Метаболизъм и биомаркери при ракови заболявания

Метаболитите в резултат на биохимичните реакции протичащи в тялото и метаболитните пътища са от съществено значение за раковите клетки тъй като те претърпяват промени, за да поддържат своя растеж и оцеляване. Метаболитните биомаркери получени от тези пътища и метаболитите могат да предоставят ценна информация за метаболизма на рака и да помогнат при диагностицирането, прогнозата и лечението. Някои примери за метаболити и метаболитни пътища използвани като метаболитни биомаркери при рак:

Гликолиза: Повишената консумация на глюкоза и аеробната гликолиза (ефектът на Варбург) са характерни метаболитни промени в раковите клетки. Биомаркерите свързани с гликолизата включват:

(1) Лактат: повишените нива на лактат в туморните тъкани или серум показват повишена гликолитична активност.

(2) Глюкозни транспортери (напр. GLUT1): свръхекспресията на глюкозни транспортери улеснява усвояването на глюкоза в раковите клетки.

TCA цикъл (цикъл на лимонена киселина): Цикълът на трикарбоксилната киселина (TCA) играе жизненоважна роля в производството на енергия и биосинтеза. Нарушаването на регулацията на междинните продукти на цикъла на TCA може да служи като метаболитни биомаркери: 

(1) Фумарат и сукцинат: натрупването на фумарат и сукцинат е свързано със специфични генетични мутации съответно при фумарат хидратаза (FH) и сукцинат дехидрогеназа (SDH). 

(2) α-кетоглутарат: променени нива на α-кетоглутарат се наблюдават при някои видове рак като бъбречноклетъчен карцином.

Липиден метаболизъм: Променен липиден метаболизъм е често срещан в раковите клетки и няколко метаболита и метаболитни пътища са свързани с биомаркерите на липидния метаболизъм:

(1) Холин: повишени нива на холин измерени с помощта на магнитно-резонансна спектроскопия (MRS) се откриват при няколко вида рак включително гърдата и рак на простатата. 

(2) Синтез на мастни киселини (FASN): свръхекспресията на FASN, ензим участващ в синтеза на мастни киселини се наблюдава при различни видове рак.

Метаболизъм на аминокиселините: Раковите клетки показват променен метаболизъм на аминокиселините, което води до производството и потреблението на специфични метаболити: 

(1) Глутамин: повишеното усвояване и използване на глутамин са често срещани в раковите клетки. Метаболизмът на глутамин е свързан с пътища като TCA цикъл и нуклеотиден синтез. 

(2) Серин и глицин: нерегулиран метаболизъм на серин и глицин се наблюдава при няколко вида рак включително рак на гърдата и   колоректален рак.

ВИЖ ВСИЧКИ ОФЕРТИ ЗА ТУМОРЕН МАРКЕР С ОТСТЪПКА ТУК!

Метаболизъм на нуклеотидите: Бързо делящите се ракови клетки изискват нуклеотиди за синтеза на ДНК и РНК. Биомаркери свързани с нуклеотидния метаболизъм включват дезокситимидин (dThd). Повишените нива на dThd са свързани с определени видове рак и могат да бъдат открити в урината или кръвната плазма.

Това са примери за метаболити и метаболитни пътища използвани като метаболитни биомаркери при рак. Чрез анализиране на тези биомаркери изследователите и клиницистите могат да получат представа за метаболитните промени, специфични за раковите клетки и да разработят целенасочени терапии насочени към нарушаване на метаболизма на рака.

Маркери на   позитронно-емисионна томография (PET): РЕТ маркерите са радиомаркирани молекули, които се прилагат на пациенти и излъчват позитрони, които могат да бъдат открити от PET скенери. Предназначени са да се насочват към специфични молекулярни пътища или процеси свързани с рака. Например флуородезоксиглюкоза (FDG) е радиомаркиран глюкозен аналог използван за откриване на повишен глюкозен метаболизъм в ракови клетки, а 18F-флуоротимидин (FLT) се използва за оценка на клетъчната пролиферация чрез насочване към синтеза на   ДНК.

Ултразвукови контрастни вещества: Ултразвуковите контрастни вещества са микромехурчета пълни с газ, които подобряват контраста по време на ултразвуковото изображение. Тези средства могат да помогнат за визуализирането на кръвния поток, ангиогенезата и васкуларността на тумора. Микромехурчетата могат да бъдат конюгирани с таргетиращи лиганди за селективно свързване към специфични маркери върху ракови клетки или кръвоносни съдове.

Сонди за изображения в близък инфрачервен спектър (NIR):  излъчват светлина в близкия инфрачервен спектър, която може да проникне по-дълбоко в тъканите. Те се използват за неинвазивно изобразяване на тумори, лимфни възли и други структури. NIR сондите могат да се насочват към специфични ракови маркери или процеси позволявайки изображения в реално време по време на операция или изследвания на молекулярни изображения.

Оптично изобразяване: Техники за оптично изобразяване като флуоресцентно изобразяване и биолуминесцентно изобразяване могат да се използват за оценка на метаболитни процеси на клетъчно ниво. Флуоресцентни сонди и репортерни гени се използват за визуализиране на специфични метаболитни дейности като рН, реактивни кислородни видове или ензимна активност. Оптичните изображения обикновено се използват в предклинични изследвания и експериментални изследвания. 

Тези метаболитни техники за изобразяване предлагат допълнителна информация за туморния метаболизъм и помагат за разбирането на биологичните характеристики на раковите клетки. Като предоставят функционални и метаболитни данни тези техники подпомагат персонализираното планиране на лечението, наблюдение на отговора на лечението и насочване на терапевтични интервенции.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov