引用本文： 肖鵬, 薛俊麟, 裴鐵民, 孟慶輝. Warburg 效應在結直腸癌中的研究進展. 中國普外基礎與臨床雜志, 2018, 25(9): 1135-1140. doi: 10.7507/1007-9424.201801126 復制
結直腸癌的死亡率目前在全世界排名第 3 位[1]，雖然目前關于癌癥的早期診斷和治療手段均有了顯著的提高，但是在年輕結直腸癌患者（<50 歲），其發病率和死亡率仍然呈明顯的上升趨勢[2]。結直腸癌的發生可能與潰瘍性結腸炎、結直腸息肉病、結直腸腺瘤、Crohn 病、血吸蟲病等疾病病史相關，但是其確切的發生原因仍未十分明了，因此，研究者們正致力于對其發生原因及其發病機制進行進一步的探索。正常細胞是利用線粒體來產生能量的，因此在有氧條件下糖酵解是被抑制了的。早在 19 世紀 20 年代，科學家 Warburg 就在腫瘤細胞中發現，在有氧條件下惡性腫瘤細胞的糖酵解是同樣活躍的，因而將這種有氧糖酵解的代謝特征稱為“Warburg 效應”。腫瘤細胞會通過糖酵解途徑代謝生成大量的乳酸進而產生更多的能量，因此推測，腫瘤細胞可能會優先通過糖酵解途徑來產生其所需的能量[3-4]；同時Otto[5]也提出，腫瘤細胞中的呼吸作用都是具有破壞性的。目前，Warburg 效應在結直腸癌中的研究狀況如何，如何利用這一效應更好地抑制腫瘤細胞的生長，該效應對結直腸癌的診斷以及治療是否會有積極的推進作用，筆者圍繞這些問題，現就關于結直腸癌中 Warburg 效應既往的相關研究進行了綜述，歸納并總結其在結直腸癌發病機制以及診斷思路和治療方面的研究進展，旨在為促進新的診斷技術和抗癌治療方案的進一步發展提供依據。
1 Warburg 效應在結直腸癌中的相關調節機制
在結直腸癌的發生、發展過程中，Warburg 效應通過對癌細胞糖酵解途徑等能量代謝方式產生影響以及參與常見的調節因子和調節蛋白的表達來影響結直腸癌的演變。其中常見的調節因子和調節蛋白有葡萄糖調節蛋白 78（glucose regulated protein 78，GRP78）、星形膠質細胞上調基因-1（astrocyte elevated gene-1，AEG-1）、miRNAs、促炎性細胞因子、核轉錄因子-κB、結腸癌因子 1 等。這里將從能量代謝特征以及調節因子和調節蛋白水平方面來對 Warburg 效應與結直腸癌的關系進行分析。
1.1 能量代謝特征
Warburg 效應代表著腫瘤細胞利用葡萄糖的方式改變，從氧化磷酸化途徑轉變到糖酵解途徑，這被認為是腫瘤的一大特征[6]。在結直腸癌中，癌細胞在能量代謝、擴散轉移等方面也展現出獨特特性，如糖酵解途徑和谷氨酰胺的分解，結直腸癌細胞的這種不同于正常細胞的能量代謝特征與 Warburg 效應有關[7-8]，對維持它們的高增殖率和增加其抗凋亡特性發揮了重要的作用。
1.2 調節因子及調節蛋白水平
1.2.1 GRP78 和丙酮酸代謝物
GRP78 是熱休克蛋白 70 家族的一員，是一種內質網上的伴侶蛋白，它可以被糖代謝所調節，減輕細胞應激反應，抑制細胞凋亡。相關蛋白組學和免疫組織化學分析結果[9-10]表明，GRP78 的表達參與了結直腸癌的發病機制。Huang 等[11]研究了缺氧誘導腫瘤細胞壞死性凋亡的信號通路，探索了葡萄糖的丙酮酸代謝物在細胞抵抗凋亡機制中的重要作用，結果發現，糖代謝通過丙酮酸清除線粒體的自由基，對低氧環境中結直腸癌細胞的壞死性凋亡有一定的抵抗性。另有研究[12]發現，壞死性凋亡是由受體相互作用蛋白激酶形成受體相互作用蛋白 1-受體相互作用蛋白 3 復合物及其磷酸化來調節的，通過參與 Warburg 效應以及對糖酵解途徑進行調控，可以增強結直腸癌細胞對于受體相互作用蛋白依賴性壞死性凋亡的抵抗性。總的來說，GRP78 及丙酮酸代謝物都是通過 Warburg 效應抑制結直腸癌細胞的壞死性凋亡。
1.2.2 AEG-1 和雙調蛋白
