento durante o tratamento, de modo que a pesquisa do tratamento relacionado foi interrompida. A pesquisa mostra que não há ensaios clínicos em andamento com lonidamina. No entanto, o interesse das pessoas pela lonidamina não diminuiu e estão tentando reduzir sua toxicidade orgânica alterando a forma farmacêutica.
2- desoxi -D- glicose (2-DG) e 3- ácido bromopirúvico (3-BP) são pequenos inibidores moleculares da hexoquinase -II, que podem aumentar a sensibilidade das células aos medicamentos quimioterápicos, reduzindo o nível intracelular de ATP. 2- desoxi -D- glicose é um análogo da glicose, que pode entrar nas células e formar 2-DG-P por meio da fosforilação. No entanto, 2-DG-P é uma substância "terminadora", que não pode participar de reações metabólicas posteriores, bloqueando assim a glicólise.
Estudos in vivo descobriram que o efeito terapêutico da 2- desoxi-D-glicose isoladamente é muito limitado, porque a glicose endógena competirá com ela pelo sítio ativo da hexoquinase. No entanto, quando a 2- desoxi-D-glicose é usada em combinação com adriamicina e paclitaxel, pode aumentar significativamente a atividade antitumoral deste último, e seu mecanismo pode estar relacionado à redução do nível intracelular de ATP e à inibição da bomba de resistência a múltiplas drogas, porque o efluxo de drogas requer muito ATP.
O trastuzumabe é um anticorpo monoclonal humanizado contra ErbB2 e descobriu-se que pode efetivamente aliviar a condição de pacientes com câncer de mama positivo para ErbB2. No entanto, a resistência adquirida ao trastuzumab aparecerá durante o tratamento, o que é uma grande desvantagem do trastuzumab. Evidências recentes mostram que a resistência do tumor ao trastuzumabe está principalmente relacionada ao aumento da ingestão de glicose e da produção de ácido láctico.
Descobriu-se que a 2- desoxi-D-glicose pode aumentar a sensibilidade das células resistentes ao trastuzumabe ao trastuzumabe, o que indica que a terapia combinada pode ser uma estratégia de tratamento eficaz para o câncer de mama. Atualmente, a 2- desoxi-D-glicose entrou em um ensaio clínico de fase I, que é bem tolerado e menos tóxico.
3- bromopiruvato (3-BP) é um análogo do piruvato e é um inibidor da hexoquinase e da 3- gliceraldeído fosfato desidrogenase, que desempenham um papel importante na glicólise. Estudos pré-clínicos descobriram que o 3-BrPA tem um bom efeito terapêutico em tumores intra-hepáticos e extra-hepáticos quando administrado por meio de perfusão da artéria hepática e não apresenta toxicidade óbvia.
Cardaci e outros estudos descobriram que a 3-BP pode desempenhar um papel tóxico ao inibir o metabolismo da glutamina, que é outra fonte de energia ATP não mitocondrial para células tumorais. Embora a glutamina possa substituir a glicose nas células tumorais, 3-a BP ainda apresenta forte citotoxicidade in vitro sem glutamina.
Inibição de 2,4 piruvato quinase M2 (PKM2)
A penúltima etapa da glicólise é catalisada pela piruvato quinase e o fosfoenolpiruvato (PEP) é convertido em piruvato. Existem quatro subtipos de piruvato quinase: L, R, M1 e M2, entre os quais M2 é o principal subtipo de piruvato quinase nas células tumorais. Curiosamente, em comparação com outros subtipos de piruvato quinase, a atividade da PKM2 (piruvato quinase M2) é muito baixa, o que levará ao acúmulo de intermediários a montante na glicólise.
Esses intermediários podem ser convertidos em substratos para síntese macromolecular, como ribose -5- fosfato, pela via das pentoses fosfato. Embora a inibição da PKM2 iniba o desenvolvimento do tumor, a catálise da PKM2 em fosfoenolpiruvato e em piruvato é um passo chave na produção de ATP e essencial para a manutenção da homeostase energética.
Shikonin é um derivado da naftoquinona da medicina tradicional chinesa com atividade antitumoral. A shikonina inibe a expressão de PKM2 em células tumorais, produzindo espécies reativas de oxigênio (ROS), e o mecanismo específico pode estar relacionado à oxidação do resíduo de cistina na posição 358. O estudo da shikonina no tratamento do câncer de bexiga entrou na segunda fase clínica. estágio, mas não há nenhum relatório de dados até o momento.
