Pochopení způsobů produkce a spotřeby NADPH je nezbytné pro celkové pochopení metabolismu nádorových onemocnění. Jak je znázorněno na obr. 2, homeostázu NADPH reguluje především několik metabolických drah a enzymů, včetně NAD kinázy (NADK), pentózofosfátové dráhy (PPP), folátem zprostředkovaného metabolismu jednoho uhlíku, jablečných enzymů (ME), nikotinamid nukleotid transhydrogenázy (NNT), cytosolické nebo mitochondriální NADP-dependentní isocitrát dehydrogenázy (IDH1 a IDH2), metabolismu glutaminu a oxidace mastných kyselin (FAO). Pro obecnou tvorbu NADPH v buňkách však relativní podíl těchto drah a enzymů na tvorbě NADPH zůstává neobjasněn. Nedávné studie ukazují, že buněčný NADPH by mohl být z velké části generován PPP, metabolismem jednoho uhlíku zprostředkovaným foláty a ME v nádorových a proliferačních buňkách.32,33 Stále více důkazů také naznačuje, že tyto různé procesy a enzymy mají funkční souvislosti pro homeostázu NADPH u nádorových onemocnění. Například FAO urychluje TCA cyklus za vzniku citrátu, který je exportován do cytosolu, aby se prostřednictvím ME1 a IDH1 zapojil do produkce NADPH.34 Zde podáváme přehled současných poznatků o základních mechanismech homeostázy NADPH po jeho de novo syntéze, relativním podílu souvisejících enzymů a drah u rakoviny.

NAD kináza

Syntézu NADPH de novo katalyzují NADK, které katalyzují fosforylaci NAD+ za vzniku NADP+. Následně dehydrogenázy/reduktázy v různých metabolických drahách přeměňují NADP+ na NADPH.10,12 NADK se nacházejí téměř ve všech lidských orgánech s výjimkou kosterního svalstva a jsou lokalizovány jak v cytosolu, tak v mitochondriích. Oproti cytosolové NADK (cNADK) má mitochondriální NADK (mNADK) tu zvláštnost, že může přímo fosforylovat nikotinamidadenindinukleotid (NADH) za vzniku NADPH a zmírňovat tak oxidační stres v mitochondriích35.

Databáze Cancer Genome Atlas (TCGA) uvádí jak nadměrnou expresi cNADK, tak přítomnost několika mutant cNADK u různých typů nádorů.10 Pozoruhodný je nález nové mutanty cNADK, NADK-I90F, u pacientů s duktálním adenokarcinomem pankreatu (PDAC). CNADK-I90F má nižší Km a vyšší Vmax pro NAD+ ve srovnání s divokým typem cNADK, což naznačuje zvýšenou aktivitu enzymu. V souladu s tím mají buňky exprimující cNADK-I90F ve srovnání s buňkami divokého typu cNADK zvýšenou hladinu NADPH a sníženou hladinu ROS.36,37 U difuzního velkobuněčného B-lymfomu (DLBCL) a karcinomu tlustého střeva navíc umlčení cNADK pomocí shRNA narušuje pool NADPH a potlačuje růst nádorových buněk.38 Pokud jde o aktivitu NADK, cNADK fosforylovaná na S44, S46 a S48, která může být zprostředkována signalizací fosfoinositid 3-kináza (PI3K) -Akt, má zvýšenou aktivitu v buňkách karcinomu prsu a karcinomu plic, čímž zvyšuje produkci NADPH.39 Na základě jejího nedávného objevu je třeba příslušnou roli mNADK u lidských nádorů ještě objasnit, ale divoký typ a mutantní cNADK jsou potenciálními klinickými cíli pro léčbu rakoviny.