AEG-1 是一種癌細胞轉移、侵襲和抵抗治療的關鍵介質。Song 等[13]發現，AEG-1 可以在厭氧條件下促進糖酵解過程，通過對 AEG-1 調控新靶點的機制進行探索后提出，AEG-1/腺苷酸激活蛋白激酶（AMPK）/磷酸果糖激酶 2 糖酵解過程中的相關部分可能成為結直腸癌臨床治療的目標。雙調蛋白是表皮生長因子家族的一個成員，也是結直腸癌治療的一個相關靶向因子，它是腫瘤細胞形成三維結構的關鍵。在結直腸癌細胞中，葡萄糖提高了葡萄糖轉運蛋白 1 和雙調蛋白的表達，也參與了低氧誘導因子-1 熒光啟動子的激活，雙調蛋白的高表達既促進了癌細胞對葡萄糖利用的增加，也加快了糖酵解過程，這些信息表明，雙調蛋白是通過激活 Warburg 效應從而在結直腸癌的發生、發展中發揮作用的[14]。AEG-1 和雙調蛋白都是在低氧條件下通過激活 Warburg 效應來促進結直腸癌的發展，通過對其進一步的研究，可能為結直腸癌的臨床治療提供指導。
1.2.3 miRNAs
miRNAs 在調節結直腸癌細胞的糖代謝過程中扮演了至關重要的作用，它主要通過靶向標定調控新陳代謝的基因，使癌細胞的新陳代謝發生改變，從而促進癌細胞的生長和擴散轉移[15]。Liu 等[16]發現，miRNAs 包括 miR-122、miR-133a、miR-133b 等可以通過調節 M2 型丙酮酸激酶同工酶和新陳代謝的重編程來參與結直腸癌細胞的凋亡。通過探索 miRNAs 靶向標定調控新陳代謝基因和影響新陳代謝重編程的機制，以進一步研究 miRNAs 在 Warburg 效應與結直腸癌的關系中起到的作用，為結直腸癌的診斷和治療提供了新的方向。
1.2.4 促炎性細胞因子、腫瘤壞死因子-α 和白細胞介素（IL）-17
腫瘤細胞，包括結直腸腫瘤，都是通過癌基因的調控來促進腫瘤的增殖、轉移和新陳代謝[3]，這一調控機制一方面加強了癌細胞的糖酵解作用，另一方面抑制了線粒體的氧化磷酸化[17]，為結直腸癌細胞的發展和轉移提供了更加強大的能量支持。相關研究[18]發現，促炎性細胞因子、腫瘤壞死因子-α 和 IL-17 可能會刺激結直腸癌細胞的糖酵解和生長因子的產生。通過進一步研究這三種因子參與 Warburg 效應的機制，以探討其在結直腸癌發生、發展演變過程的作用。
1.2.5 結腸癌因子 1
結腸癌因子 1 最先于結腸癌中被發現，它的上游和下游構成了一個支持其致癌作用的精巧調節環境[19]。結腸癌因子 1 通過調節磷脂酰肌醇 3 激酶（PI3K）/蛋白激酶 B（Akt）信號通路來促進 Warburg 效應，從而加快了結直腸癌發生、發展過程[20]。
總的來說，結直腸癌的發生和發展與相關的能量代謝、調節因子和調節蛋白的參與有著緊密的聯系，進一步探究Warburg效應與結直腸癌的發病機制之間的關系，以為結直腸癌的診斷與治療提供依據。
2 Warburg 效應關鍵酶在結直腸癌中的表達及其臨床意義
Warburg 效應主要通過參與癌細胞的糖酵解途徑來影響結直腸癌的發生，糖酵解的發生需要己糖激酶、磷酸果糖激酶及丙酮酸激酶這 3 種酶的同時表達。參與 Warburg 效應的關鍵酶主要有己糖激酶 2、磷酸糖異構酶、miR-124 以及 AMPK。有研究[21]表明，糖酵解關鍵酶在結直腸癌的發生、發展過程中同樣起著顯著作用，三者同時高表達的結直腸癌患者容易發生遠處轉移，腫瘤浸潤的深度較深，臨床分期較晚。
2.1 己糖激酶 2
己糖激酶 4 種形態中的己糖激酶 2 在惡性腫瘤中過表達被認為是通過促進糖酵解的第一步，從而促進或誘導腫瘤細胞向有氧糖酵解方向發生轉變，它通過增強腫瘤細胞的糖酵解途徑來促進細胞的生長與增殖[15]。Gregersen 等[22]發現，己糖激酶 2 影響結直腸癌細胞的葡萄糖代謝，并將其確認為 miR-143 的靶標。
2.2 磷酸糖異構酶
磷酸糖異構酶是一種廣泛存在于人體組織中的細胞質酶，它在糖酵解和糖原生成的過程中發揮著至關重要的作用。Tsutsumi 等[23]發現，磷酸糖異構酶的高表達與結直腸癌的侵襲性增強存在明顯的正相關關系。因此，這一成果可能會為結直腸癌的治療提供一個新的研究方向。
2.3 miR-124
