【新知】癌症、糖與精製澱粉(二)癌症愛吃糖? 文字

上一篇文章中,我們聊到醫界在癌症治療上遇到的挫敗,以及原始部落飲食與癌症預防的關係。

在今天的系列文中,史考特將繼續介紹癌症研究的最新進展,以及癌細胞獨特的「飲食喜好」。



癌症基因體圖譜計畫(The Cancer Genome Atlas)

自1971年美國總統尼克森向癌症宣戰以來,各國投注龐大的資源進入癌症研究,世上最聰明的科學家貢獻畢生心血,就是要找出能治癒癌症的解藥。

可惜,儘管癌症的治療、診斷、篩檢都有長足進步,癌症的治癒率卻一直不見提升。




(如果我們都能把人送上月球,再平安的飛回來了,為什麼癌症還沒被人類征服?這不科學阿!)




終於在2005年,被譽為癌症研究中「曼哈頓計畫」的美國癌症基因體圖譜計畫(The Cancer Genome Atlas)正式啟動。讓長期遭遇挫折的癌症研究,看到了一絲曙光。

癌症基因體圖譜計畫的目標是將所有主要癌症的基因完完整整地解碼出來,並與正常的組織細胞做比較。

其背後的邏輯如下:

  • 基因決定了人體所有細胞的功能。
  • 基因突變使正常細胞的表現變化,產生不受控制的細胞生長(癌化)。
  • 將所有癌症的基因解碼,我們就知道突變的問題基因是哪些,也能針對這些突變來發展治療藥物。




孫子兵法有云:「知彼知己,百戰不殆」。當我們能從頭到腳地認識敵人時,勝利之期不遠矣!

也難怪,癌症基因體圖譜計畫被視為是癌症研究的最後一里路,計畫完成時,我們應該就有很清楚的方向指向癌症解藥。

學界對此洋溢樂觀的氛圍。

在2009年,共同發現DNA雙螺旋結構的諾貝爾獎得主James Watson在紐約時報發表了一篇信心滿滿的評論。Watson寫到:「我們的目標是在未來10年內,成功治癒所有的主要癌症。」



(Photo Credit: Public Domain)



從美夢中驚醒的癌症學者

如果基因突變是細胞癌化的主因,照理說,我們應該可以找到每一種癌症的致病根源。

例如:大腸癌腫瘤裡都有A型基因突變,乳癌腫瘤中都有B型,肺癌則是C型。

但癌症基因圖譜解碼後,學者驚訝的發現:同一種癌症的基因變化雜亂無序,找不出固定的突變模式。

更令人髮指的,同一種癌症竟然有不同的基因突變!

舉例來說,三位惡性腦癌患者甲、乙、丙、丁君的腫瘤中分別分離出A型、B型、C型基因突變。

你說不對阿,那丁君呢?

丁君的腦瘤找不出我們熟知的基因突變,但它確實是一顆活生生的腦瘤。(註)

(腦瘤Glioblastoma Multiforme是最惡性的癌症之一,患者預後往往不佳。)

(Photo Credit: Christaras A, from https://en.wikipedia.org/wiki/Glioblastoma_multiforme#/media/File:Glioblastoma_-_MR_sagittal_with_contrast.jpg
(CC BY 2.5)

類似的情況在不同癌症中不斷重現,這將「癌症是基因疾病」的理論狠狠打臉。

基因圖譜計畫的主導人物Dr. Larry Loeb在受訪時說到:「基因突變不可能是癌症發生的唯一原因,但很少人願意承認這件事。這或許是因為自DNA被發現以來,基因被認為是主宰一切生命現象的推手,沒有人敢挑戰這個概念。」

如果基因突變無法完全解釋癌症的產生,我們必須修正現有理論,或是整個翻盤,構思新的假說。

(註:這是一個真實的故事,有三大基因路徑突變被認為是惡性腦腫瘤(Glioblastoma Multiforme)的病原。但在圖譜計畫解碼的22個腫瘤樣本中,僅有3個樣本集滿三種路徑的突變。有9個樣本產生兩種突變,5個樣本只有一種突變。更有趣的是,有一個腦瘤樣本中找不到突變。)



癌細胞愛吃糖?

