Forståelse af NADPH-produktion og forbrugsveje er afgørende for en global forståelse af kræftmetabolisme. Som vist i fig. 2, reguleres NADPH-homeostasen hovedsageligt af flere metaboliske veje og enzymer, herunder NAD-kinase (NADK), pentosephosphatvejen (PPP), den folatmedierede et-kulstofmetabolisme, æblesyreenzymer (ME), nikotinamidnukleotidtranshydrogenase (NNT), cytosolisk eller mitokondriel NADP-afhængig isocitratdehydrogenase (IDH1 og IDH2), glutaminmetabolismen og fedtsyreoxidation (FAO). Med hensyn til den generelle NADPH-generering i cellerne er det imidlertid stadig uklart, hvilket relativt bidrag disse veje og enzymer yder til NADPH-produktionen. Nylige undersøgelser viser, at cellulær NADPH i vid udstrækning kan genereres af PPP, den folatmedierede et-kulstofmetabolisme og ME i kræft- og proliferationsceller32,33. Der er også stadig flere beviser for, at disse forskellige processer og enzymer har funktionelle forbindelser til NADPH-homeostase i kræft. FAO fremskynder f.eks. TCA-cyklusen for at producere citrat, som eksporteres til cytosolen for at engagere sig i NADPH-produktionen gennem ME1 og IDH1.34 Her gennemgår vi den nuværende viden om de underliggende mekanismer for NADPH-homeostase efter dets de novo-syntese, det relative bidrag fra beslægtede enzymer og veje i cancer.

NAD kinase

NADPH de novo-syntese katalyseres af NADK’er, som katalyserer fosforyleringen af NAD+ til dannelse af NADP+. Efterfølgende omdanner dehydrogenaser/reduktaser i forskellige metaboliske veje NADP+ til NADPH.10,12 NADK’er findes i næsten alle menneskelige organer undtagen skeletmuskulatur og er lokaliseret i både cytosol og mitokondrier. Sammenlignet med cytosolisk NADK (cNADK) har mitokondrie-NADK (mNADK) det særlige kendetegn, at den direkte kan fosforylerer nikotinamidadenindinukleotid (NADH) for at generere NADPH for at afhjælpe oxidativ stress i mitokondrier.35

Databasen i Cancer Genome Atlas (TCGA) viser både cNADK-overekspression og tilstedeværelsen af flere cNADK-mutanter i flere tumortyper.10 Især findes en ny cNADK-mutant, NADK-I90F, hos patienter med pancreasduktal adenocarcinom-cancer (PDAC). CNADK-I90F har en lavere Km og højere Vmax for NAD+ sammenlignet med wild-type cNADK, hvilket indikerer øget enzymaktivitet. Sammenlignet med cNADK-wildtypeceller har celler, der udtrykker cNADK-I90F, konsekvent forhøjede NADPH-niveauer og reducerede ROS-niveauer.36,37 I diffust storcellet B-celle lymfom (DLBCL) og tyktarmskræft reducerer silencing cNADK med shRNA desuden puljen af NADPH og undertrykker kræftcellers vækst.38 Med hensyn til NADKs aktiviteter har cNADK fosforyleret ved S44, S46 og S48, som kan medieres af phosphoinositid 3-kinase (PI3K)-Akt-signalering, øget aktivitet i brystkræft- og lungekræftceller, hvorved NADPH-produktionen øges.39 Baseret på dens nylige opdagelse skal den relevante rolle af mNADK i humane kræftformer stadig afklares, men wild-type og mutant cNADK er potentielle kliniske mål for kræftbehandling.

Pentosephosphatvej

PPPP divergerer ved det første trin af glykolyse, der tjener som den største bidragyder af cytosolisk NADPH, og NADPH-generering gennemgår tre irreversible reaktioner i PPP oxidative gren.40,41,42 Undersøgelser har vist, at NADPH-produktionen øges dramatisk ved at øge glukoseflowet til PPP-oxidationsgrenen i forskellige kræftformer.43,44 Glukose-6-fosfatdehydrogenase (G6PD), der enten findes som en aktiv dimer eller en inaktiv monomer, dehydrogenerer G6P for at give 6-fosfogluconolacton (6-PGL) og NADPH i den første reaktion. Derefter katalyserer 6-fosfogluconatdehydrogenase (PGD), der ofte fungerer som en homodimer, den oxidative decarboxylering af 6-fosfogluconat (6-PG) for at syntetisere ribulose-5-fosfat (Ru5P) og en anden NADPH i den tredje reaktion45,46 .

