糖类主要功能是提供能量。葡萄糖是最常选用的能量来源，除了参与能量供给外，还参与机体一些重要物质构成，如单糖、核糖是遗传物质RNA和DNA主要组成成分；糖蛋白在细胞识别中起着重要作用；糖脂是神经细胞膜的结构成分。

葡萄糖在体内氧化分解途径包括糖酵解和氧化磷酸化。糖酵解依赖分布于胞膜上的葡萄糖转运体（GLUT1、GLUT 3、GLUT 4）将胞外毛细血管内葡萄糖转运入胞内，通过己糖激酶（HK）、磷酸葡萄糖异构酶（PGI）、磷酸果糖激酶（PFK）等糖酵解酶分解代谢，生成终产物丙酮酸。在有氧条件下，丙酮酸通过转运蛋白，进入线粒体内氧化脱羧生成乙酰辅酶A，后者进入三羧酸循环（TCA），彻底氧化成H ₂O和CO ₂。在缺氧条件下，丙酮酸转化成乳酸，并通过分布于胞膜的单羧基转运体分泌至胞外，进入血液循环，到达肝脏后通过糖异生作用，转变成肝糖原或血糖，形成乳酸循环。细胞活性和能量状态密切相关，由于恶性肿瘤生长迅速，常出现葡萄糖摄取量增高、糖酵解增加和乳酸堆积现象。

是指在有氧条件下葡萄糖彻底氧化分解生成水和二氧化碳的过程。它是机体主要能量来源途径。每个分子葡萄糖经过有氧氧化以后可以产生30或32分子ATP。

是指在无氧或缺氧条件下，葡萄糖或者糖原在细胞浆内经过一系列反应生成乳酸过程。1分子葡萄糖分解为2分子乳酸，产生2分子ATP。糖酵解生理意义在于在缺氧条件下为机体迅速提供能量，同时糖酵解中间产物为细胞合成代谢提供底物。

是糖酵解旁路途径，整个反应在细胞液中进行，为细胞代谢提供NADPH﹢和H ^﹢，如脂肪酸和胆固醇合成，生物转化中羟化反应以及维持谷胱甘肽还原性等。

肿瘤细胞糖酵解能力是正常细胞20～30倍，糖酵解增强程度与肿瘤生长速度成正比，与分化程度成反比。同时肿瘤细胞有氧糖酵解活跃程度随细胞类型不同而异，还与肿瘤侵袭性生长密切相关。此外，肿瘤细胞糖异生和磷酸戊糖通路代谢也增强（图4-2-1）。

糖酵解较线粒体氧化磷酸化产能低，但恶性肿瘤细胞却可以从活跃的糖酵解代谢中受益，主要表现在以下几个方面：①与有氧氧化相比，糖酵解虽然产生ATP较少，但是产生速度快，这对于增殖快速的肿瘤细胞生长有利。而对于依赖氧化磷酸化作用产生ATP的细胞来说，氧缺乏可导致细胞受损；②肿瘤细胞通过糖酵解获取中间代谢产物，用于合成脂肪、蛋白质和核酸，以满足其合成代谢需求；③糖酵解通过影响线粒体外膜通透性使肿瘤细胞获得拮抗肿瘤凋亡能力，从而导致恶性肿瘤对放化疗等促凋亡作用耐受；④糖酵解产生大量乳酸，导致微环境酸化，有助于肿瘤细胞侵袭和免疫逃逸。早期酸化微环境对肿瘤细胞生存不利，然而肿瘤发生发展是一个不断变异选择的过程，当耐酸肿瘤细胞形成以后，这种微环境对肿瘤细胞就有着保护作用，因为酸性环境对于正常细胞具有一定毒性，可导致细胞基质分解和外源性碱性抗癌药物失效，从而利于肿瘤细胞生长和转移。