在1924年,曾被提名過諾貝爾獎三次,且得獎過一次的德國科學家Otto Warburg發現一個有趣的現象:癌症細胞喜歡葡萄糖。體

這是什麼意思?這邊史考特必須先為各位介紹一些基礎的生物化學。

正常人體細胞在氧氣充足的情況下主要行「有氧呼吸」,將葡萄糖、脂肪酸等養分「完全燃燒」成水與二氧化碳,並且產生能量供細胞使用。




但如果今天我們參加100公尺短跑比賽,跑到上氣不接下氣,氧氣供應的速度跟不上短時間內的能量需求怎麼辦?

這時聰明的細胞會轉換模式進入「無氧呼吸」:不用氧氣,也能將葡萄糖「不完全燃燒」產生乳酸與氫離子,提供能量應急。(註)

無氧呼吸雖能跳過氧氣不足的窘境,但它有個重大缺點:葡萄糖不完全燃燒所產生的能量遠不如有氧呼吸來得多。




這也是為什麼,大部分的情況下人體細胞行有氧呼吸為主,只有在危急求生需要短時間需要大量能量時,才會轉為無氧呼吸。

(註:只有葡萄糖能做為無氧呼吸的燃料)

奇妙的是,不管你有氧氣還是沒氧氣,幾乎所有的癌細胞無時無刻都在行「無氧呼吸」。


這是一個弔詭的情況,因為在氧氣充足的情況下行無氧呼吸只能產生少少一點能量,相當的不划算。惡性腫瘤就就好像一個被寵壞的富家少爺,把一千元紙鈔拿來當一百元用。

為了獲得足夠的能量,癌細胞必須吃進大量的葡萄糖。癌細胞愛吃糖一說,就是這麼來的。

利用這個特性,醫師可以注射帶有微量放射性的葡萄糖進入癌症病患體內,讓葡萄糖快速地聚集到腫瘤處,讓儀器偵測出體內癌細胞的位置。這就是正子攝影的原理。


(正子攝影利用癌細胞偏好代謝葡萄糖的特性,偵測體內腫瘤。圖中肝臟發亮點即為疑似腫瘤處。腎臟因為蒐集過濾體內血液,因此訊號也會增強,不代表該處有腫瘤。)

(Photo Credit: Science. 2009, from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2849637/figure/F4/
(Creative Commons)



癌症是代謝疾病

聰明的讀者看到這裡,可能已經猜出史考特接下來要講甚麼了。如果癌症「不完全」是基因突變的疾病,那會不會是一個「愛吃糖」的病呢?

聽來有些天馬行空吧?但這樣的假說在已經學界漸漸受到重視。波士頓學院的Dr. Seyfried在2010發表了一篇回顧性文獻,標題為「癌症:一種代謝疾病」。

Seyfried認為,癌症是細胞的代謝系統出了毛病。

我們吃下肚的熱量多半仰賴細胞中的粒線體轉化成可用的ATP能源,所以粒線體又有「細胞發電廠」之稱。


(粒線體是細胞的發電廠)

(Photo Credit: Kelvinsong; modified by Sowlos, from https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mitochondrion_structure.svg
(CC by SA3.0)

當發炎、輻射、致癌物質、病毒等環境因素破壞粒線體時,細胞行有氧呼吸的能力將會大受影響。

失去粒線體作用的細胞不僅被迫開始在有氧狀態下行無氧呼吸,同時還會造成基因不穩定、突變,甚至產生癌細胞的特性(包括無限制生長、血管新生、轉移等)。




換句話說,癌細胞中的基因突變其實是癌症的「果」,而非癌症產生的「因」。這或許可以說明為什麼癌症基因體圖譜計畫中解碼的基因突變看來雜亂無章。



結語

總結今天的文章,我們知道:

  • 癌症不完全是基因突變的疾病。
  • 癌細胞偏好無氧代謝葡萄糖。
  • 癌症很有可能是代謝疾病。

既然我們知道了癌細胞的怪癖,我們是否能操縱葡萄糖來預防甚至治療癌症呢?這在下一篇文章中我們將會再介紹糖尿病、糖尿病藥物Metformin、與癌症的關聯性,以及低熱量、低碳水化合物飲食在癌症預防及治療的角色。

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