I stigende grad har flere undersøgelser vist, at G6PD-aktiviteten er øget i flere typer kræft, herunder blære-, bryst-, prostata- og mavekræft sammenlignet med normalt væv, og den høje ekspression af G6PD forudsiger dårligt klinisk resultat hos forskellige kræftpatienter og spiller en kritisk rolle i tumorigenese og kemoresistens47,48. PGD er også hyperaktiv og spiller en grundlæggende rolle i tumorvækst.49,50 G6PD- eller PGD-depletion reducerer NADPH-niveauerne betydeligt og forbedrer kemoterapeutiske lægemiddelinduceret celleapoptose ved redoxmodulation.51,52 Hvad angår aktivitetsregulering, er NADP+ nødvendigt for G6PD’s enzymatiske aktivitet, mens NADPH regulerer aktiviteten negativt. Derfor udviser tumorceller med et højere NADPH-forbrug højere niveauer af aktiv G6PD.45 Interessant nok viser en undersøgelse også, at NADPH-niveauet ikke ændres ved at dæmpe PGD-ekspressionen, hvilket er muligt, at et tidsmæssigt øget NADP+/NADPH-forhold kompenserende øgede G6PD-aktivitet og dermed genererer NADPH.45

NADPH-homeostasen reguleres også af den hastighedsbegrænsende enzymaktivitet, der påvirkes af den posttranslationelle modifikation. Undersøgelser viser, at glykosylering, SIRT5-medieret deglutarylering og SIRT2-medieret deacetylering alle øger G6PD-aktiviteten og opretholder den cellulære NADPH-homeostase.53,54,55 Både fosforylering af PGD ved Y481 ved EGFR-aktivering og acetylering af PGD ved K76 og K294 af acetyltransferaser øger dens aktivering til produktion af NADPH i kræftceller.56,57 Omvendt hæmmer proteinkinase A (PKA) G6PD-aktiviteten ved direkte fosforylering af den på serin- og threoninrester.58 Desuden kan G6PD-aktiviteten reguleres af flere signalveje i tumorer, såsom PI3K/AKT-, Ras-, Src-, Nrf2-, mTORC1-, PETEN-, ATM- og TP53-veje, på en direkte eller indirekte måde (gennemgået i ref. 45,47). F.eks. binder PTEN-proteinet og cytosolisk TP53 sig til G6PD for at forhindre samling af G6PD-monomerer til aktive dimerer og dermed nedsætte PPP-flowet.59,60

Folat-medieret et-kulstofmetabolisme

Folat-medieret et-kulstofmetabolisme har længe været anerkendt og tilskrives sin funktion med at producere et-kulstof-enheder til nukleinsyre- og methioninsyntese, en anden afgørende funktion i denne vej er at generere reducerende kraft NADPH.61,62 Serin og glycin er de vigtigste kulstofkilder i denne vej. Aktivering af serinbiosyntesevejen øger NADPH-generering i kræftceller.63 Omvendt mindsker eliminering af serin fra mediet NADPH/NADP+-forholdet og forringer kræftcellers vækst.64 Methylentetrahydrofolatdehydrogenaser (MTHFD1 i cytosol og MTHFD2 eller MTHFD2L i mitokondrier) katalyserer oxidationen af 5,10-methylen-THF (CH2-THF) til dannelse af 10-formyl-THF, og 10-formyl-THF-dehydrogenaser (ALDH1L1 i cytosol og ALDH1L2 i mitokondrier) katalyserer oxidationen af 10-formyl-THF for at generere CO2 med samtidig NADPH-produktion. I kernen oxideres THF-bæreren til DHF i en NADPH-genererende reaktion med elektroner, der anvendes til at reducere et-kulstofenheder til methylniveau.65,66,67

