Гипотеза Варбурга ( / ˈ v ɑːr b ʊər ɡ / ), иногда известная как теория рака Варбурга , постулирует, что движущей силой опухолеобразования является недостаточное клеточное дыхание, вызванное повреждением митохондрий . [1] Термин эффект Варбурга в онкологии описывает наблюдение, что раковые клетки и многие клетки , выращенные in vitro , проявляют ферментацию глюкозы даже при наличии достаточного количества кислорода для надлежащего дыхания. [2] Другими словами, вместо того, чтобы полностью дышать в присутствии достаточного количества кислорода, раковые клетки ферментируют. Гипотеза Варбурга заключалась в том, что эффект Варбурга был первопричиной рака . В настоящее время популярно мнение, что раковые клетки ферментируют глюкозу, сохраняя тот же уровень дыхания, который присутствовал до процесса канцерогенеза , и, таким образом, эффект Варбурга можно определить как наблюдение, что раковые клетки проявляют гликолиз с выработкой лактата и митохондриальным дыханием даже в присутствии кислорода. [3]
Гипотеза была выдвинута лауреатом Нобелевской премии Отто Генрихом Варбургом в 1924 году. [4] Он выдвинул гипотезу, что рак , злокачественный рост и рост опухолей вызваны тем фактом, что опухолевые клетки в основном генерируют энергию (например, аденозинтрифосфат / АТФ) путем неокислительного распада глюкозы (процесс, называемый гликолизом ). Это контрастирует со здоровыми клетками, которые в основном генерируют энергию путем окислительного распада пирувата . Пируват является конечным продуктом гликолиза и окисляется в митохондриях . Следовательно, по мнению Варбурга, канцерогенез происходит из-за снижения митохондриального дыхания. Варбург считал, что фундаментальным различием между нормальными и раковыми клетками является соотношение гликолиза к дыханию; это наблюдение также известно как эффект Варбурга.
В теории соматической мутации рака злокачественная пролиферация вызывается мутациями и измененной экспрессией генов в процессе, называемом злокачественной трансформацией , что приводит к неконтролируемому росту клеток. [5] [6] Различие в метаболизме, наблюдаемое Варбургом, адаптирует раковые клетки к гипоксическим (недостаточным по кислороду) условиям внутри солидных опухолей и в значительной степени является результатом тех же мутаций в онкогенах и генах-супрессорах опухолей, которые вызывают другие аномальные характеристики раковых клеток. [7] Таким образом, изменение метаболизма, наблюдаемое Варбургом, является не столько причиной рака, как он утверждал, сколько одним из характерных эффектов мутаций, вызывающих рак.
Варбург изложил свою гипотезу в статье под названием «Первопричина и профилактика рака» , которую он представил в лекции на встрече лауреатов Нобелевской премии 30 июня 1966 года в Линдау , Боденское озеро , Германия. В этой речи Варбург представил дополнительные доказательства, подтверждающие его теорию о том, что повышенный анаэробиоз, наблюдаемый в раковых клетках, является следствием нарушенного или недостаточного дыхания. Говоря его собственными словами, «первопричиной рака является замена дыхания кислорода в нормальных клетках организма ферментацией сахара». [8]
Тело часто убивает поврежденные клетки посредством апоптоза , механизма самоуничтожения, в котором участвуют митохондрии, но этот механизм не работает в раковых клетках, где митохондрии отключены. Реактивация митохондрий в раковых клетках перезапускает их программу апоптоза. [9]
Большое количество исследователей посвятили и посвящают свои усилия изучению эффекта Варбурга, который тесно связан с гипотезой Варбурга. В онкологии эффект Варбурга — это наблюдение, что большинство раковых клеток преимущественно вырабатывают энергию посредством высокой скорости гликолиза с последующим брожением молочной кислоты в цитозоле , [10] а не посредством сравнительно низкой скорости гликолиза с последующим окислением пирувата в митохондриях , как в большинстве нормальных клеток. [11] [12] [13]
В частности, за период с 2000 по 2015 год было опубликовано почти 18 000 работ по теме АТФ и эффекта Варбурга. Большинство функций эффекта Варбурга стали объектом изучения. [14]