细胞增殖除了需要ATP外还需要用于构成各种细胞结构的生物大分子材料。有氧酵解关键在于提供某些至关重要的中间代谢产物用于细胞合成代谢，而同时又产生一定ATP用于应急，维持细胞稳态。有氧酵解为肿瘤细胞提供了大量碳水化合物代谢产物，这些中间代谢产物可以进入多种生物合成途径。例如，糖酵解途径中间产物6-磷酸-葡萄糖、6-磷酸-果糖、3-磷酸-甘油醛可以经磷酸戊糖途径代谢成5-磷酸核糖，用于核酸从头合成。3-磷酸甘油、磷酸烯醇式丙酮酸和丙酮酸可用于合成非必需氨基酸。即使是被认为是代谢垃圾终产物乳酸也不会被浪费，可以被间质细胞或肿瘤细胞再次吸收和彻底氧化。事实上，虽然肿瘤细胞中糖酵解旺盛，但是大多数肿瘤细胞通常表达活性较低的丙酮酸激酶M2（pyruvate kinase isoenzyme type M2，PKM2），并且其活性受酪氨酸激酶磷酸化修饰调节 ^［1］。PKM是糖酵解途径最后一个限速酶，肿瘤细胞之所以选择活性较低并易于受磷酸化修饰而失活的PKM2作为自身糖酵解代谢的瓶颈，其好处就是利于上游产生中间代谢产物进入其他合成代谢途径，而不是转变为丙酮酸进一步分解 ^［2］。

正常组织通过TCA循环将葡萄糖彻底氧化代谢为CO ₂，以达到ATP产量最大化。事实上，TCA循环中间产物同样可以用于生物合成途径。在增殖性细胞中，TCA循环的意义并不在于生成ATP，而是在于满足生物合成。葡萄糖进入TCA循环代谢为柠檬酸，后者从线粒体中转运至胞浆可转化成为草酰醋酸（oxaloacetate，OAA）和乙酰辅酶A（acetyl-CoA），后者是脂质合成的前体。负责催化这一过程的酶为ATP柠檬酸裂合酶（ATP citrate lyase，ACL），多种肿瘤细胞中ACL表达上调，并且其活性为细胞增殖所需。可见肿瘤细胞中并非完全没有TCA循环，不过柠檬酸从线粒体转运至胞浆用于脂质合成，导致柠檬酸的线粒体氧化降低，对TCA循环产生了重大影响，因而肿瘤细胞中的TCA循环似乎被“截断”（truncated）。在肝癌细胞中还发现线粒体柠檬酸被大量转运至胞浆用于胆固醇合成。TCA循环中的其他中间代谢产物如OAA、α-酮戊二酸（α-ketoglutarate，α-KG）亦可用于非必需氨基酸合成。

乳酸是糖酵解终产物，过去通常被认为是无用的。这一观念在目前看来可能需要转变。在结肠癌的研究中发现，结肠癌细胞高表达乳酸脱氢酶5（lactate dehydrogenase，LDH5）和低氧诱导因子-1α（hypoxia-inducible factor 1α，HIF-1α），释放大量乳酸 ^［3］；肿瘤相关成纤维细胞高表达单羧酸转运蛋白1（monocarboxylate transporter 1，2，MCT1/2）和LDH1，而LDH5和HIF-1α则低表达。肿瘤相关成纤维细胞这种代谢酶表达模式使之具有很高的吸收乳酸能力，并通过LDH1将乳酸氧化成丙酮酸，再释放到胞外，可供肿瘤细胞吸收利用 ^［4］。此外，研究发现位于氧供充分区域的肿瘤细胞也表达MCT1蛋白，可摄取胞外乳酸，并将其进一步氧化生成ATP，维持细胞生存 ^［5］。

Warburg效应与众多调控因子上调有关：包括GLUT家族成员，己糖激酶（HKs），丙酮酸脱氢酶激酶（PDKs），乳酸脱氢酶（LDHs）。也有证据证实癌基因和抑癌基因对有氧糖酵解同样具有调控作用，例如：PTEN、PI3K/AKT/mTOR、HIF-1α、AMPK、p53、EGFR、ERK1/2、PKM2、RAS和Myc等。虽然目前对Warburg效应有了更进一步认识，但是其具体机制尚未完全阐明。