MTHFD2 postuleres at være den “hovedkontakt”, der producerer yderligere et-kulstofenheder i mitokondrier for at muliggøre hurtig vækst.63 Udtrykket af MTHFD2 er tæt forbundet med responsen på folatantagonisten methotrexat (MTX) og thymidylatsyntaseinhibitoren pemetrexed.68,69 Både MTHFD2 og MTHFD1 er markant forhøjet og korreleret med dårlig overlevelse på tværs af humane kræftformer.70,71,72 Desuden tyder en undersøgelse på, at en kombination af serum AFP og MTHFD1 øger den prognostiske forudsigelsesnøjagtighed ved hepatocellulært karcinom (HCC).73 Kvantitativ fluxanalyse viser, at depletion af enten MTHFD2 eller MTHFD1 resulterer i nedsat cellulært NADPH/NADP+- og GSH/GSSG-forhold og øget cellefølsomhed over for oxidativ stress.32 Undertrykkelse af MTHFD2 forstyrrer redoxhomeostase, fremskynder celledød i både colorectal cancer (CRC),74,75 og akut myeloid leukæmi (AML).64 MTHFD2 er også kritisk for kræftstamlignende egenskaber og kemoresistens, hvilket tyder på, at forstyrrelse af NAPDH-homeostase kan forhindre tilbagefald og udrydde tumorer.76 Og udtynding af MTHFD1 reducerer både frekvenserne af cirkulerende melanomceller i blodet og den metastatiske sygdomsbyrde i mus med melanom,77 hvilket tyder på, at NAPDH-homeostase repræsenterer terapeutiske mål til at hindre fjernmetastase. Sammenhængen mellem MTHFD2L, som kan bruge enten NAD+ eller NADP+ til dehydrogenaseaktivitet, og tumorer skal dog stadig undersøges.

Cytosolisk ALDH1L1 regulerer hovedsageligt reducerede folatpuljer og purinbiosyntese, mens mitokondrielt ALDH1L2 producerer NADPH som reaktion på oxidativ stress.78 Selv om ALDH1L1 er overeksprimeret i NSCLC og GC cancer,79,80 er ALDH1L1 rapporteret dybt nedreguleret eller silenced i kræft, hvilket gør det til en kandidat tumorsuppressor.81,82 Ikke desto mindre er ALDH1L2 stærkt udtrykt og udgør en uafhængig prognostisk faktor for den samlede overlevelse i melanom, PDAC og CRC.77,78,83 Depletion af ALDH1L2 reducerer markant NADPH/NADP+- og GSH/GSSG-forholdet, reducerer de cirkulerende tumorceller i blodet og mindsker den metastatiske byrde.77,83,84 Desuden opreguleres ekspressionen af ALDH1L2 af nogle bestemte lægemidler, såsom thapsigargin og tunicamycin, endoplasmatisk retikulumstressinduktorer i umortaliserede humane B-celler,85 mitotan, en adjuverende monoterapi, der anvendes til behandling af adrenokortikalt karcinom,86 og indometacin, et antiinflammatorisk middel i brystkræftceller.87 Der er således behov for yderligere udforskning af sammenhængen mellem disse lægemidlers virkninger på ALDH1L2-ekspressionen og det cellulære respons på redoxstress.

Malinsyreenzymer

ME deltager i reaktioner, der forbinder komponenterne i det kataboliske stofskifte i glykolyse og Krebs-cyklus via oxidativ decarboxylering af malat til pyruvat og derved inducerer det anabole stofskifte med samtidig NADPH-produktion.32,88 En kvantitativ fluxanalyse viste, at ME’s direkte bidrag til NADPH-generering blev anslået til at svare til bidraget fra PPP.89 ME-familien består af tre isoformer: ME1 er placeret i cytosolen og ME2, ME3 er placeret i mitokondrier. ME1 og ME3 kræver NADP+ og ME2 udnytter enten NAD+ eller NADP+ til deres katalytiske aktiviteter, således kan NADPH produceres af ME både direkte og indirekte gennem aktiviteten af NNT, der katalyserer overførslen af hydridioner fra NADH til NADP+ og producerer NADPH i mitochondrier.90 ME1 og ME2 synes dog at være de vigtigste isoformer, fordi ME3 næppe er ubetydeligt påvist i mange vurderede pattedyrceller.91