Pentosofosfátová dráha

P PPP se rozděluje v prvním kroku glykolýzy, který slouží jako největší přispěvatel cytosolického NADPH a tvorba NADPH prochází třemi nevratnými reakcemi v oxidační větvi PPP.40,41,42 Studie prokázaly, že produkce NADPH se dramaticky zvyšuje zvýšením toku glukózy do oxidační větve PPP u různých druhů rakoviny.43,44 Glukóza-6-fosfátdehydrogenáza (G6PD), která existuje buď jako aktivní dimer, nebo jako neaktivní monomer, dehydrogenuje G6P za vzniku 6-fosfoglukonolaktonu (6-PGL) a NADPH v první reakci. Poté 6-fosfoglukonátdehydrogenáza (PGD), která často funguje jako homodimer, katalyzuje oxidativní dekarboxylaci 6-fosfoglukonátu (6-PG) za syntézy ribulosa-5-fosfátu (Ru5P) a druhého NADPH ve třetí reakci45,46.

Stále více studií ukazuje, že aktivita G6PD je zvýšená u několika typů rakoviny, včetně rakoviny močového měchýře, prsu, prostaty, žaludku ve srovnání s normálními tkáněmi, a vysoká exprese G6PD předpovídá špatný klinický výsledek u různých pacientů s rakovinou a hraje kritickou roli v tumorigenezi a chemorezistenci.47,48 PGD je také hyperaktivní a hraje zásadní roli v růstu nádorů.49,50 Deplece G6PD nebo PGD významně snižuje hladinu NADPH a zvyšuje apoptózu buněk vyvolanou chemoterapeutiky prostřednictvím redoxní modulace.51,52 Pokud jde o regulaci aktivity, NADP+ je nutný pro enzymatickou aktivitu G6PD, zatímco NADPH negativně reguluje jeho aktivitu. Proto nádorové buňky s vyšší spotřebou NADPH vykazují vyšší hladinu aktivní G6PD.45 Zajímavé je, že studie také ukazuje, že hladina NADPH se nemění umlčením exprese PGD, což je možné, že časově zvýšený poměr NADP+/NADPH kompenzuje zvýšenou aktivitu G6PD, čímž vzniká NADPH.45

Homeostáza NADPH je také regulována rychlost limitující aktivitou enzymu ovlivněnou posttranslační modifikací. Studie ukazují, že glykosylace, deglutarylace zprostředkovaná SIRT5 a deacetylace zprostředkovaná SIRT2 zvyšují aktivitu G6PD a udržují homeostázu NADPH v buňkách.53,54,55 Jak fosforylace PGD na Y481 při aktivaci EGFR, tak acetylace PGD na K76 a K294 acetyltransferázami zvyšují jeho aktivaci pro produkci NADPH v nádorových buňkách.56,57 Naopak proteinkináza A (PKA) inhibuje aktivitu G6PD přímou fosforylací na serinových a threoninových zbytcích.58 Kromě toho může být aktivita G6PD v nádorech přímo nebo nepřímo regulována několika signálními drahami, jako jsou dráhy PI3K/AKT, Ras, Src, Nrf2, mTORC1, PETEN, ATM a TP53 (přehled v cit. 45,47). Například protein PTEN a cytosolický TP53 se vážou na G6PD, čímž zabraňují sestavení monomerů G6PD do aktivních dimerů, a tím snižují tok PPP.59,60

Jedouhlíkový metabolismus zprostředkovaný izolátem

Jedouhlíkový metabolismus zprostředkovaný izolátem je již dlouho známý a připisuje se mu funkce výroby jedouhlíkových jednotek pro syntézu nukleových kyselin a methioninu, další klíčovou funkcí této dráhy je generování redukční energie NADPH.61,62 Hlavními zdroji uhlíku této dráhy jsou serin a glycin. Aktivace dráhy biosyntézy serinu zvyšuje tvorbu NADPH v nádorových buňkách.63 Naopak vyloučení serinu z prostředí snižuje poměr NADPH/NADP+ a zhoršuje růst nádorových buněk.64 Methylen tetrahydrofolát dehydrogenázy (MTHFD1 v cytosolu a MTHFD2 nebo MTHFD2L v mitochondriích) katalyzují oxidaci 5,10-methylen-THF (CH2-THF) za vzniku 10-formyl-THF, a 10-formyl-THF dehydrogenázy (ALDH1L1 v cytosolu a ALDH1L2 v mitochondriích) katalyzují oxidaci 10-formyl-THF za vzniku CO2 se současnou produkcí NADPH. V jádře je nosič THF oxidován na DHF v reakci generující NADPH s elektrony použitými k redukci jedouhlíkových jednotek na methylovou úroveň.65,66,67