miR-124 可以通過參與葡萄糖代謝基因的調控來誘導癌細胞凋亡，miR-124 和 M1 型丙酮酸激酶同工酶之間的正反饋循環在結直腸癌細胞凋亡中起了顯著的作用，miR-124、miR-137 和 miR-340 將丙酮酸激酶同工酶基因表達從 M2 型轉換為 M1 型，高比例的 M1/M2 會抑制糖酵解速率，并將其能量代謝過程轉變為氧化磷酸化，從而抑制 Warburg 效應[24]。
2.4 AMPK
AMPK 能夠感知能量的變化并調節葡萄糖的新陳代謝。最近，Qiu 等[25]研究了小鼠結腸癌肝轉移模型中 AMPK 促進腫瘤代謝適應的機制，AMPKα2 的失活顯著增強了肝臟腫瘤誘導的葡萄糖缺失，增強了肝損傷和肝細胞死亡的程度，在機制上，AMPKα2 的缺乏導致了活性氧的升高，減少了線粒體自噬作用，并增加了因腫瘤或體外的葡萄糖缺乏而導致的細胞反應性死亡，結果表明，AMPKα2 對于腫瘤轉移過程中肝損傷的減輕是至關重要的，它是通過減少肝細胞對葡萄糖的攝取以及抑制線粒體自噬介導的活性氧類物質的生成而發揮作用的。因此，AMPKα2 可能是治療結直腸癌引起肝損傷的一個重要靶點。
通過對 Warburg 效應參與結直腸癌細胞糖酵解途徑的相關機制進行研究，我們發現己糖激酶 2、磷酸糖異構酶、miR-124 及 AMPK 作為 Warburg 效應的關鍵酶，在結直腸癌的發生、發展過程中發揮著重要的作用。
3 Warburg 效應在結直腸癌中的相關研究
在結直腸癌中，癌細胞并不是像正常細胞那樣將葡萄糖分解成丙酮酸而進入三羧酸循環來供給能量，而是通過更高速率的糖酵解途徑攝取葡萄糖來進行代謝合成，它被認為是給腫瘤細胞提供了一個進化的優勢選擇，為腫瘤細胞的生長繁殖供應了更多的生物合成物質[1]。利用結直腸癌細胞的這一特性，我們可以通過對 Warburg 效應進行進一步研究，為結直腸癌的臨床檢測及治療提供新的方向和指導。
3.1 Warburg 效應在臨床檢測方面的新思路
在結直腸癌患者的血清及腫瘤組織中，CEA 水平是用來診斷疾病和觀察預后效果及其進一步治療的重要指標，但是目前的研究[26]證明，將 CEA 作為診斷指標的準確性只有 30%。伴隨著對 Warburg 效應的深入研究，人們發現它可能成為結直腸癌新的檢測指標。
Warburg 效應已經在不同類型的腫瘤中得到了證實，并利用氟脫氧葡萄糖（FDG）正電子發射斷層攝影術（PET）對癌細胞進行檢測并應用于臨床。但是用 FDG-PET 對結直腸癌患者進行檢測時結果存在潛在的局限性，即存在一定的假陽性，假陽性結果導致其在檢測疾病復發時部分結直腸癌患者可能被 FDG-PET 錯判。盡管如此，隨著未來包括“一站式商店”成像與對比度增強的 FDG-PET、新型 PET 追蹤器的集成以及 PET-磁共振成像（MRI）的出現，其在評估和管理結直腸癌患者中可能會發揮越來越多的作用。
腫瘤細胞的代謝重編程特性可以增強糖酵解過程，這一特性主要表現在腫瘤微環境中，并與線粒體 H+-ATP 酶催化亞基的下調密切相關，可以通過對腫瘤細胞中葡萄糖的代謝進行檢測來作為患者的預后指標。Sánchez-Aragó等[27]發現，檢測結直腸癌細胞的代謝重編程特性及其與 Warburg 效應的關系可以為預測腫瘤的進展提供一種化療策略。Cruz 等[28]首先發現在結直腸癌的癌變過程中，Warburg 效應對癌細胞的新陳代謝、線粒體功能的早期轉變、生物動力學等方面發揮著重要的作用。這些發現為結直腸癌腫瘤標志物的篩選以及癌前病變的預防提供了新的指引方向。
通過對 FDG-PET、PET-MRI 等影像技術及結直腸癌細胞代謝重編程特性與 Warburg 效應關系的進一步研究，將為結直腸癌的臨床檢測提供新的方向和思路。
3.2 Warburg 效應在臨床治療方面的新思路
在機體營養狀態良好的條件下，通過對腫瘤細胞攝取的能量進行限制來對癌進行治療和預防已經引起越來越多科學家的興趣，這一理念也已經在動物實驗和人體試驗中取得了顯著的成果[29-30]。
將能量代謝作為抗腫瘤策略的原則主要依賴于正常細胞和轉化細胞產生能量機制的差異[31]。但是腫瘤細胞的生長增殖尤其容易因能量缺乏而遭受限制。因此，通過研究某種因子或物質來影響 Warburg 效應，從而進一步影響結直腸癌細胞的生長繁殖及轉移，也成為當前研究的一大熱點。