Overekspression af ME1 er signifikant forbundet med en dårlig prognose for mennesker med kræft, herunder personer med mavekræft, oralt pladecellekarcinom, brystkræft, lungekræft osv.92,93,94,95 Silencing ME1 reducerer markant NADPH og øger ROS-niveauerne, hvilket i sidste ende inducerer celleapoptose under oxidativ stress, såsom glukosesult eller anoikis.96,97 Desuden er ME1-proteinet hypofosforyleret ved S336 og hyperacetyleret ved K337 af henholdsvis PGAM-familiemedlem 5 og acetyl-CoA acetyltransferase, hvilket resulterer i ME1-translokation fra mitochondrier til cytosol, dimerisering og aktivering, hvilket kraftigt fremmer NADPH-generering og tumorigenese.98 ME1-ekspression reguleres også af velkendte tumorsuppressorer eller onkogener såsom TP53 eller KRAS.91,99 Det er interessant, at der er en direkte crosstalk mellem ME1 og PPP-komponenter, og ME1 øger PGD’s evne til at binde til 6-PG, hvilket øger NADPH-generering.100

ME2 er også overudtrykt i flere kræftformer ifølge nyere undersøgelser og er tæt forbundet med kræftvækst, metastase og dårlige resultater.101,102 ME2-depletion, ledsaget af et øget NADP+/NADPH-forhold og ROS-niveauer, påvirker PI3K/AKT-signalering og øger erythroleukæmi- og NSCLC-cellers følsomhed over for cisplatin.103,104 Desuden resulterer ME2-ablation i forhøjede cellulære ROS-niveauer, som aktiverer AMPK-vejen og derefter stimulerer TP53 for at dæmpe melanomcelleproliferation.105,106 ME2 er ofte hemizyg kodet sammen med tumorsuppressoren SMAD4 i humane solide tumorer, herunder gastrisk cancer og PDAC.107,108 I ME2-unexpressede mavekræftceller opreguleres dets isoenzym ME1 for at genopfylde intracellulært NADPH og fremme celleoverlevelse under glukosesult og anoikis.107 ME3 har lavere enzymatisk aktivitet end ME2 i mitokondrier. I PDAC-cellelinjer, hvor ME2 er homozygot slettet, spiller dets isoenzym ME3 imidlertid en kompenserende rolle for den intracellulære NADPH-homeostase.108,109 Disse resultater giver en førsteklasses “collateral lethality”-terapeutisk strategi til behandling af en væsentlig del af GC- eller PDAC-patienterne.

Nicotinamidnukleotidtranshydrogenase

NNNT er et integreret mitokondrisk indre membranprotein i eukaryoter, der katalyserer overførslen af hydridioner fra NADH til NADP+ og producerer NADPH ved hjælp af den protonmotivationskraft, der genereres af elektrontransportkæden (ETC).110 Processen er afgørende for opretholdelsen af de mitokondrielle NADPH- og NADH-puljer. NNT-aktiviteten bidrager til 45 % af det samlede NADPH i mitokondriepuljen, hvilket indikerer en betydelig rolle for NNT’s vedligeholdelse af NADPH-puljen,111 og NADPH, der opnås ved NNT, anvendes også til reduktiv carboxylering af α-KG til isocitrat, der formidles af IDH2.112 I modsætning til dette fremherskende synspunkt illustrerer et fascinerende arbejde, at NNT vender retningen om ved NADPH-forbrug for at støtte NADH- og ATP-produktioner under en patologisk arbejdsbelastning på bekostning af den NADPH-relaterede antioxidative kapacitet. Modellerne viser uventet, at mangel på en funktionel NNT giver mindre oxidativ skade på hjertet sammenlignet med mus med aktiv NNT.113 Dette fund giver potentielt ny indsigt i patologi og metabolisk regulering, men der er et presserende behov for flere undersøgelser af NNT-omvendingsprocessen i kræft.