肿瘤细胞以有氧糖酵解方式获取能量，因此干扰肿瘤细胞糖酵解是选择性抗肿瘤治疗的一个潜在新策略。降低肿瘤细胞糖酵解代谢率将会是一种有效的治疗策略（表4-2-1）。

己糖激酶（hexokinase，HK）是控制糖酵解第一个限速酶，它不可逆地催化葡萄糖磷酸化转变为6-磷酸葡萄糖，同时伴有ATP消耗，使带负电荷的磷酸化葡萄糖固定在细胞内，并使其通过糖酵解产生ATP或通过磷酸戊糖路径用于合成反应 ^［6］。HK-2高表达于各类肿瘤中，通过反义RNA技术沉默恶性肝癌细胞中的HK-2基因，发现肿瘤增殖明显降低 ^［7，8］。因此，针对HK-2靶点药物能抑制肿瘤生长。目前有几个针对HK-2靶点药物已进入临床试验，其中氯尼达明（lonidamine） ^［9］是研究得最多且最有效的HK-2抑制剂。该药物在肿瘤细胞中可对糖酵解有选择性地阻止，而对正常细胞只有轻微作用。氯尼达明是一种有效的抗增殖药物，甚至对一些耐药性乳腺癌细胞也有作用，并且在乳腺、卵巢、肺、脑和头颈部肿瘤中研究表明，该药物可增强抗肿瘤药物治疗效应。另外，HK-2抑制剂还包括3-溴丙酮酸 ^［10］、2-脱氧-D-葡萄糖 ^［11］、联苯苄唑等 ^［12］。

丙酮酸激酶（PK）催化磷酸烯醇式丙酮酸（phosphoenolpyruvate，PEP）和ADP转化为丙酮酸并产生ATP。在人类肿瘤中高表达的主要是PKM2，它具有肿瘤特异性，同时是多种肿瘤诊断的生物标志物 ^［13］。PKM2有四聚体和二聚体两种形式，四聚体形式总是与一些糖酵解相关酶形成复合物，将丙酮酸用于能量生成。二聚体对底物PEP亲和力低、催化能力弱，这种形式主要用于大分子物质合成。肿瘤细胞中PKM2经常以二聚体形式存在。因此，能稳定PKM2四聚体形式的PKM2小分子激活剂可干扰肿瘤细胞代谢，这为抗肿瘤治疗提供了一种新策略 ^［14］。关于PKM2靶向药物类别很多，但都处于实验室研究阶段，而对体内尤其是人体药物研究很少，尚有待于进一步研究。

在哺乳动物细胞中有两种6-磷酸果糖激酶（phosphofructokinase， PFK），即6-磷酸果糖-1-激酶（PFK1）和6-磷酸果糖-2-激酶（PFK2）。PFK1不可逆地催化6-磷酸果糖为1，6-二磷酸果糖，而PFK2是双功能酶，既是激酶也是磷酸酶，它调控果糖-2，6-双磷酸合成并可将果糖-2，6-双磷酸转化为果糖-6-磷酸，为此，PFK2也命名为果糖-2，6-双磷酸酶。莱菔硫烷 ^［15］是PFK抑制剂之一，它是异硫氰酸盐衍生物。许多研究表明该药物在几个肿瘤细胞株中通过凋亡机制表现出抗肿瘤特性，具有抗糖酵解作用。虽然PFK靶向药物都证明有抗糖酵解作用，但这些药物仍处于实验室阶段，进入临床还需很长时间。

乳酸脱氢酶是糖酵解路径中的最后一个酶，它催化丙酮酸还原为乳酸，同时伴有辅因子NADH氧化为NAD﹢。在人类细胞中存在五种LDH亚型，两种亚单位M型（由LDH-A基因编码）和H型（由LDH-B基因编码）。它们的不同组合构成了LDH5（M4）、 LDH4（M3H1）、 LDH3（M2H2）、 LDH2（M1H3）、 LDH1（H4）。LDH含H亚单位越多，其催化丙酮酸转化为乳酸速率就越低，因此，LDH5（M4，LDH-A基因编码）在无氧条件下拥有催化此步骤最高的效率。另一方面，由四个H亚单位组成LDH1对乳酸有高度亲和力，因此，在有氧组织中它参与了乳酸向丙酮酸转化。LDH5（M4，LDH-A基因编码）与肿瘤侵袭性表型和预后较差相关，因此考虑其为恶性肿瘤的标志物之一 ^［16］。由于LDH5表达增加引起乳酸产量增多，进而导致了细胞内酸性增高，这将有利于肿瘤的侵袭和转移，同时，乳酸也参与了血管生成、迁移、免疫抵抗和放疗抵抗。因此，LDH5也将是一个潜在抗肿瘤靶点。目前已发现的LDH抑制剂环聚乳酸盐、草氨酸盐、棉酚等均有一定的抗肿瘤效应 ^［17］。

目前，针对糖酵解途径研发的抗肿瘤药除了几个关键酶外，还有针对葡萄糖转运子、单羧酸转运子、丙酮酸脱氢酶激酶等抗肿瘤药物，目前这些药物都处于基础研究阶段，还需进一步实验证明这些药物疗效。

随着对肿瘤细胞糖代谢调控机制不断认识和研究，相信在不久将来，针对糖代谢途径中的调控因子靶向干预治疗将成为肿瘤治疗研究新趋势。

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