MTHFD2 je postulován jako „hlavní spínač“, který v mitochondriích produkuje další jedouhlíkové jednotky umožňující rychlý růst.63 Exprese MTHFD2 úzce souvisí s odpovědí na antagonistu folátů methotrexát (MTX) a inhibitor thymidylát syntázy pemetrexed.68,69 MTHFD2 i MTHFD1 jsou výrazně zvýšené a korelují se špatným přežitím napříč lidskými nádory.70,71,72 Studie navíc naznačuje, že kombinace AFP v séru s MTHFD1 zvyšuje přesnost prognózy u hepatocelulárního karcinomu (HCC).73 Kvantitativní analýza toků ukazuje, že deplece MTHFD2 nebo MTHFD1 vede ke snížení poměru NADPH/NADP+ a GSH/GSSG v buňkách a ke zvýšení citlivosti buněk na oxidační stres.32 Potlačení MTHFD2 narušuje redoxní homeostázu, urychluje buněčnou smrt jak u kolorektálního karcinomu (CRC),74,75 tak u akutní myeloidní leukémie (AML).64 MTHFD2 je také rozhodující pro kmenové vlastnosti rakoviny a chemorezistenci, což naznačuje, že narušení homeostázy NAPDH může zabránit recidivě a vymýtit nádory.76 A deplece MTHFD1 snižuje jak četnost cirkulujících melanomových buněk v krvi, tak zátěž metastatickým onemocněním u myší s melanomem,77 což naznačuje, že homeostáza NAPDH představuje terapeutický cíl, který brání vzdálenému metastazování. Souvislost mezi MTHFD2L, která může k dehydrogenázové aktivitě využívat buď NAD+, nebo NADP+, a nádory je však třeba ještě prozkoumat.

Cytosolová ALDH1L1 reguluje především redukované folátové pooly a biosyntézu purinů, zatímco mitochondriální ALDH1L2 produkuje NADPH v reakci na oxidační stres.78 Ačkoli ALDH1L1 je nadměrně exprimován u NSCLC a rakoviny GC,79,80 uvádí se, že ALDH1L1 je u rakoviny hluboce downregulován nebo umlčen, což z něj činí kandidáta na nádorový supresor.81,82 Nicméně ALDH1L2 je vysoce exprimován a představuje nezávislý prognostický faktor pro celkové přežití u melanomu, PDAC a CRC.77,78,83 Deplece ALDH1L2 výrazně snižuje poměr NADPH/NADP+ a GSH/GSSG, snižuje cirkulaci nádorových buněk v krvi a zmírňuje metastatickou zátěž.77,83,84 Kromě toho expresi ALDH1L2 zvyšují některá léčiva, např. thapsigargin a tunikamycin, induktory stresu endoplazmatického retikula v imortalizovaných lidských B buňkách,85 mitotan, adjuvantní monoterapie používaná k léčbě adrenokortikálního karcinomu,86 a indometacin, protizánětlivý prostředek v buňkách karcinomu prsu.87 Je tedy třeba dále zkoumat souvislost mezi účinky těchto léčiv na expresi ALDH1L2 a buněčnou odpovědí na redoxní stres.

Malinové enzymy

ME se účastní reakcí, které propojují složky katabolického metabolismu v glykolýze a Krebsově cyklu prostřednictvím oxidativní dekarboxylace malátu na pyruvát, čímž vyvolávají anabolický metabolismus se současnou produkcí NADPH.32,88 Kvantitativní analýza toku ukázala, že přímý příspěvek ME k tvorbě NADPH se podle odhadů rovná příspěvku PPP.89 Rodina ME se skládá ze tří isoforem: ME1 se nachází v cytosolu a ME2, ME3 se nacházejí v mitochondriích. ME1 a ME3 vyžadují NADP+ a ME2 využívá ke své katalytické činnosti buď NAD+, nebo NADP+, takže NADPH může být produkován ME přímo i nepřímo prostřednictvím aktivity NNT, který katalyzuje přenos hydridových iontů z NADH na NADP+ a produkuje NADPH v mitochondriích.90 Zdá se však, že ME1 a ME2 jsou hlavními izoformami, protože ME3 je v mnoha hodnocených savčích buňkách detekován sotva zanedbatelně.91