I kræftceller stimuleres NNT-aktiviteten af hyperpolariserede mitokondrier. Endvidere kan NADH fra øget glykolyse i cytosol overføres til mitokondrier for at drive NADH-afhængig NNT.89 Desuden er NNT overudtrykt i mavekræftcelle, hvilket er forbundet med lavere samlet overlevelse og sygdomsfri overlevelse. NNT knockdown viser begrænset evne til at opretholde NADPH-niveauer og reducerer tumorigenicitet under oxidative stressbetingelser, som f.eks. induceret af anoikis, glukosemangel in vitro, eller forringer peritoneal spredning og lungemetastase in vivo.114 Lignende virkninger er observeret i leverkræft,115 feokromocytom116 og NSCLC,111 og NNT aktiveres sandsynligvis af NADPH-forbrug, som f.eks. i IDH-mutante celler.117 Desuden betragtes NNT som et centralt antioxidativt enzym og er afgørende for induktion af makrofag-inflammatoriske reaktioner118 og forebyggelse af ROS-induceret cytotoksicitet i T-celler, der udsættes for asbest, hvilket kan medføre en reduktion af antitumorimmuniteten.119 Til dato synes NNT at spille en central rolle i tumorigenese, og modifikation af NNT kan regulere immuneffekter af antitumor. Desværre er der ikke rapporteret om farmakologiske inhibitorer, der er specifikke for NNT, og de skal udvikles.

Isocitratdehydrogenaser (IDH)

IDH letter også dannelsen af NADPH fra NADP+ ved at katalysere den oxidative decarboxylering af isocitrat til α-ketoglutarat (α-KG) til TCA-cyklus.120 Der findes tre undertyper af IDH: IDH1 er placeret i cytosolen og peroxisomer, og IDH2/3 findes primært i mitokondrier. IDH1/2 bruger NADP+ som en cofaktor og udfører en reversibel reaktion, mens IDH3 bruger NAD+ som en cofaktor og udfører irreversibel omdannelse.121,122

Multiple lines of evidences have revealed that IDH1 is overexpressed in numerous cancers and is closely correlated with poor prognoses of patients with non-small cell lung carcinoma (NSCLC),123 PDAC,124 or one of several hematological malignancies.125 Især ELISA viser, at IDH1-niveauet også er betydeligt forhøjet i plasmaet hos NSCLC-patienter, hvilket tyder på, at det kan bruges som en potentiel plasma-biomarkør.126 Opregulering af IDH1 kan repræsentere en fælles metabolisk tilpasning til at mindske oxidativ stress og støtte makromolekylær syntese og dermed fremme tumorvækst og terapiresistens.125 Endvidere resulterer IDH1-silensering i nedsatte NADPH- og α-KG-niveauer, med de øgede ROS-niveauer, hvilket fører til kræftcelleapoptose i NSCLC.123 Desuden øger oxidative stressbetingelser også den medfødt høje IDH1-ekspression, og IDH1-silensering øger signifikant cellens følsomhed over for kræftkemoterapi, strålebehandling og fotodynamisk terapi ved at reducere NADPH.124,127,128 Desuden er IDH1 hyperacetyleret i CRC-celler og er signifikant korreleret med fjernmetastase og dårlig overlevelse. SIRT2-afhængig IDH1 deacetylering ved K224 forringer dens enzymatiske aktivitet og undertrykker dens maligne adfærd i CRC.129 Specielt fandt undersøgelser også, at IDH1 er signifikant nedreguleret i clear cell renal cell carcinoma (ccRCC) sammenlignet med normale nyreceller, hvilket tyder på, at IDH1 kan fungere som en kandidat tumorsuppressor for ccRCC.130,131

