氧化磷酸化是细胞维持正常生命活动的主要供能方式,早期的研究发现在肿瘤组织中,肿瘤细胞以糖酵解为主为细胞增殖提供能量,这一效应被称为“瓦伯格效应”。近年来的研究显示,不同的肿瘤细胞其能量代谢方式存在一定的差异,同时在不同的培养条件和微环境中,肿瘤细胞会改变其原有的代谢途径,以适应细胞的生长。因此开展肿瘤代谢途径及分子调节机制的研究对深入了解和认识肿瘤的生长、增殖机制及肿瘤的临床治疗都有重要的意义。血清是细胞生长必需的成分,细胞在无血清或低血清培养基中培养一段时间后,细胞将停滞在G0/G1期,细胞生长明显受抑制。因此血清饥饿培养是体外细胞培养的一个逆环境,研究逆境条件下即血清饥饿培养条件下,肿瘤细胞的能量代谢途径、氧化磷酸化活性及代谢相关的基因的表达变化,将有助于对肿瘤代谢调节机制的研究。本研究以293T细胞和U251细胞为研究材料,通过不同的呼吸抑制剂处理两种细胞,确定其主要的能量代谢途径。然后研究以糖酵解为主的肿瘤细胞血清饥饿处理对其能量代谢途径、氧化磷酸化活性及其代谢调控相关的基因的表达变化。本研究用不同浓度的氧化磷酸化电子传递链抑制剂和乳酸脱氢酶抑制剂处理293T细胞和U251细胞后,检测细胞的生长和ATP水平。通过比对两种细胞对抑制剂的敏感性确定其能量代谢类型。研究发现293T细胞对寡霉素处理敏感,寡霉素(Oligo)对293T细胞增殖有显著的抑制作用,说明293T细胞是以氧化磷酸化为主产生ATP。而糖酵解抑制剂草氨酸(Oa)对U251细胞增殖有显著的抑制作用,表明U251细胞以糖酵解为主为细胞提供能量。随后,对以糖酵解为主的U251细胞进行血清饥饿处理不同时间,分析血清饥饿对U251细胞增殖、ATP水平、呼吸代谢途径及氧化磷酸化活性的影响。研究发现血清饥饿处理后,U251细胞生长明显受抑制,细胞被阻滞在G0/G1期；细胞ATP水平显著上升,细胞ROS水平降低。对代谢相关的酶活性和表达水平检测发现乳酸脱氢酶(LDH)蛋白表达及活性下降,丙酮酸脱氢酶(PDH)蛋白表达及活性升高；细胞线粒体数量增加,线粒体DNA拷贝数增加,线粒体电子传递复合物I活性增强；细胞氧化磷酸化相关蛋白(NDUFB8、NDUFA9、VDAC、ND1)含量升高；以上结果显示血清饥饿后U251细胞糖酵解途径受抑制,氧化磷酸化活性增强。同时我们又检测了细胞代谢调控相关蛋白的表达水平的变化,结果发现血清饥饿后U251细胞HIF-1α蛋白表达水平显著降低,C-myc、NRF1、TFAM蛋白含量均有明显增加；同时检测到细胞周期调控蛋白p27表达升高、CyclinD1蛋白含量增加、CyclinB1蛋白含量降低。综上所述,以糖酵解为主的U251细胞经血清饥饿处理后,细胞生长明显受抑制,细胞被阻滞在G0/G1期,ATP水平增加,ROS水平降低,细胞糖酵解途径受抑制,氧化磷酸化活性增强。调控其代谢途径改变的可能的分子机制是血清饥饿处理使HIF-1α下调,抑制糖酵解途径,同时促进C-myc蛋白水平上调。C-myc通过促进NRF1的表达,促进线粒体转录调控因子TFAM上调,进而增强线粒体DAN复制,转录及翻译水平,促进细胞氧化磷酸化活性增强,细胞ATP含量升高。U251细胞在饥饿条件下ATP水平的增加可能是逆境环境中细胞维持生存的一种应急调节机制。本研究以U251细胞研究对象,通过血清饥饿处理,研究其能量代谢途径的改变及其可能的调节机制,提示肿瘤细胞的能量代谢途径可随着其培养条件及微环境的改变而改变,以适应新的环境。同时对其分子调节机制的研究将对深入了解和认识胶质瘤细胞的生长、增殖机制及脑肿瘤的临床治疗具有重要意义。