Přílišná exprese ME1 je významně spojena se špatnou prognózou lidí s rakovinou, včetně lidí s rakovinou žaludku, spinocelulárním karcinomem ústní dutiny, rakovinou prsu, rakovinou plic atd.92,93,94,95 Umlčení ME1 výrazně snižuje hladinu NADPH a zvyšuje hladinu ROS, což v konečném důsledku indukuje apoptózu buněk při oxidačním stresu, jako je hladovění glukózou nebo anoikis.96,97 Protein ME1 je navíc hypofosforylován na S336 a hyperacetylován na K337 členem rodiny PGAM 5, respektive acetyl-CoA acetyltransferázou, což vede k translokaci ME1 z mitochondrií do cytosolu, dimerizaci a aktivaci, a tím silně podporuje tvorbu NADPH a tumorigenezi.98 Exprese ME1 je také regulována známými nádorovými supresory nebo onkogeny, jako jsou TP53 nebo KRAS.91,99 Zajímavé je, že mezi ME1 a složkami PPP dochází k přímému vzájemnému ovlivňování a ME1 zvyšuje schopnost PGD vázat se na 6-PG, což zvyšuje tvorbu NADPH.100

ME2 je podle nedávných výzkumů také nadměrně exprimován u několika druhů rakoviny a je úzce spojen s růstem rakoviny, metastazováním a špatnými výsledky.101,102 Deplece ME2, doprovázená zvýšeným poměrem NADP+/NADPH a hladinou ROS, ovlivňuje signalizaci PI3K/AKT a zvyšuje citlivost buněk erytroleukemie a NSCLC k cisplatině.103,104 Kromě toho ablace ME2 vede ke zvýšení buněčných hladin ROS, což aktivuje dráhu AMPK a následně stimuluje TP53 k útlumu proliferace melanomových buněk.105,106 ME2 je často hemizygotně kódován spolu s nádorovým supresorem SMAD4 v lidských solidních nádorech včetně karcinomu žaludku a PDAC.107,108 V buňkách karcinomu žaludku s neexprimovaným ME2 je jeho izoenzym ME1 upregulován, aby doplňoval intracelulární NADPH a podporoval přežití buněk při hladovění glukózou a anoikis.107 ME3 má v mitochondriích nižší enzymatickou aktivitu než ME2. V homozygotně odstraněných buněčných liniích PDAC však hraje jeho izoenzym ME3 kompenzační roli pro homeostázu intracelulárního NADPH.108,109 Tato zjištění poskytují prvotřídní terapeutickou strategii „kolaterální letality“ pro léčbu podstatné části pacientů s GC nebo PDAC.

Nikotinamid nukleotid transhydrogenáza

NNT je integrální protein vnitřní membrány mitochondrií u eukaryot, který katalyzuje přenos hydridových iontů z NADH na NADP+ a produkuje NADPH s využitím protonové hybné síly generované elektronovým transportním řetězcem (ETC).110 Tento proces je nezbytný pro udržení mitochondriálního poolu NADPH a NADH. Aktivita NNT se podílí na 45 % celkového NADPH v mitochondriálním poolu, což naznačuje významnou úlohu NNT při udržování poolu NADPH111 a NADPH získaný pomocí NNT se také využívá k redukční karboxylaci α-KG na isocitrát, kterou zprostředkovává IDH2.112 Na rozdíl od tohoto převládajícího názoru fascinující práce ilustruje, že NNT při spotřebě NADPH obrací směr, aby podpořila produkci NADH a ATP při patologické zátěži, a to na úkor antioxidační kapacity spojené s NADPH. Modely nečekaně ukazují, že chybějící funkční NNT představuje menší oxidační poškození srdce ve srovnání s myšmi s aktivním NNT.113 Toto zjištění poskytuje potenciálně nový pohled na patologii a regulaci metabolismu, ale je naléhavě zapotřebí další studie o procesu zvratu NNT u rakoviny.