De fleste undersøgelser tyder på, at IDH2 også er betydeligt opreguleret i ESCC,132 ovariecancer,133 lungekræft og andre kræfttyper,134 og spiller en pro-oncogen rolle. Overekspression af IDH2 nedsætter ROS-niveauet og øger kræftcellers vækst.121 IDH2-depletion nedsætter ekspressionen af HIF1α og fører til en dæmpning af tumorvækst i lungekræft.134 På grund af heterogenitet blandt kræftceller har andre undersøgelser imidlertid vist, at IDH2-ekspressionen er nedsat i metastatisk HCC- og gastrisk kræftvæv sammenlignet med parrede normale væv.135,136 Den underliggende mekanisme er, at disse celler, der mangler IDH2, udviser forbedret invasiv adfærd på grund af stigningen i matrixmetalloproteaser, som er afhængige af NF-κB-vejen. Desuden øger NAD+-produktionen af NNT den SIRT3-medierede deacetylering, og tab af den NAD+-afhængige deacetylase SIRT3 øger acetyleringen af IDH2 ved K413 og nedsætter dens enzymatiske aktivitet ved at reducere dimeriseringen, hvilket regulerer mitokondriel redoxstatus og fremmer celletumorigenese i luminal B brystkræft,137 og B-celle maligniteter.138 SIRT5-medieret IDH2-desuccinylering regulerer også cellulær NADPH-homeostase og redoxpotentiale.54

IDH’s bidrag til NADPH-generering i kræft er fortsat kontroversielt. IDH1 og IDH2 katalyserer også den reduktive carboxylering og støtter tumorcellers vækst med defekte mitokondrier. Undersøgelser viser, at IDH1/2 syntetiserer isocitrat/citrat fra α-KG med NADPH-forbrug, hvorefter isocitrat/citrat importeres til mitokondrierne og bidrager til at undertrykke mitokondrielle ROS.139,140 Desuden har IDH1- og IDH2-genmutationer for nylig været fremherskende i flere forskellige maligniteter, herunder gliom, AML, angioimmunoblastiske lymfomer, chondrosarkom og melanomer.141,142 Tilbagevendende somatiske mutationer af rester er hovedsageligt placeret ved enzymatiske aktive steder, der binder til isocitrat, typisk ved R132, herunder R132H, R132L, R132S, R132C og R132G i IDH1 og R140Q eller R172K i IDH2.143,144 De muterede IDH1- og IDH2-proteiner er udstyret med en ny evne til at katalysere reduktionen af α-KG for at generere en sjælden metabolit, 2-hydroxyglutarat (2-HG), samtidig med at de forbruger NADPH.145 Endvidere er relevansen af disse mutationer og deres roller i carcinogenese og mulige terapeutiske implikationer blevet grundigt gennemgået andetsteds.141,146,147

Glutaminmetabolisme

Glutaminmetabolisme er en vigtig cellulær kulstofkilde til TCA-cyklus, en kvælstofdonor til nukleotid-, aminosyre- og lipidbiosyntese, det er også kritisk for at opretholde NADPH-niveauerne.148,149 Prolifererende kræftceller udviser aerob glykolyse, hvilket fører til et skift i glukosekulstof væk fra TCA-cyklusen, hvilket resulterer i øget brug af glutamin som brændstof til anabole processer for at understøtte hurtig cellevækst med øget NADPH- og ammoniakgenerering. Glutaminolyse er den mitokondrielle vej, hvor glutamin først deamineres til glutamat af glutaminaser (GLS1/2). Derefter omdanner enten NADPH-afhængige glutamatdehydrogenaser (GDH) eller andre transaminaser, herunder glutamatoxaloacetattransaminase 2 (GOT2) og glutamatpyruvattransaminase 2 (GPT2), glutamat til a-KG for at opfylde behovet for de tilsvarende aminosyrer89 .