2，3-二氫-2-（萘-1-基）喹唑啉-4（1H）-酮（DHNQ），作為一種新型的 PI3K 通路抑制劑，是從基因水平上下調結直腸癌細胞的代謝通量，從而抑制 Warburg 效應來限制結直腸癌細胞的增殖、遷徙和凋亡[32]。
鹵夫酮通過調節 Akt/mTORC1 信號通路來抑制結直腸癌細胞中的葡萄糖攝取和糖酵解，從而抑制體外和體內癌細胞的生長[33]。
Warburg 效應增加糖酵解的這一特性，可以在許多方面促進腫瘤的發生以及發展，現如今該效應已被認為是一種評價結直腸癌治療效果的標志[34]。通過早期篩查和臨床預防，將人體內的致癌物質的含量降低到一個可控的程度，80%的癌癥可能都不會產生或進展[35]。現如今，明確結直腸癌中葡萄糖代謝的調控機制，可能將會為其診斷、治療以及預后判斷提供指導和方向。
4 Warburg 效應在結直腸癌診療中的應用
在了解 Warburg 效應及回顧其在結直腸癌中的重要角色的研究進展中發現，結直腸癌的某些生物學特征的確也可以在大多數惡性腫瘤中體現[4]。在臨床上，已有通過影響 Warburg 效應來達到結直腸癌診斷和相關藥物的應用。
4.1 FDP 和 2-NBDG
纖維蛋白（原）降解產物（FDP）和 2-［N-（7-硝基苯-2-氧雜-1，3-二唑-4-基）氨基］-6-脫氧葡萄糖（2-NBDG）是用來檢測細胞葡萄糖攝取最常用的兩種探針，二者都來源于 2-脫氧-D-葡萄糖（2-deoxy-d-glucose，2DG），通過結合葡萄糖轉運的膜受體來標定靶向細胞。然而，當 2DG 缺乏時，它們的磷酸化過程不能進一步進展[36-37]。因此，18 葡萄糖-6-磷酸酯的細胞內積累可以通過細胞成像來反映。臨床上，通過將這些葡萄糖的類似物用于結直腸癌細胞的細胞成像，為結直腸癌的診斷提供確鑿的視覺證據[15]。
4.2 常山酮
常山酮是從中草藥常山中提取的常山堿的衍生物。近年的一項研究[33]結果表明，常山酮是通過抑制 Akt/mTORC1 信號傳導和抑制糖酵解途徑從而發揮其潛在的抗癌效應的，在使用常山酮治療的結直腸癌患者的腫瘤細胞中，mTORC1 和磷酸化的 Akt 被顯著抑制，進一步導致己糖激酶 2 和葡萄糖轉運蛋白 1 迅速降低，從而達到抑制腫瘤細胞生長的效能。
4.3 二甲雙胍
二甲雙胍作為一種降糖藥物，已成為治療腫瘤的有效藥物而被廣泛使用[38-39]，它可以對線粒體的功能進行限制，并參與激活 AMPK 通路，減少葡萄糖的利用，從而抑制 Warburg 效應。結直腸癌細胞的 Warburg 效應受到抑制，將導致其細胞生物能量面臨危機，進一步誘導癌細胞的死亡[40]。
4.4 石竹素
石竹素這一廣泛分布于植物中的天然化合物，可以通過抑制有氧糖酵解，將 M2 型丙酮酸激酶轉變為 M1 型丙酮酸激酶，從而發揮其獨特的抗癌效應[41]。目前，關于石竹素治療結直腸癌的臨床研究正在開展，隨著通過這一藥物對 Warburg 效應作用機制的深入研究，可能會使其成為治療結直腸癌的新的選擇。
綜上，以上藥物都是通過參與 Warburg 效應而對結直腸癌細胞的糖酵解途徑產生影響來達到檢測癌細胞及抑制癌細胞生長和增殖的目的。近年來，逆 Warburg 效應概念的提出為結直腸癌的治療策略提供了新的視角，癌細胞可以通過激活核轉錄因子通路和轉錄因子缺氧誘導因子-1α 來促進成纖維細胞的氧化應激，這既誘導了細胞自噬，也誘導糖酵解途徑，為癌細胞的生長提供充分的物質及能量[42-43]。雖然 Warburg 效應涉及的基因和通路十分廣泛，但其調節作用可能不能完全抑制腫瘤細胞的生長甚至導致細胞耐藥性的產生。因此，在未來多目標綜合治療領域將值得進一步探索[44]。
5 問題與展望
與正常細胞相比，腫瘤細胞展現出了不同的新陳代謝途徑，如同 Warburg 效應所描述的那樣，它們更喜歡氧氣充足時的厭氧代謝[45]。結直腸癌細胞通過癌基因、關鍵酶、代謝通路等新陳代謝機制的作用擁有更快速的生長繁殖及擴散轉移途徑。目前，結直腸癌的發生、發展機制仍未明確，特別是其與 Warburg 效應關系的研究尚處于起步階段，我們可以通過對 Warburg 效應與結直腸癌的關系進行深入研究，為結直腸癌的早期診斷及治療提供新的方向及途徑。