Como a piruvato quinase do subtipo M2 é mais comum em células tumorais do que em tecidos normais, a PKM2 tornou-se um alvo potencial da terapia medicamentosa. A triagem da Qualcomm de medicamentos de moléculas pequenas com base no método MTT mostrou que a taxa de inibição foi de 50% e a taxa de acerto das moléculas foi de cerca de 7%. Embora o inibidor de PKM2 tenha sido encontrado, sua seletividade para a piruvato quinase do subtipo M1 é baixa.
Teoricamente, os inibidores PKM2 altamente eficazes podem inibir completamente o metabolismo glicolítico e a produção de ATP. No entanto, estes inibidores pouco seletivos da PKM2 podem ter um bom direcionamento para outros subtipos de piruvato quinase ou podem ser usados em combinação com outras drogas citotóxicas.
A shikonina e seus análogos (como a alcanina Lithospermum Red) são corantes naturais e aditivos alimentares, que têm sido utilizados no campo da medicina tradicional chinesa na China há muitos anos. Verificou-se que a shikonina e a shikonina poderiam inibir eficazmente a PKM2, mas não tiveram efeito inibitório sobre a PKM1 ou a piruvato quinase -L (PKL), limitando assim a glicólise e a produção de ATP. Essas duas drogas moleculares têm efeitos quimiopreventivos nas células cancerígenas da pele humana. No entanto, não existem ensaios clínicos sobre shikonin e shikonin nos Estados Unidos.
Há um bom exemplo sobre o novo uso de drogas antigas. orlistat é um inibidor da lipase gastrointestinal e da sintase dos ácidos graxos (FASN), usado principalmente para perder peso. No entanto, estudos descobriram que o Orlistat também tem atividade antitumoral. Recentemente, descobriu-se que o orlistat pode inibir a atividade das células cancerígenas do ovário (SKOV3)PKM2, o que indica que tem potencial valor de aplicação no campo do tratamento do cancro do ovário.
3. via das pentoses fosfato
3.1 Inibidor de glicose -6- fosfato desidrogenase
A glicose -6- fosfato desidrogenase (G6PD) é a principal enzima antioxidante nas células tumorais, que pode manter o nível de glutationa (GSH) para evitar que as células sejam danificadas pelas ROS. A regeneração do conjunto de atividades da glutationa depende do poder redutor do NADPH, e as células tumorais precisam manter um alto nível de redução da glutationa para proteger as células do efeito tóxico das ERO.
Portanto, a inibição da glicose -6- fosfato desidrogenase pode ter um efeito desastroso, e o nível de ERO fica fora de controle, promovendo assim a morte celular. Embora tenha sido relatado já em 1960 que os esteróides podem inibir a glicose -6- fosfato desidrogenase, o número de inibidores da glicose -6- fosfato desidrogenase na pesquisa antitumoral não é grande.
Até agora, a maioria dos inibidores de glicose -6- fosfato desidrogenase são principalmente esteróides, incluindo desidroepiandrosterona endógena (DHEA) e galatos de catequina. 6- aminonicotinamida e bromofenóis, produtos naturais de algas marinhas, também são inibidores seletivos e reversíveis da glicose -6- fosfato desidrogenase.
Com a crescente importância da glicose -6- fosfato desidrogenase na terapia antitumoral, o foco da pesquisa mudou para como encontrar análogos de DHEA mais eficazes. A formação de resistência a múltiplas drogas (MDR) em células tumorais está relacionada à ativação da bomba de efluxo de drogas.
Verificou-se que a regulação positiva das bombas de efluxo de drogas MRP1 e MRP2 em células de câncer colorretal resistentes à doxorrubicina estava relacionada ao aumento da atividade da glicose -6- fosfato desidrogenase, nível da via das pentoses fosfato e nível de glutationa intracelular. Estes dados indicam que a inibição da glicose -6- fosfato desidrogenase pode inativar a bomba de efluxo de drogas das células tumorais, aumentando assim a sensibilidade das células HT-29DX à doxorrubicina.
RRx-001 pode inibir as atividades da histona desacetilase (HDACs) e da DNA metiltransferase, e é um novo composto antitumoral, que entrou na primeira fase de ensaios clínicos. RRx-001 é um eletrófilo que pode se ligar aos grupos tiol nucleofílicos da glutationa e da desoxihemoglobina.
O mecanismo antitumoral do RRx-001 pode estar relacionado ao aumento de espécies reativas de oxigênio e espécies reativas de nitrogênio (RONS) nas células tumorais. A enzima dependente de cisteína é particularmente sensível à modificação/dano oxidativo, e o resíduo de cisteína em seu sítio ativo é necessário para a reação catalítica, de modo que pode inibir a glicose -6- fosfato desidrogenase (G6PD) através da regulação do oxigênio ativo.