V rakovinných buňkách je aktivita NNT stimulována hyperpolarizovanými mitochondriemi. Dále může být NADH ze zvýšené glykolýzy v cytosolu přenesen do mitochondrií, aby poháněl NADH-dependentní NNT.89 Kromě toho je NNT nadměrně exprimován v buňkách rakoviny žaludku, což je spojeno s nižším celkovým přežitím a přežitím bez onemocnění. Knockdown NNT vykazuje omezenou schopnost udržovat hladinu NADPH a snižuje tumorigenicitu za podmínek oxidačního stresu, jako je ten vyvolaný anoikis, glukózovou deprivací in vitro, nebo zhoršuje peritoneální diseminaci a plicní metastázy in vivo.114 Podobné účinky jsou pozorovány u rakoviny jater,115 feochromocytomu116 a NSCLC,111 a NNT je pravděpodobně aktivován spotřebou NADPH, například u buněk s mutací IDH.117 Kromě toho je NNT považována za klíčový antioxidační enzym, který má zásadní význam pro vyvolání zánětlivé reakce makrofágů118 a pro prevenci cytotoxicity vyvolané ROS v T-buňkách vystavených azbestu, která může způsobit snížení protinádorové imunity.119 K dnešnímu dni se zdá, že NNT hraje klíčovou roli v nádorovém bujení a její modifikace může regulovat imunitní účinky protinádorového bujení. Bohužel farmakologické inhibitory specifické pro NNT nebyly dosud popsány a je třeba je vyvinout.

Izocitrát dehydrogenázy (IDH)

IDH také usnadňuje tvorbu NADPH z NADP+ katalyzací oxidativní dekarboxylace izocitrátu na α-ketoglutarát (α-KG) pro TCA cyklus.120 Existují tři podtypy IDH: IDH1 se nachází v cytosolu a peroxisomech a IDH2/3 se nachází především v mitochondriích. IDH1/2 používají jako kofaktor NADP+ a provádějí reverzibilní reakci, zatímco IDH3 používá jako kofaktor NAD+ a provádí ireverzibilní přeměnu.121,122

Více důkazů odhalilo, že IDH1 je nadměrně exprimována u mnoha nádorových onemocnění a úzce souvisí se špatnou prognózou pacientů s nemalobuněčným karcinomem plic (NSCLC),123 PDAC,124 nebo s jednou z několika hematologických malignit.125 Pozoruhodné je, že testy ELISA prokazují, že hladina IDH1 je významně zvýšená i v plazmě pacientů s NSCLC, což naznačuje, že ji lze využít jako potenciální plazmatický biomarker.126 Zvýšená regulace IDH1 může představovat běžnou metabolickou adaptaci pro snížení oxidačního stresu a podporu makromolekulární syntézy, což následně podporuje růst nádoru a rezistenci na léčbu.125 Kromě toho má umlčení IDH1 za následek snížení hladiny NADPH a α-KG, přičemž zvýšená hladina ROS vede u NSCLC k apoptóze nádorových buněk.123 Kromě toho podmínky oxidačního stresu zvyšuje také vrozeně vysoká exprese IDH1 a umlčení IDH1 významně zvyšuje citlivost buněk na chemoterapii, radioterapii a fotodynamickou léčbu rakoviny snížením NADPH.124,127,128 Kromě toho je IDH1 hyperacetylován v buňkách CRC a významně koreluje se vzdáleným metastazováním a špatným přežitím. SIRT2-dependentní deacetylace IDH1 na K224 oslabuje jeho enzymatickou aktivitu a potlačuje jeho maligní chování v CRC.129 Speciálně studie také zjistily, že IDH1 je významně downregulován u světlobuněčného renálního karcinomu (ccRCC) ve srovnání s normálními ledvinovými buňkami, což naznačuje, že IDH1 může fungovat jako kandidátský nádorový supresor pro ccRCC.130,131

