Метаболизм и пролиферация раковых, как и нормальных, клеток зависят, в том числе, от глюкозы. Ключевая роль анаэробного гликолиза (окисления глюкозы с выделением аденозинтрифосфата, АТФ) в развитии тканей позволяет предположить, что нарушение этого механизма может лечь в основу методов замедления роста опухолей. Поэтому ученые стремятся уточнить специфику гликолиза различных типов рака. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), наиболее летальным является рак легких, в частности немелкоклеточный рак. В зависимости от гистологии и путей метастазирования, он подразделяется на два подтипа: аденокарциному (ADC) и плоскоклеточный рак (SqCC). До сих пор считалось, что уровень глюкозы в клетках этих форм идентичен.

Авторы новой работы проверили эту гипотезу. На первом этапе они сравнили профили экспрессии генов в клетках SqCC и ADC с помощью базы The Cancer Genome Atlas (TCGA) на основе результатов секвенирования матричных РНК (мРНК). Анализ показал, что по сравнению с ADC в клетках плоскоклеточного рака наблюдалась десятикратная гиперэкспрессия белка-переносчика глюкозы GLUT1 (у человека кодируется геном SLC2A1). Согласно прошлым исследованиям, именно эта изоформа белка чаще других участвует в улучшении метаболизма опухолей и регулируется рядом онкогенных факторов транскрипции, например c-Myc. При этом рост GLUT1 не коррелировал с маркерами пролиферации (антигенами) Ki67 и PCNA, но оказался связан с плоскоклеточным раком легкого фенотипически.

Экспрессия GLUT1 в разных клеточных линиях аденокарциномы и плоскоклеточного рака легкого / ©Justin Goodwin et al., Nature Communications, 2017

Схожая тенденция была обнаружена в рамках иммуногистохимического анализа образцов пациентов, тканевых матриц, а также мышей, на которых моделировали разные формы немелкоклеточного рака: в подавляющем большинстве случаев гиперэкспрессия белка была характерна для SqCC, но почти отсутствовала при аденокарциноме. Опыты с клеточными линиями позволили обнаружить, что GLUT1, концентрируясь на мембране клеток SqCC, резко ускоряет поглощение ими глюкозы, тогда как нокдаун белка, за счет снижения АТФ, приводит к гибели клеток даже в среде с высоким содержанием моносахарида. Причем подавление экспрессии GLUT1 оказалось некритичным для ADC: несмотря на нехватку переносчика, ее линии продолжали пролиферировать. Это подтвердили эксперименты на мышах in vivo.

Наконец, чтобы выяснить, может ли замедлить рост опухоли SqCC обычное ингибирование, ученые смоделировали разные формы рака у мышей и ввели некоторым 2-дезокси-D-глюкозу. Спустя несколько дней после инъекции пролиферация клеток SqCC замедлилась на 60 процентных пунктов: как и в случае клеточных линий, эффект опосредовался их гибелью. К аналогичным выводам привел ингибитор GLUT1 WZB117: в зависимости от гистологической формы, рост опухолей снизился на 40–41 процентный пункт. Дополнительно авторы оценили вклад в гликолиз генетических факторов. Изучение аннотаций TCGA показало, что клеткам SqCC свойственны рост числа копий и гиперэкспрессия онкогена PIK3CA, а при мутациях гена PTEN экспрессия GLUT1 достигает пика.

По словам исследователей, эти данные впервые указывают на принципиальную разницу между аденокарциномой и плоскоклеточным раком легкого. В будущем работа может помочь в создании более эффективных ингибиторов переносчика глюкозы и, как следствие, специфических противоопухолевых препаратов. Стоит также отметить, что употребление сахаросодержащих продуктов не связано с риском SqCC.

Статья опубликована в журнале Nature Communications.