Τη δεκαετία του 1920, ο Otto Warburg παρατήρησε ότι τα καρκινικά κύτταρα, σε σύγκριση με τα φυσιολογικά κύτταρα, έχουν υψηλούς ρυθμούς πρόσληψης γλυκόζης και έκκρισης γαλακτικού οξέος, ακόμη και παρουσία οξυγόνου (αερόβια γλυκόλυση). Αυτές οι τρεις μεταβολικές ιδιότητες, η πρόσληψη γλυκόζης, η έκκριση γαλακτικού οξέος και η διαθεσιμότητα οξυγόνου, συνιστούν το ‘’Warburg effect’’. Το οποίο θεωρήθηκε η πάγια κατάσταση όλων των καρκινικών κυττάρων (Ferreira, Hebrant, and Dumont 2012). Πολύ πριν τον Warburg, ο Pasteur έδειξε ότι το οξυγόνο καταστέλλει τη ζύμωση των σακχάρων. Προσδιορίζοντας έτσι τη μετατροπή της γλυκόζης σε γαλακτικό ως αναμενόμενη απόκριση στην υποξία. Έχει επίσης αναφερθεί ότι τα καρκινικά κύτταρα έχουν αυξημένη πρόσληψη γλουταμίνης σε σύγκριση με τα φυσιολογικά κύτταρα (Otto 2016).
Η γρήγορη πρόσληψη της γλυκόζης και ο μεταβολισμός της επιτρέπει στα κύτταρα να τροφοδοτούν αρκετά μονοπάτια που συμμετέχουν στη σύνθεση μακρομορίων. Αυτά τα μονοπάτια είναι το μονοπάτι των φωσφορικών πεντοζών, όπου παράγεται η ριβόζη για τη βιοσύνθεση των νουκλεοτιδίων. Αλλά και το NADPH για τις αναγωγικές αντιδράσεις βιοσύνθεσης. Επίσης, είναι η οδός της εξωσαμίνης που απαιτείται για τη γλυκοζυλίωση των πρωτεϊνών, ο μεταβολισμός της σερίνης, γλυκίνης (βιοσύνθεση αμινοξέων) και του άνθρακα. Που τροφοδοτεί τα νουκλεοτίδια, τη γλουταθειόνη και τις αντιδράσεις μεθυλίωσης. Καθώς και τη σύνθεση της γλυκερόλης για την παραγωγή των λιπιδίων.
Στα καρκινικά κύτταρα αυτές οι οδοί συχνά ενεργοποιούνται σε απόκριση της ογκογονικής σηματοδότησης.
Ωστόσο, η μετατροπή της γλυκόζης σε γαλακτικό οξύ και στη συνέχεια η έκκριση του γαλακτικού δεν παρέχει την απαιτούμενη ποσότητα άνθρακα για τις βιοσυνθετικές οδούς αλλά τον εξαλείφει από το κύτταρο. Επομένως, αν το φαινόμενο Warburg υποστηρίζει τον αναβολικό μεταβολισμό, το κάνει έμμεσα. Ο λόγος για τον οποίο πολλά πολλαπλασιαζόμενα κύτταρα εμφανίζουν το φαινόμενο Warburg δεν είναι ακόμα πλήρως κατανοητός. Μια πιθανή εξήγηση είναι ότι το φαινόμενο Warburg επιτρέπει στα κύτταρα να διατηρούν μεγάλες ποσότητες γλυκολυτικών ενδιαμέσων. Ενώ η συγκέντρωση αυτών των μεταβολιτών ευνοεί τη χρήση της οδού των φωσφορικών πεντοζών και άλλων βιοσυνθετικών μονοπατιών που συνδέονται με τη γλυκόλυση. Πιθανώς, αυτό το πλεονέκτημα να εφαρμοζόταν ακόμα και αν ένα μεγάλο μέρος της γλυκολυτικής ροής τερμάτιζε με την έκκριση του γαλακτικού οξέος.
Τα τελευταία χρόνια όμως παρατηρείται ότι το φαινόμενο Warburg δεν είναι καθολικό χαρακτηριστικό μόνο των καρκινικών κυττάρων. Σύμφωνα με μια ανάλυση 80 κυτταρικών σειρών με καρκίνο του πνεύμονα παρατηρήθηκε ότι η πρόσληψη γλυκόζης υπερέβαινε την έκκριση του γαλακτικού οξέος. Οδηγώντας έτσι σε μια εμφανώς αντιστρεπτή κατάσταση μεταβολισμού, από αυτήν που περιγράφει ο Warburg (Little et al. 2019).
Πηγές:
Ferreira, L M R, A Hebrant, and J E Dumont. 2012. “Metabolic Reprogramming of the Tumor.” Oncogene 31 (36): 3999–4011. https://doi.org/10.1038/onc.2011.576.
Little, Danielle R, Kamryn N Gerner-Mauro, Per Flodby, Edward D Crandall, Zea Borok, Haruhiko Akiyama, Shioko Kimura, Edwin J Ostrin, and Jichao Chen. 2019. “Transcriptional Control of Lung Alveolar Type 1 Cell Development and Maintenance by NK Homeobox 2-1.” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 116 (41): 20545–55. https://doi.org/10.1073/pnas.1906663116.
Otto, Angela M. 2016. “Warburg Effect(s)-a Biographical Sketch of Otto Warburg and His Impacts on Tumor Metabolism.” Cancer & Metabolism 4 (March): 5. https://doi.org/10.1186/s40170-016-0145-9.