結直腸癌的死亡率目前在全世界排名第 3 位[1]，雖然目前關于癌癥的早期診斷和治療手段均有了顯著的提高，但是在年輕結直腸癌患者（<50 歲），其發病率和死亡率仍然呈明顯的上升趨勢[2]。結直腸癌的發生可能與潰瘍性結腸炎、結直腸息肉病、結直腸腺瘤、Crohn 病、血吸蟲病等疾病病史相關，但是其確切的發生原因仍未十分明了，因此，研究者們正致力于對其發生原因及其發病機制進行進一步的探索。正常細胞是利用線粒體來產生能量的，因此在有氧條件下糖酵解是被抑制了的。早在 19 世紀 20 年代，科學家 Warburg 就在腫瘤細胞中發現，在有氧條件下惡性腫瘤細胞的糖酵解是同樣活躍的，因而將這種有氧糖酵解的代謝特征稱為“Warburg 效應”。腫瘤細胞會通過糖酵解途徑代謝生成大量的乳酸進而產生更多的能量，因此推測，腫瘤細胞可能會優先通過糖酵解途徑來產生其所需的能量[3-4]；同時Otto[5]也提出，腫瘤細胞中的呼吸作用都是具有破壞性的。目前，Warburg 效應在結直腸癌中的研究狀況如何，如何利用這一效應更好地抑制腫瘤細胞的生長，該效應對結直腸癌的診斷以及治療是否會有積極的推進作用，筆者圍繞這些問題，現就關于結直腸癌中 Warburg 效應既往的相關研究進行了綜述，歸納并總結其在結直腸癌發病機制以及診斷思路和治療方面的研究進展，旨在為促進新的診斷技術和抗癌治療方案的進一步發展提供依據。
1 Warburg 效應在結直腸癌中的相關調節機制
在結直腸癌的發生、發展過程中，Warburg 效應通過對癌細胞糖酵解途徑等能量代謝方式產生影響以及參與常見的調節因子和調節蛋白的表達來影響結直腸癌的演變。其中常見的調節因子和調節蛋白有葡萄糖調節蛋白 78（glucose regulated protein 78，GRP78）、星形膠質細胞上調基因-1（astrocyte elevated gene-1，AEG-1）、miRNAs、促炎性細胞因子、核轉錄因子-κB、結腸癌因子 1 等。這里將從能量代謝特征以及調節因子和調節蛋白水平方面來對 Warburg 效應與結直腸癌的關系進行分析。
1.1 能量代謝特征
Warburg 效應代表著腫瘤細胞利用葡萄糖的方式改變，從氧化磷酸化途徑轉變到糖酵解途徑，這被認為是腫瘤的一大特征[6]。在結直腸癌中，癌細胞在能量代謝、擴散轉移等方面也展現出獨特特性，如糖酵解途徑和谷氨酰胺的分解，結直腸癌細胞的這種不同于正常細胞的能量代謝特征與 Warburg 效應有關[7-8]，對維持它們的高增殖率和增加其抗凋亡特性發揮了重要的作用。
1.2 調節因子及調節蛋白水平
1.2.1 GRP78 和丙酮酸代謝物
GRP78 是熱休克蛋白 70 家族的一員，是一種內質網上的伴侶蛋白，它可以被糖代謝所調節，減輕細胞應激反應，抑制細胞凋亡。相關蛋白組學和免疫組織化學分析結果[9-10]表明，GRP78 的表達參與了結直腸癌的發病機制。Huang 等[11]研究了缺氧誘導腫瘤細胞壞死性凋亡的信號通路，探索了葡萄糖的丙酮酸代謝物在細胞抵抗凋亡機制中的重要作用，結果發現，糖代謝通過丙酮酸清除線粒體的自由基，對低氧環境中結直腸癌細胞的壞死性凋亡有一定的抵抗性。另有研究[12]發現，壞死性凋亡是由受體相互作用蛋白激酶形成受體相互作用蛋白 1-受體相互作用蛋白 3 復合物及其磷酸化來調節的，通過參與 Warburg 效應以及對糖酵解途徑進行調控，可以增強結直腸癌細胞對于受體相互作用蛋白依賴性壞死性凋亡的抵抗性。總的來說，GRP78 及丙酮酸代謝物都是通過 Warburg 效應抑制結直腸癌細胞的壞死性凋亡。
1.2.2 AEG-1 和雙調蛋白