Konventionelt set er GDH (kodet af GLUD-genet) det mere dominerende enzym, der er afgørende for de reaktioner, der er nødvendige for at genopbygge TCA-cyklussen og give NADPH, end GOT2 og GPT2, som består af allestedsnærværende udtrykt GDH1 og GDH2, der hovedsagelig findes i neuronalt og testikelvæv og har lavere aktivitet end GDH1.150 GDH1 er stærkt udtrykt i de fleste tumorprøver og korreleret med tumorprogressionsstadiet, herunder brystkræft og lungekræftceller.151,152 GDH1-depletion resulterer i ubalanceret redoxhomeostase og cellecytotoksicitet og dæmper kræftcelleproliferation, hvilket såvel som resultaterne i erytroleukæmiceller, mens det påvirker normal celleproliferation i ubetydelig grad.151 Desuden er øget GDH1-aktivitet også blevet rapporteret som en mulig prognostisk markør og en indikator for metastase hos patienter med CRC eller mavekræft.153,154 Under forhold med utilstrækkelig glykolyse forårsaget af glukosemangel, 2-deoxyglukosebehandling eller Akt-signalhæmning er glutaminafhængige celler mere følsomme over for GDH1-mangel.155 Endvidere forbruges GDH-afledt NADPH for at understøtte den reduktive carboxylering af α-KG af IDH2, og den kompenserende stigning i ekspressionen af GDH1 eller GDH2 fremmer væksten af IDH-mutante gliomceller.156 Desuden kan GDH med forbruget af ekstracellulært glutamin også katalysere ammoniak afledt af glutaminolyse og α-KG for at understøtte syntesen af glutamat og nedstrømsmetabolitter ved reduktiv aminering på en NADPH-forbrugende måde for at imødekomme kræftcellernes vækst.148,157,158

Specifikt er nogle kræftceller, såsom PDAC- og CRC-celler, afhængige af en ikke-kanonisk glutaminmetabolismevej i cytosolen under regulering af onkogen KRAS-aktivering. Glutamin-afledt aspartat induceret af GOT2 transporteres ind i cytosolen og omdannes af GOT1 til oxaloacetat, der derefter omdannes af malatdehydrogenase (MDH1) til malat og efterfølgende oxideres til pyruvat af ME1 for at skabe NADPH.159,160 GHD1 shRNA har ingen effekt på PDAC-cellernes vækst, mens knockdown af GOT2 øger ROS-niveauet og fører til senescens af cellerne.161 Endvidere nedsætter hæmning af cytosolisk GOT1 oxaloacetatniveauet og reducerer de cellulære NADPH/NADP+- og GSH/GSSG-forhold.159 I overensstemmelse med disse resultater beskytter tilsætning af eksogent malat cellerne mod overdreven ROS-akkumulering i MDH1-knockdown-celler.162 Følgelig kan målretning af glutaminmetabolismevejen, som er afgørende for kræftceller, men overflødig for normale celler, føre til nye terapeutiske tilgange til behandling af refraktære tumorer.

Fedtsyreoxidation

Dertil kommer, at FAO-vejen også er nøglen til indirekte at levere NADPH, hvilket er uundværligt i mange kræftformer, især under metabolisk stress. FAO genererer NADH, FADH2 og acetylcoenzym A (CoA) i hver omgang,163 og NADH og FADH2 går ind i ETC, mens acetyl CoA går ind i TCA-cyklus for at producere citrat, som eksporteres til cytosol for at deltage i NADPH-produktionen gennem ME1 og IDH1.34 FAO og FAS er begge essentielle for tumorprogression og støtter hinanden. Acetyl-CoA og NADPH, der akkumuleres fra FAO-metabolismen i cytosolen, er nødvendige for at initiere FAS.164 Carnitinpalmitoyltransferaserne (CPT), de hastighedsbegrænsende enzymer i FAO-vejen, transporterer langkædet acyl-CoA fra cytosolen til mitokondrierne.165 CPT-medieret FAO-aktivering er rapporteret til at spille en nøglerolle i opretholdelsen af NADPH-homeostase og fremme af cellemetastase og kemoresistens i gastrointestinal cancer166,167 og melanom168 . Nylige undersøgelser viser også, at nedbrydning af PPAR coactivator 1α (PGC1α), en vigtig transkriptionel coactivator, der regulerer CPT1A og CPT1B, tydeligvis nedsætter forholdet mellem NADPH/NADP+ og ATP-niveauer, hvilket forringer strålingsresistens i nasopharyngeale karcinomceller (NPC).169 Desuden regulerer AMP-aktiveret proteinkinase (AMPK) også FAO’s funktion med hensyn til opretholdelse af NADPH-homeostase og fremmer tumorcellers overlevelse under oxidativ stress eller metabolisk stress.170,171,172,173