研究背景实体肿瘤内肿瘤细胞适应葡萄糖缺乏对于肿瘤进行性生长是至关重要的,然而其机制尚未明确。实体肿瘤的生长需要大量的营养物质,但实体肿瘤内的营养物质供给是非常有限的,主要是因为肿瘤新生血管的紊乱和毛细血管的无功能。持续或间断的葡萄糖缺乏是实体肿瘤尤其是乏血供的实体肿瘤的一个特征。葡萄糖是肿瘤生长所必需的。在体外,肿瘤细胞在葡萄糖缺乏条件下既不能生长也不能存活。但实体肿瘤内细胞忍受营养缺乏的事实表明可能有某些未知的适应机制帮助肿瘤细胞存活。肿瘤细胞即使在有氧的情况下,仍主要通过糖酵解利用葡萄糖产生大量的乳酸,因此乳酸酸环境(乳酸根和氢质子)是肿瘤微环境的共同特征之一。高含量乳酸与增加肿瘤转移,差的无病生存率和总生存率有关。PKM1取代PKM2后导致的乳酸产生的减少降低了肿瘤细胞在裸鼠上的成瘤性。另外,我们前期的预实验表明当葡萄糖完全消耗之后,如果没有外源乳酸的加入,超过90%的细胞就会在1天内死亡,而添加20mM的外源乳酸之后,90%的细胞会在10天内死亡。对照细胞在葡萄糖没有的情况下,4天内就全死亡了而在含有20mM乳酸的培养基中的4T1细胞甚至在65天后还有存活。在葡萄糖耗竭之后,乳酸几乎没有被细胞所消耗,这表明乳酸在葡萄糖缺乏情况下不是作为能源物质来拯救肿瘤细胞的。乳酸也可以显著地延长在葡萄糖缺乏情况下的其它肿瘤细胞(人乳腺癌细胞株Bcap37,人大肠癌细胞株RKO,人胃癌细胞株SGC7901)的存活时间。我们认为乳酸酸环境在肿瘤细胞适应葡萄糖缺乏中起着重要的作用。实验方法及结果鼠源乳腺癌细胞4T1培养在含3mM葡萄糖和20mM乳酸的RPMI-1640培养基中。收集培养时间分别为第0,1，3,4,5,7,9,11天的细胞,并提取RNA,与Affymetrix Mouse Gene 1.OST芯片进行杂交。基因芯片分析结果表明,首先,葡萄糖缺乏后,乳酸通过上调p27和下调Skp2使肿瘤细胞阻滞在G0/G1期,使细胞处于相对静止状态；第二,乳酸下调几乎所有的合成代谢,节约能量；第三,葡萄糖耗竭后,高浓度乳酸使细胞糖代谢酶下调,而脂肪代谢比如β-氧化显著上调,说明细胞主动适应环境将能量代谢从糖代谢转换到脂肪分解代谢；第四,葡萄糖耗竭后,高浓度乳酸使细胞启动自噬程序。细胞自噬是细胞在营养缺乏时的自我保护机制,通过分解和重新利用细胞的成分维持必要的代谢；第五,葡萄糖耗竭后,高浓度乳酸上调细胞内吞,使得细胞获得必要的营养以维持基础代谢；第六,葡萄糖耗竭后,高浓度乳酸抑制细胞凋亡；第七,葡萄糖耗竭后,高浓度乳酸启动应急机制,如内质网应激。结论乳酸酸环境通过调节诸如细胞周期、代谢、抗凋亡、细胞自噬和应激反应等细胞过程来减弱因葡萄糖缺乏导致的一些死亡信号,从而使肿瘤细胞适应葡萄糖缺乏的环境。作为肿瘤微环境特征之一的乳酸酸环境为肿瘤细胞提供了一个综合机制,来适应葡萄糖缺乏。