AEG-1 是一種癌細胞轉移、侵襲和抵抗治療的關鍵介質。Song 等[13]發現，AEG-1 可以在厭氧條件下促進糖酵解過程，通過對 AEG-1 調控新靶點的機制進行探索后提出，AEG-1/腺苷酸激活蛋白激酶（AMPK）/磷酸果糖激酶 2 糖酵解過程中的相關部分可能成為結直腸癌臨床治療的目標。雙調蛋白是表皮生長因子家族的一個成員，也是結直腸癌治療的一個相關靶向因子，它是腫瘤細胞形成三維結構的關鍵。在結直腸癌細胞中，葡萄糖提高了葡萄糖轉運蛋白 1 和雙調蛋白的表達，也參與了低氧誘導因子-1 熒光啟動子的激活，雙調蛋白的高表達既促進了癌細胞對葡萄糖利用的增加，也加快了糖酵解過程，這些信息表明，雙調蛋白是通過激活 Warburg 效應從而在結直腸癌的發生、發展中發揮作用的[14]。AEG-1 和雙調蛋白都是在低氧條件下通過激活 Warburg 效應來促進結直腸癌的發展，通過對其進一步的研究，可能為結直腸癌的臨床治療提供指導。
1.2.3 miRNAs
miRNAs 在調節結直腸癌細胞的糖代謝過程中扮演了至關重要的作用，它主要通過靶向標定調控新陳代謝的基因，使癌細胞的新陳代謝發生改變，從而促進癌細胞的生長和擴散轉移[15]。Liu 等[16]發現，miRNAs 包括 miR-122、miR-133a、miR-133b 等可以通過調節 M2 型丙酮酸激酶同工酶和新陳代謝的重編程來參與結直腸癌細胞的凋亡。通過探索 miRNAs 靶向標定調控新陳代謝基因和影響新陳代謝重編程的機制，以進一步研究 miRNAs 在 Warburg 效應與結直腸癌的關系中起到的作用，為結直腸癌的診斷和治療提供了新的方向。
1.2.4 促炎性細胞因子、腫瘤壞死因子-α 和白細胞介素（IL）-17
腫瘤細胞，包括結直腸腫瘤，都是通過癌基因的調控來促進腫瘤的增殖、轉移和新陳代謝[3]，這一調控機制一方面加強了癌細胞的糖酵解作用，另一方面抑制了線粒體的氧化磷酸化[17]，為結直腸癌細胞的發展和轉移提供了更加強大的能量支持。相關研究[18]發現，促炎性細胞因子、腫瘤壞死因子-α 和 IL-17 可能會刺激結直腸癌細胞的糖酵解和生長因子的產生。通過進一步研究這三種因子參與 Warburg 效應的機制，以探討其在結直腸癌發生、發展演變過程的作用。
1.2.5 結腸癌因子 1
結腸癌因子 1 最先于結腸癌中被發現，它的上游和下游構成了一個支持其致癌作用的精巧調節環境[19]。結腸癌因子 1 通過調節磷脂酰肌醇 3 激酶（PI3K）/蛋白激酶 B（Akt）信號通路來促進 Warburg 效應，從而加快了結直腸癌發生、發展過程[20]。
總的來說，結直腸癌的發生和發展與相關的能量代謝、調節因子和調節蛋白的參與有著緊密的聯系，進一步探究Warburg效應與結直腸癌的發病機制之間的關系，以為結直腸癌的診斷與治療提供依據。
2 Warburg 效應關鍵酶在結直腸癌中的表達及其臨床意義
Warburg 效應主要通過參與癌細胞的糖酵解途徑來影響結直腸癌的發生，糖酵解的發生需要己糖激酶、磷酸果糖激酶及丙酮酸激酶這 3 種酶的同時表達。參與 Warburg 效應的關鍵酶主要有己糖激酶 2、磷酸糖異構酶、miR-124 以及 AMPK。有研究[21]表明，糖酵解關鍵酶在結直腸癌的發生、發展過程中同樣起著顯著作用，三者同時高表達的結直腸癌患者容易發生遠處轉移，腫瘤浸潤的深度較深，臨床分期較晚。
2.1 己糖激酶 2
己糖激酶 4 種形態中的己糖激酶 2 在惡性腫瘤中過表達被認為是通過促進糖酵解的第一步，從而促進或誘導腫瘤細胞向有氧糖酵解方向發生轉變，它通過增強腫瘤細胞的糖酵解途徑來促進細胞的生長與增殖[15]。Gregersen 等[22]發現，己糖激酶 2 影響結直腸癌細胞的葡萄糖代謝，并將其確認為 miR-143 的靶標。
2.2 磷酸糖異構酶
磷酸糖異構酶是一種廣泛存在于人體組織中的細胞質酶，它在糖酵解和糖原生成的過程中發揮著至關重要的作用。Tsutsumi 等[23]發現，磷酸糖異構酶的高表達與結直腸癌的侵襲性增強存在明顯的正相關關系。因此，這一成果可能會為結直腸癌的治療提供一個新的研究方向。
2.3 miR-124
miR-124 可以通過參與葡萄糖代謝基因的調控來誘導癌細胞凋亡，miR-124 和 M1 型丙酮酸激酶同工酶之間的正反饋循環在結直腸癌細胞凋亡中起了顯著的作用，miR-124、miR-137 和 miR-340 將丙酮酸激酶同工酶基因表達從 M2 型轉換為 M1 型，高比例的 M1/M2 會抑制糖酵解速率，并將其能量代謝過程轉變為氧化磷酸化，從而抑制 Warburg 效應[24]。