RRx-001 é um inibidor poderoso e altamente seletivo da glicose -6- fosfato desidrogenase em células tumorais, e as células tumorais são mais sensíveis sob a condição de gerar óxido produzido por RRx-001. Da mesma forma, RRx-001 também pode inibir a atividade da piruvato quinase M2 através de espécies reativas de oxigênio.
Na primeira fase do ensaio clínico, 25 pacientes com tumor metastático avançado melhoraram significativamente após receberem pré-tratamento com RRx-001 e não houve toxicidade sistêmica significativa, o que indicou que RRx-001 era mais tóxico para células tumorais . O nível de ATP é o principal determinante da resistência aos medicamentos na quimioterapia. Verifica-se que RRx-001 pode aumentar a eficácia da quimioterapia subsequente, incluindo 4 pacientes com câncer colorretal e 1 paciente com câncer de pulmão de células não pequenas.
O resultado desta pesquisa pode ser contrário à hipótese anterior de que "a resistência à quimioterapia é irreversível", e a ressensibilização da sensibilidade pode ser um novo método de tratamento do câncer.
4. Metabolismo da glutamina
4.1 Transportador de Glutamina
As células tumorais são particularmente viciadas em dois nutrientes, nomeadamente glicose e glutamina. A glutamina é o aminoácido circulante mais abundante no corpo humano. A glutamina pode ser convertida em ácido -cetoglutárico após o metabolismo, e o ácido -cetoglutárico é o produto intermediário do ciclo de Krebs. O ciclo de Krebs não apenas fornece ATP para as células, mas também fornece precursores para a síntese macromolecular, como o ácido málico para a gliconeogênese, o NADH para a fosforilação oxidativa e a succinil CoA para a síntese do heme.
Entre elas, as reações anapleuróticas são necessárias para o funcionamento normal do ciclo de Krebs. Embora as células normais raramente utilizem glutamina para o metabolismo, os tumores podem repor os intermediários relacionados ao metabolismo da glutamina no ciclo de Krebs. Além disso, a glutamina é o precursor da glutationa reduzida (GSH).
Tanto o Tamoxifeno quanto o Raloxifeno podem bloquear a captação celular de glutamina, inibindo o transportador de glutamina (ASCT2), reduzindo assim o nível de glutationa intracelular e produzindo certa citotoxicidade. No entanto, ao adicionar N-acetil-L-cisteína exógena (N-acetil L-cisteína) e estradiol (17 beta-estradiol), o nível de glutationa intracelular pode ser aumentado, o que pode aliviar a citotoxicidade dos dois medicamentos acima. Os análogos da glutamina acivicina e 6-DIAZO-5-OXO-L-NORLEUCINA (DON) podem inibir o metabolismo da glutamina, inibindo significativamente as células tumorais in vitro e in vivo. Porém, devido à sua baixa seletividade e alta toxicidade, ainda não entraram na fase de ensaios clínicos. 5. Inibição da autofagia Sob condição de falta de nutrientes, as células tumorais utilizam e alocam algumas macromoléculas biológicas para reações metabólicas. A autofagia é uma forma de auto-reabastecimento para manter o nível normal de ATP, reduzindo assim o consumo de energia ao nível mais baixo.
Os inibidores de autofagia mais completos em pesquisas clínicas são os compostos antimaláricos, nomeadamente cloroquina (CQ) e hidroxicloroquina (HCQ), que podem inibir a atividade da protease lisossomal. Como outros ERMAs, a cloroquina pode restaurar a sensibilidade das células de câncer de mama Her{0}} positivas ao trastuzumabe.
Curiosamente, a cloroquina também é o substrato da bomba de glicoproteína P e da bomba de resistência a múltiplas drogas, que pode reduzir o nível de ATP nas células (veja abaixo). a cloroquina e a hidroxicloroquina estão conduzindo uma variedade de experimentos clínicos relacionados à inibição da autofagia tumoral. A apigenina, um flavonóide, pode induzir seletivamente a apoptose de células tumorais e inibir a expressão de GLUT-1.
Estudos descobriram que a apigenina também pode induzir autofagia nas células. Curiosamente, em comparação com a apigenina isoladamente, a combinação de apigenina e inibidor de autofagia 3- metil adenina pode melhorar significativamente o nível de apoptose das células tumorais, o que indica que a combinação de apigenina e inibidor de autofagia pode ser uma estratégia promissora de tratamento antitumoral .
