在沉寂两年之后，又见“饿死癌细胞”的新闻，口水与板砖齐飞。癌细胞、葡萄糖、乳酸、氢离子、有氧呼吸、无氧呼吸......这些简单的汉字组合在一起足以令人头晕目眩。《赛先生》努力做清流，试图围绕癌细胞和代谢刊登一系列科普文章，以飨读者。

　　癌细胞不仅要抵抗癌症治疗过程中各种“杀手锏”的考验，在其整个发生、发展的过程中，面对不断改变的内外生存环境，也需要它能应对自如。线粒体是真核细胞物质和能量代谢的“超级工厂”，全方位接收和处理应激信号，直播，调整细胞内环境以应对外界环境的变化。在癌变过程中，肿瘤细胞对线粒体进行重新“编程”，“绑架”线粒体，使之“为我所用”，一步步变成“癌症帮凶”。因此，准确理解肿瘤生成过程中线粒体的功能和作用机制，消除线粒体的帮凶作用，对癌症治疗有着重要意义。

　　（图片来源：）

　　编译和渊

　　编辑木東

　　1861年，路易·巴斯德（Louis Pasteur）发现：与无氧条件相比，酵母在有氧条件下会分裂产生更多酵母，并且氧气能够抑制发酵过程，这种现象被称为“巴斯德效应”。19世纪90年代，理查德·阿尔特曼（Richard Altmann）和卡尔·奔达（Carl Benda）在细胞内发现了线粒体。1913年，生化学家奥托·瓦尔堡（Otto Warburg）发现细胞的呼吸作用与豚鼠肝脏细胞中的一种颗粒状物质有关，认为这种颗粒状物质能够增强含铁酶的活性，参与氧分子转移过程。在接下来几十年的时间里，科学家逐渐鉴定出负责线粒体呼吸作用的一系列分子机器，也就是——呼吸链（亦称电子传递链）复合物们。当在发生糖酵解的肿瘤细胞上清液中加入分离纯化出来的有呼吸作用活性的线粒体后，发酵过程就会被抑制，这一线粒体氧化磷酸化的生化证据不但为巴斯德效应提供了理论基础，同时也表明线粒体在调节氧化和糖酵解的平衡过程中发挥积极、直接的作用。

　　瓦尔堡发现的“瓦氏效应”（Warburg effect）使得线粒体在肿瘤发生过程中的作用引起人们的关注。瓦氏效应指的是癌细胞利用糖酵解过程，而不利用有氧呼吸产生ATP。无氧条件下癌细胞中的葡萄糖发酵生成乳酸，在此过程中，一个葡萄糖分子可以产生两个ATP。而正常情况下，葡萄糖通过糖酵解以及线粒体的有氧呼吸完全氧化可以生成30几个ATP分子。绝大多数癌细胞都会表现出“瓦氏效应”，瓦尔堡认为这是由于癌细胞线粒体呼吸作用被破坏而引起的，然而事实远没有这么简单。现在我们知道，在某些情况下损坏的线粒体确实能够诱发“瓦氏效应”，但大多数表现出“瓦氏效应”的癌细胞其线粒体呼吸作用非常正常，有些癌症亚型甚至还表现出对线粒体呼吸作用的依赖性。数十年来，科学家围绕线粒体在癌症发生过程中的其他功能展开研究，向我们展示了线粒体在癌症发生过程中的多重作用（图1）。

　　作为“细胞动力工厂”，线粒体的一个重要功能就是生成能源分子 ATP。除此之外，线粒体还有很多其他功能，包括产生活性氧（ROS）、还原性小分子和代谢产物、调控细胞信号转导、细胞死亡和物质代谢，是细胞内重要的应激性感受器，使得细胞能够适应外界环境。同样，癌细胞的线粒体也为肿瘤细胞应对恶劣的生长环境（如养分枯竭、低氧和癌症治疗）提供了一定的灵活性，在癌症发生和发展过程中发挥着“助纣为虐”的作用。

　　没有一个简单而又标准的模式能够描述线粒体在癌症发生过程中的作用。相反，不同种类的癌细胞中线粒体的作用也不尽相同，这取决于癌细胞本身的遗传特性、生存环境以及组织起源。相较于正常细胞，癌细胞的很多特异性表型都是由线粒体功能改变引起的，因此，针对线粒体的研究对我们理解癌细胞生物学至关重要。

　　图1，线粒体和癌症 （图片来源：Cell (2016)166:555）

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　　线粒体的生物合成与转化

　　线粒体通过两种相反的途径来进行自我调节：合成和转化。根据具体情况不同，这两个过程对癌症发生可以发挥促进或抑制的作用。一方面，癌细胞中线粒体的生物合成受许多因素调节，包括细胞的代谢状态、肿瘤异质性、组织类型、微环境和肿瘤生长阶段（图2）。例如，线粒体生物合成的转录调控网络为癌细胞提供一定的代谢灵活性，使之得以适应靶向疗法和肿瘤的微环境，影响癌症治疗效果。另一方面，线粒体自噬不但能够使细胞内线粒体数量维持在一个健康水平，而且能够清除损坏的线粒体，这对于细胞保持“强健的体魄”同样非常重要——因为机能失调的线粒体其电子传递链功能也被损坏，因此增加氧化应激，会对细胞整体造成损伤。线粒体的生物合成和自噬过程受到细胞关键致癌信号通路调节，这些重要的信号通路都处于细胞信号转导网络的中枢位置。