2.4 AMPK
AMPK 能夠感知能量的變化并調節葡萄糖的新陳代謝。最近，Qiu 等[25]研究了小鼠結腸癌肝轉移模型中 AMPK 促進腫瘤代謝適應的機制，AMPKα2 的失活顯著增強了肝臟腫瘤誘導的葡萄糖缺失，增強了肝損傷和肝細胞死亡的程度，在機制上，AMPKα2 的缺乏導致了活性氧的升高，減少了線粒體自噬作用，并增加了因腫瘤或體外的葡萄糖缺乏而導致的細胞反應性死亡，結果表明，AMPKα2 對于腫瘤轉移過程中肝損傷的減輕是至關重要的，它是通過減少肝細胞對葡萄糖的攝取以及抑制線粒體自噬介導的活性氧類物質的生成而發揮作用的。因此，AMPKα2 可能是治療結直腸癌引起肝損傷的一個重要靶點。
通過對 Warburg 效應參與結直腸癌細胞糖酵解途徑的相關機制進行研究，我們發現己糖激酶 2、磷酸糖異構酶、miR-124 及 AMPK 作為 Warburg 效應的關鍵酶，在結直腸癌的發生、發展過程中發揮著重要的作用。
3 Warburg 效應在結直腸癌中的相關研究
在結直腸癌中，癌細胞并不是像正常細胞那樣將葡萄糖分解成丙酮酸而進入三羧酸循環來供給能量，而是通過更高速率的糖酵解途徑攝取葡萄糖來進行代謝合成，它被認為是給腫瘤細胞提供了一個進化的優勢選擇，為腫瘤細胞的生長繁殖供應了更多的生物合成物質[1]。利用結直腸癌細胞的這一特性，我們可以通過對 Warburg 效應進行進一步研究，為結直腸癌的臨床檢測及治療提供新的方向和指導。
3.1 Warburg 效應在臨床檢測方面的新思路
在結直腸癌患者的血清及腫瘤組織中，CEA 水平是用來診斷疾病和觀察預后效果及其進一步治療的重要指標，但是目前的研究[26]證明，將 CEA 作為診斷指標的準確性只有 30%。伴隨著對 Warburg 效應的深入研究，人們發現它可能成為結直腸癌新的檢測指標。
Warburg 效應已經在不同類型的腫瘤中得到了證實，并利用氟脫氧葡萄糖（FDG）正電子發射斷層攝影術（PET）對癌細胞進行檢測并應用于臨床。但是用 FDG-PET 對結直腸癌患者進行檢測時結果存在潛在的局限性，即存在一定的假陽性，假陽性結果導致其在檢測疾病復發時部分結直腸癌患者可能被 FDG-PET 錯判。盡管如此，隨著未來包括“一站式商店”成像與對比度增強的 FDG-PET、新型 PET 追蹤器的集成以及 PET-磁共振成像（MRI）的出現，其在評估和管理結直腸癌患者中可能會發揮越來越多的作用。
腫瘤細胞的代謝重編程特性可以增強糖酵解過程，這一特性主要表現在腫瘤微環境中，并與線粒體 H+-ATP 酶催化亞基的下調密切相關，可以通過對腫瘤細胞中葡萄糖的代謝進行檢測來作為患者的預后指標。Sánchez-Aragó等[27]發現，檢測結直腸癌細胞的代謝重編程特性及其與 Warburg 效應的關系可以為預測腫瘤的進展提供一種化療策略。Cruz 等[28]首先發現在結直腸癌的癌變過程中，Warburg 效應對癌細胞的新陳代謝、線粒體功能的早期轉變、生物動力學等方面發揮著重要的作用。這些發現為結直腸癌腫瘤標志物的篩選以及癌前病變的預防提供了新的指引方向。
通過對 FDG-PET、PET-MRI 等影像技術及結直腸癌細胞代謝重編程特性與 Warburg 效應關系的進一步研究，將為結直腸癌的臨床檢測提供新的方向和思路。
3.2 Warburg 效應在臨床治療方面的新思路
在機體營養狀態良好的條件下，通過對腫瘤細胞攝取的能量進行限制來對癌進行治療和預防已經引起越來越多科學家的興趣，這一理念也已經在動物實驗和人體試驗中取得了顯著的成果[29-30]。
將能量代謝作為抗腫瘤策略的原則主要依賴于正常細胞和轉化細胞產生能量機制的差異[31]。但是腫瘤細胞的生長增殖尤其容易因能量缺乏而遭受限制。因此，通過研究某種因子或物質來影響 Warburg 效應，從而進一步影響結直腸癌細胞的生長繁殖及轉移，也成為當前研究的一大熱點。