6. Aumentar o consumo de ATP pelas células
Para lidar com choques ambientais como a radioterapia e a quimioterapia, as células tumorais devem aumentar a sua produção de ATP proporcionalmente para satisfazer a procura energética de alterações fenotípicas complexas, mas isto reduzirá grandemente a sua viabilidade. Por exemplo, alguns tumores regulam positivamente o nível da bomba de efluxo de drogas na membrana celular, mas quando o verapamil trabalha em conjunto, aumenta o consumo de ATP das células tumorais.
O verapamil é um substrato não quimioterápico da bomba da glicoproteína P, que pode ativar a atividade ATPase, que consumirá muita energia. Quando a concentração está abaixo do nível tóxico, o verapamil pode restaurar o fenótipo da bomba de resistência a múltiplas drogas das células com superexpressão da glicoproteína P. Gatenby e outros pensam que esta estratégia de tratamento de “reduzir a oferta e aumentar a procura” pode produzir, em teoria, um efeito de dessensibilização, melhorando assim a taxa de sobrevivência de ratos portadores de tumores.
7. Controle a energia transmitida pelos alimentos
A base para os pacientes com câncer controlarem a energia transmitida pelos alimentos é reduzir a ingestão de glicose e induzir um estado cetótico. Sob condição de limitação energética ou exercício físico intenso, o metabolismo dos ácidos graxos produzirá cetonas, que serão convertidas em acetil-CoA e entrarão no ciclo do ácido tricarboxílico e na cadeia de transferência de elétrons.
As células normais podem usar cetonas, mas as células tumorais não podem usar cetonas devido à disfunção da fosforilação oxidativa. Portanto, o controle da energia proveniente dos alimentos colocará o tumor num dilema: (1) a glicólise diminuirá; (2) Os tecidos tumorais famintos não conseguem substituir a glicose por corpos cetônicos.
Seyfried et al. descobriram que o retardo do crescimento do glioma transplantado in situ em camundongos estava relacionado à diminuição do nível de glicose e ao aumento do nível de corpos cetônicos in vivo. Maurer et al. descobriram que as células de glioma dependentes de glicose, ao contrário das células neuronais benignas, não podem utilizar a substância cetônica - hidroxibutirato.
Até agora, não houve um ensaio clínico randomizado sobre restrição energética de origem alimentar. No entanto, dois relatos de casos trouxeram resultados encorajadores para todos. Em 1995, Nebeling e outros relataram que o período de progressão livre de doença em crianças com astrocitoma maligno avançado que receberam tratamento cetogênico de longo prazo (isto é, comendo muitos alimentos ricos em gordura) foi de 12 meses.
Seyfried et al. relataram que uma paciente do sexo feminino com 65- anos de idade com glioblastoma multiforme recebeu tratamento de rotina e 600 calorias de dieta cetogênica eram obrigatórias todos os dias. Embora o paciente tenha perdido 20% do peso após 2 meses de tratamento, o tumor não voltou a ocorrer dentro de 10 semanas após o término do tratamento dietético. Apesar destes resultados experimentais positivos e da forte base teórica, não existe atualmente um plano de tratamento padronizado.
Considerando a perda de peso de pacientes oncológicos com caquexia, parece difícil realizar dieta de restrição calórica, dieta hipoglicêmica ou dietoterapia cetogênica. Porém, ao pesquisar no site oficial de ensaios clínicos, verifica-se que está sendo realizado um ensaio clínico randomizado denominado "dieta de restrição calórica, dieta cetogênica e jejum transitório (ERGO2) para pacientes com glioblastoma recorrente durante quimioterapia", e pelo menos quatro estudos envolvendo dietas cetogênicas para pacientes com diferentes tipos de tumores estão na primeira fase de ensaios clínicos.
Num futuro próximo, deverão existir mais dados que comprovem a eficácia desta terapia de controlo energético de origem alimentar, isoladamente ou em combinação com outras terapias.
8. Aplicações de imagem
Existem dois biomarcadores que podem indicar a produção de ATP do tumor: 2-[18F] fluoro-2-desoxi-glicose (FDG) e Tc-tecnécio-metoxiisobutil (Tc-Sestamibi). A varredura PET tem sido o principal meio de triagem de tumores malignos.