Většina studií naznačuje, že IDH2 je také významně regulována u ESCC,132 karcinomu vaječníků,133 karcinomu plic a dalších typů rakoviny,134 což hraje proonkogenní roli. Nadměrná exprese IDH2 snižuje hladinu ROS a zvyšuje růst nádorových buněk.121 Deplece IDH2 snižuje expresi HIF1α a vede k útlumu růstu nádoru u rakoviny plic.134 Vzhledem k heterogenitě nádorových buněk však jiné studie prokázaly, že exprese IDH2 je snížena v metastatických tkáních HCC a karcinomu žaludku ve srovnání s párovými normálními tkáněmi.135,136 Základním mechanismem je, že tyto buňky s nedostatkem IDH2 vykazují zvýšené invazivní chování v důsledku zvýšení matrixových metaloproteáz, které jsou závislé na dráze NF-κB. Kromě toho produkce NAD+ pomocí NNT zvyšuje deacetylaci zprostředkovanou SIRT3 a ztráta NAD+-dependentní deacetylázy SIRT3 zvyšuje acetylaci IDH2 na K413 a snižuje její enzymatickou aktivitu snížením dimerizace, čímž reguluje mitochondriální redoxní stav a podporuje tumorigenezi buněk u luminálního karcinomu prsu,137 a malignit z B buněk.138 Desuccinylace IDH2 zprostředkovaná SIRT5 rovněž reguluje homeostázu NADPH a redoxní potenciál buněk.54

Příspěvek IDH k tvorbě NADPH u rakoviny zůstává kontroverzní. IDH1 a IDH2 rovněž katalyzují reduktivní karboxylaci a podporují růst nádorových buněk s defektními mitochondriemi. Studie ukazují, že IDH1/2 syntetizuje isocitrát/citrát z α-KG se spotřebou NADPH, poté se isocitrát/citrát importuje do mitochondrií a přispívá k potlačení mitochondriálních ROS.139,140 V poslední době navíc převažují mutace genů IDH1 a IDH2 u několika různých malignit, včetně gliomů, AML, angioimunoblastických lymfomů, chondrosarkomu a melanomů.141,142 Opakované somatické mutace zbytků se nacházejí především v enzymaticky aktivních místech, která se vážou na izocitrát, typicky na R132 včetně R132H, R132L, R132S, R132C a R132G u IDH1 a R140Q nebo R172K u IDH2.143,144 Mutované proteiny IDH1 a IDH2 mají novou schopnost katalyzovat redukci α-KG za vzniku vzácného metabolitu, 2-hydroxyglutarátu (2-HG), přičemž spotřebovávají NADPH.145 Význam těchto mutací a jejich role v karcinogenezi a možné terapeutické důsledky byly dále podrobně rozebrány jinde.141,146,147

Glutaminový metabolismus

Glutaminový metabolismus je hlavním buněčným zdrojem uhlíku pro TCA cyklus, donorem dusíku pro biosyntézu nukleotidů, aminokyselin a lipidů, je také rozhodující pro udržení hladiny NADPH.148,149 Proliferující nádorové buňky vykazují aerobní glykolýzu, což vede k přesunu glukózového uhlíku mimo TCA cyklus, což má za následek zvýšené využívání glutaminu jako paliva pro anabolické procesy podporující rychlý růst buněk se zvýšenou tvorbou NADPH a amoniaku. Glutaminolýza je mitochondriální dráha, při níž je glutamin nejprve deaminován na glutamát pomocí glutamináz (GLS1/2). Poté buď glutamát dehydrogenázy (GDH) závislé na NADPH, nebo jiné transaminázy, včetně glutamát oxaloacetát transaminázy 2 (GOT2) a glutamát pyruvát transaminázy 2 (GPT2), přeměňují glutamát na a-KG, aby uspokojily potřebu odpovídajících aminokyselin.89