2，3-二氫-2-（萘-1-基）喹唑啉-4（1H）-酮（DHNQ），作為一種新型的 PI3K 通路抑制劑，是從基因水平上下調結直腸癌細胞的代謝通量，從而抑制 Warburg 效應來限制結直腸癌細胞的增殖、遷徙和凋亡[32]。
鹵夫酮通過調節 Akt/mTORC1 信號通路來抑制結直腸癌細胞中的葡萄糖攝取和糖酵解，從而抑制體外和體內癌細胞的生長[33]。
Warburg 效應增加糖酵解的這一特性，可以在許多方面促進腫瘤的發生以及發展，現如今該效應已被認為是一種評價結直腸癌治療效果的標志[34]。通過早期篩查和臨床預防，將人體內的致癌物質的含量降低到一個可控的程度，80%的癌癥可能都不會產生或進展[35]。現如今，明確結直腸癌中葡萄糖代謝的調控機制，可能將會為其診斷、治療以及預后判斷提供指導和方向。
4 Warburg 效應在結直腸癌診療中的應用
在了解 Warburg 效應及回顧其在結直腸癌中的重要角色的研究進展中發現，結直腸癌的某些生物學特征的確也可以在大多數惡性腫瘤中體現[4]。在臨床上，已有通過影響 Warburg 效應來達到結直腸癌診斷和相關藥物的應用。
4.1 FDP 和 2-NBDG
纖維蛋白（原）降解產物（FDP）和 2-［N-（7-硝基苯-2-氧雜-1，3-二唑-4-基）氨基］-6-脫氧葡萄糖（2-NBDG）是用來檢測細胞葡萄糖攝取最常用的兩種探針，二者都來源于 2-脫氧-D-葡萄糖（2-deoxy-d-glucose，2DG），通過結合葡萄糖轉運的膜受體來標定靶向細胞。然而，當 2DG 缺乏時，它們的磷酸化過程不能進一步進展[36-37]。因此，18 葡萄糖-6-磷酸酯的細胞內積累可以通過細胞成像來反映。臨床上，通過將這些葡萄糖的類似物用于結直腸癌細胞的細胞成像，為結直腸癌的診斷提供確鑿的視覺證據[15]。
4.2 常山酮
常山酮是從中草藥常山中提取的常山堿的衍生物。近年的一項研究[33]結果表明，常山酮是通過抑制 Akt/mTORC1 信號傳導和抑制糖酵解途徑從而發揮其潛在的抗癌效應的，在使用常山酮治療的結直腸癌患者的腫瘤細胞中，mTORC1 和磷酸化的 Akt 被顯著抑制，進一步導致己糖激酶 2 和葡萄糖轉運蛋白 1 迅速降低，從而達到抑制腫瘤細胞生長的效能。
4.3 二甲雙胍
二甲雙胍作為一種降糖藥物，已成為治療腫瘤的有效藥物而被廣泛使用[38-39]，它可以對線粒體的功能進行限制，并參與激活 AMPK 通路，減少葡萄糖的利用，從而抑制 Warburg 效應。結直腸癌細胞的 Warburg 效應受到抑制，將導致其細胞生物能量面臨危機，進一步誘導癌細胞的死亡[40]。
4.4 石竹素
石竹素這一廣泛分布于植物中的天然化合物，可以通過抑制有氧糖酵解，將 M2 型丙酮酸激酶轉變為 M1 型丙酮酸激酶，從而發揮其獨特的抗癌效應[41]。目前，關于石竹素治療結直腸癌的臨床研究正在開展，隨著通過這一藥物對 Warburg 效應作用機制的深入研究，可能會使其成為治療結直腸癌的新的選擇。
綜上，以上藥物都是通過參與 Warburg 效應而對結直腸癌細胞的糖酵解途徑產生影響來達到檢測癌細胞及抑制癌細胞生長和增殖的目的。近年來，逆 Warburg 效應概念的提出為結直腸癌的治療策略提供了新的視角，癌細胞可以通過激活核轉錄因子通路和轉錄因子缺氧誘導因子-1α 來促進成纖維細胞的氧化應激，這既誘導了細胞自噬，也誘導糖酵解途徑，為癌細胞的生長提供充分的物質及能量[42-43]。雖然 Warburg 效應涉及的基因和通路十分廣泛，但其調節作用可能不能完全抑制腫瘤細胞的生長甚至導致細胞耐藥性的產生。因此，在未來多目標綜合治療領域將值得進一步探索[44]。
5 問題與展望
與正常細胞相比，腫瘤細胞展現出了不同的新陳代謝途徑，如同 Warburg 效應所描述的那樣，它們更喜歡氧氣充足時的厭氧代謝[45]。結直腸癌細胞通過癌基因、關鍵酶、代謝通路等新陳代謝機制的作用擁有更快速的生長繁殖及擴散轉移途徑。目前，結直腸癌的發生、發展機制仍未明確，特別是其與 Warburg 效應關系的研究尚處于起步階段，我們可以通過對 Warburg 效應與結直腸癌的關系進行深入研究，為結直腸癌的早期診斷及治療提供新的方向及途徑。