Tc-MIBI é o substrato do sistema de bomba de glicoproteína P (P-gp) e da proteína de resistência a múltiplas drogas (MRP). Ele pode não apenas exibir o estado de funcionamento das bombas de efluxo de drogas (quanto mais rápida a taxa de depuração do Tc-MIBI, maior o nível de concentração das bombas de efluxo de drogas e vice-versa), mas também aumentar a taxa de rotatividade de ATP dessas bombas, que torna possível o tratamento e o diagnóstico. Esta estratégia de diagnóstico e tratamento entrou na segunda fase da prática clínica. Teoricamente, o status de ATP das células tumorais pode ser monitorado em tempo real através da reticulação PET e Tc-MIBI.
9. conclusão
Tanto as organizações criminosas como os terroristas precisam de contar com apoio financeiro para a prática de actos criminosos, e a fonte de fundos é o ponto de partida para as agências responsáveis pela aplicação da lei reprimirem e desintegrarem estas organizações criminosas. Da mesma forma, o ATP e o NADH, como energia celular e moeda redox, desempenham um papel importante na ocorrência, desenvolvimento, invasão e metástase de tumores, que é a fraqueza fatal dos tumores.
As organizações criminosas têm a capacidade de fazer investimentos diversificados. Quando uma conta é congelada, eles podem ativar os fundos de outras contas. Diferentemente das organizações criminosas, o “produtor” de ATP tumoral é extremamente ineficiente no metabolismo glicólise/glutamina; Além disso, a hipóxia inóspita e o microambiente ácido apenas dotam as células tumorais de resistência à quimioterapia e as forçam a melhorar o nível de glicólise para compensar a perda de energia causada pela fosforilação oxidativa.
O câncer parece ser amaldiçoado pela energia, o que torna o metabolismo do tumor muito frágil. Para se ter uma resistência adquirida duradoura aos medicamentos, é necessário adequar o correspondente ambiente de oferta e procura. Uma vez que o fornecimento de ATP nas células tumorais é insuficiente, a baixa produtividade torna-se um ponto fatal completo, o que agravará ainda mais o ambiente "faminto" nas células.
Como outras doenças, o tratamento do tumor é baseado em diferenças individuais de mutações genéticas. Porém, ao realizar um tratamento individualizado, não podemos ignorar a ideia do tratamento de limitação energética. De acordo com o pensamento teleológico, a razão da existência das células tumorais é a sobrevivência, que requer uma grande quantidade de fornecimento de ATP rapidamente para atender a demanda energética das células, as necessidades de biossíntese e manter o estado redox das células.
As vias clássicas de sinalização tumorigênica são geralmente interligadas com vias metabólicas, como as vias PI3K / AKT e mTOR, que promovem direta ou indiretamente a biossíntese e a proliferação celular e, finalmente, produzem um novo conceito: inibição da via de sinalização e estratégia de terapia combinada de restrição de energia.
A microeconomia acredita que se a procura total de um recurso específico exceder a oferta, a escassez seguir-se-á, e se a escassez for universal e crónica, as consequências conjuntas espalhar-se-ão por todo o sistema económico. Da mesma forma, se o nível de ATP nas células for insuficiente devido à ação de medicamentos ou ao controle alimentar, a pressão energética gerada força as células tumorais a redistribuir o ATP para os locais onde ele é mais necessário, como a sobrevivência.
Esta redistribuição levará à obstrução de outras atividades celulares que consomem muita energia, como a bomba de efluxo de drogas acionada por ATP ou o silenciamento epigenético de genes supressores de tumor. A inibição destas atividades celulares intensivas em energia pode melhorar a sensibilidade das células tumorais à quimioterapia e radioterapia. Por esse motivo, que é o principal argumento deste artigo, a restrição energética é uma estratégia viável no tratamento, principalmente quando combinada com outros métodos de tratamento.
Dar nova quimiossensibilidade às células tumorais anteriormente resistentes aos medicamentos pode provocar mudanças geométricas no tratamento do tumor, desde a terapia linear contínua até a reintervenção de radioterapia/quimioterapia em loop, o que pode melhorar significativamente a taxa de sobrevivência global dos pacientes com tumor e transformar o câncer em uma doença crônica comum. doença.
Idealmente, a terapia combinada e a terapia não sobreposta podem incluir medicamentos para inibir a glicólise, a via das pentoses fosfato, o metabolismo da glutamina, autofagia e estratégias não quimioterápicas (como o verapamil, que pode agravar a renovação de ATP mediada por MDR, que consome muita energia), e estes as estratégias são direcionadas diretamente à produção de ATP, que produzirá os melhores e mais eficazes resultados de tratamento.
O ATP é o fulcro em torno do qual funciona todo o “sistema econômico” do tumor. Como alavanca, a estratégia de terapia antienergética pode incitar o "sistema econômico" do tumor e normalizar a atual estratégia de terapia tumoral.