Konvenčně je GDH (kódovaná genem GLUD) dominantnějším enzymem nezbytným pro reakce potřebné k doplnění TCA cyklu a získání NADPH než GOT2 a GPT2, které se skládají z všudypřítomně exprimovaných GDH1 a GDH2 existujících hlavně v neuronální a testikulární tkáni a majících nižší aktivitu než GDH1.150 GDH1 je vysoce exprimována ve většině vzorků nádorů a koreluje se stadiem progrese nádoru, včetně buněk karcinomu prsu a karcinomu plic.151,152 Deplece GDH1 má za následek nerovnováhu redoxní homeostázy a buněčné cytotoxicity a oslabuje proliferaci nádorových buněk, což stejně jako výsledky u buněk erytroleukemie, zatímco proliferaci normálních buněk ovlivňuje zanedbatelně.151 Kromě toho se uvádí, že zvýšená aktivita GDH1 je také možným prognostickým markerem a ukazatelem metastazování u pacientů s CRC nebo karcinomem žaludku.153,154 Za podmínek nedostatečné glykolýzy způsobené deprivací glukózy, léčbou 2-deoxyglukózou nebo inhibicí signalizace Akt jsou buňky závislé na glutaminu citlivější na nedostatek GDH1.155 Kromě toho je NADPH pocházející z GDH spotřebováván na podporu reduktivní karboxylace α-KG pomocí IDH2 a kompenzační zvýšení exprese GDH1 nebo GDH2 podporuje růst IDH-mutantních gliomových buněk.156 Kromě toho může GDH se spotřebou extracelulárního glutaminu také katalyzovat amoniak pocházející z glutaminolýzy a α-KG k podpoře syntézy glutamátu a navazujících metabolitů reduktivní aminací za spotřeby NADPH, což vyhovuje růstu nádorových buněk.148,157,158

Konkrétně některé nádorové buňky, jako jsou buňky PDAC a CRC, jsou závislé na nekanonické dráze metabolismu glutaminu v cytosolu pod regulací onkogenní aktivace KRAS. Glutaminergní aspartát indukovaný GOT2 je transportován do cytosolu a přeměněn GOT1 na oxaloacetát, poté přeměněn malátdehydrogenázou (MDH1) na malát a následně oxidován ME1 na pyruvát za vzniku NADPH.159,160 ShRNA GHD1 nemá žádný vliv na růst buněk PDAC, zatímco vyřazení GOT2 zvyšuje hladinu ROS a vede k senescenci buněk.161 Inhibice cytosolické GOT1 dále snižuje hladinu oxaloacetátu a snižuje buněčný poměr NADPH/NADP+ a GSH/GSSG.159 V souladu s těmito zjištěními chrání přídavek exogenního malátu buňky před nadměrnou akumulací ROS v buňkách s MDH1-knockdown.162 V důsledku toho může cílení na dráhu metabolismu glutaminu, která je nezbytná pro nádorové buňky, ale nepostradatelná pro normální buňky, vést k novým terapeutickým přístupům k léčbě refrakterních nádorů.

Oxidace mastných kyselin

Dále je dráha FAO klíčová také pro nepřímé zajištění NADPH, který je nepostradatelný u mnoha nádorů, zejména při metabolickém stresu. FAO generuje NADH, FADH2 a acetylkoenzym A (CoA) v každém kole,163 a NADH a FADH2 vstupují do ETC, zatímco acetylkoenzym CoA vstupuje do TCA cyklu za vzniku citrátu, který je exportován do cytosolu, aby se zapojil do produkce NADPH prostřednictvím ME1 a IDH1.34 FAO i FAS jsou pro progresi nádoru nezbytné a vzájemně se podporují. Acetyl CoA a NADPH nahromaděné z metabolismu FAO v cytosolu jsou potřebné k zahájení FAS.164 Karnitin palmitoyl transferázy (CPT), enzymy omezující rychlost v dráze FAO, transportují acyl-CoA s dlouhým řetězcem z cytosolu do mitochondrií.165 Uvádí se, že aktivace FAO zprostředkovaná CPT hraje klíčovou roli při udržování homeostázy NADPH a podpoře metastazování buněk a chemorezistence u rakoviny trávicího traktu166,167 a melanomu.168 Nedávné studie také ukazují, že vyřazení koaktivátoru PPAR 1α (PGC1α), důležitého transkripčního koaktivátoru regulujícího CPT1A a CPT1B, zjevně snižuje poměr hladin NADPH/NADP+ a ATP, což zhoršuje odolnost vůči záření u buněk nazofaryngeálního karcinomu (NPC).169 Navíc AMP-aktivovaná proteinkináza (AMPK) rovněž reguluje funkci FAO při udržování homeostázy NADPH a podporuje přežití nádorových buněk při oxidačním stresu nebo metabolickém stresu.170,171,172,173