Înțelegerea căilor de producție și consum ale NADPH este esențială pentru o înțelegere globală a metabolismului cancerului. După cum se arată în Fig. 2, homeostazia NADPH este reglată în principal de mai multe căi metabolice și enzime, inclusiv NAD kinaza NAD (NADK), calea pentozei fosfat (PPP), metabolismul cu un singur carbon mediat de folat, enzimele malice (ME), nicotinamida nucleotidă transhidrogenazei (NNT), isocitrat dehidrogenază citosolică sau mitocondrială dependentă de NADP (IDH1 și IDH2), metabolismul glutaminei și oxidarea acizilor grași (FAO). Cu toate acestea, pentru generarea generală de NADPH în celule, contribuția relativă a acestor căi și enzime la producția de NADPH rămâne evazivă. Un studiu recent arată că NADPH celular ar putea fi generat în mare măsură de PPP, de metabolismul cu un singur carbon mediat de folat și de ME în celulele canceroase și de proliferare.32,33 De asemenea, tot mai multe dovezi sugerează că aceste procese și enzime diferite au legături funcționale pentru homeostazia NADPH în cancer. De exemplu, FAO accelerează ciclul TCA pentru a produce citrat, care este exportat în citosol pentru a se angaja în producția de NADPH prin ME1 și IDH1.34 Aici trecem în revistă cunoștințele actuale despre mecanismele care stau la baza homeostaziei NADPH în urma sintezei sale de novo, contribuția relativă a enzimelor și căilor conexe în cancer.

NAD kinaza

Sinteza de novo a NADPH este catalizată de NADKs, care catalizează fosforilarea NAD+ pentru a forma NADP+. Ulterior, dehidrogenazele/reductazele din diferite căi metabolice transformă NADP+ în NADPH.10,12 NADK-urile se găsesc în aproape toate organele umane, cu excepția mușchiului scheletic, și sunt localizate atât în citosol, cât și în mitocondrii. În comparație cu NADK citosolică (cNADK), NADK mitocondrială (mNADK) are o caracteristică distinctivă, aceea că poate fosforila direct nicotinamida adenină dinucleotidă (NADH) pentru a genera NADPH pentru a atenua stresul oxidativ în mitocondrii.35

Bazele de date ale Atlasului genomului cancerului (TCGA) indică atât supraexpresia cNADK, cât și prezența mai multor mutanți cNADK în mai multe tipuri de tumori.10 În special, un nou mutant cNADK, NADK-I90F, se găsește la pacienții cu adenocarcinom ductal pancreatic (PDAC). CNADK-I90F are un Km mai mic și un Vmax mai mare pentru NAD+ în comparație cu cNADK de tip sălbatic, ceea ce indică o activitate enzimatică crescută. În mod consecvent, în comparație cu celulele cNADK de tip sălbatic, celulele care exprimă cNADK-I90F au niveluri ridicate de NADPH și niveluri reduse de ROS.36,37 În plus, în limfomul difuz cu celule mari B (DLBCL) și în cancerul de colon, reducerea cNADK la tăcere cu ARNhc afectează fondul de NADPH și suprimă creșterea celulelor canceroase.38 În ceea ce privește activitățile NADK, cNADK fosforilată la S44, S46 și S48, care poate fi mediată de semnalizarea fosfoinositid-3-kinazei (PI3K)-Akt, are o activitate sporită în celulele cancerului de sân și ale cancerului pulmonar, crescând astfel producția de NADPH39. Pe baza descoperirii sale recente, rolul relevant al mNADK în cancerele umane trebuie încă să fie clarificat, dar cNADK de tip sălbatic și cNADK mutant sunt potențiale ținte clinice pentru terapia cancerului.

Calea fosfatului de pentoză

P PPP diverge la prima etapă a glicolizei, care servește drept cel mai mare contribuitor de NADPH citosolic, iar generarea de NADPH trece prin trei reacții ireversibile în ramura oxidativă PPP.40,41,42 Studiile au dovedit că producția de NADPH este crescută în mod dramatic prin creșterea fluxului de glucoză în ramura oxidativă PPP în diferite tipuri de cancer.43,44 Glucoza-6-fosfat dehidrogenază (G6PD), care există fie ca un dimer activ, fie ca un monomer inactiv, dehidrogenă G6P pentru a produce 6-fosfogluconolactonă (6-PGL) și NADPH în prima reacție. Apoi, 6-fosfogluconat dehidrogenaza (PGD), care funcționează adesea ca homodimer, catalizează decarboxilarea oxidativă a 6-fosfogluconatului (6-PG) pentru a sintetiza ribulose-5-fosfat (Ru5P) și un al doilea NADPH în a treia reacție.45,46

Din ce în ce mai multe studii au arătat că activitatea G6PD este crescută în mai multe tipuri de cancere, inclusiv în cancerele de vezică urinară, de sân, de prostată, gastrice, în comparație cu țesuturile normale, iar expresia ridicată a G6PD prezice un rezultat clinic slab la diverși pacienți cu cancer și joacă roluri critice în tumorigeneză și chimiorezistență.47,48 PGD este, de asemenea, hiperactivă și joacă un rol fundamental în creșterea tumorală.49,50 Reducerea G6PD sau a PGD scade semnificativ nivelurile de NADPH și sporește apoptoza celulară indusă de medicamente chimioterapeutice prin modulare redox.51,52 În ceea ce privește reglarea activității, NADP+ este necesar pentru activitatea enzimatică a G6PD, în timp ce NADPH reglează negativ activitatea acesteia. Prin urmare, celulele tumorale cu un consum mai mare de NADPH prezintă niveluri mai ridicate de G6PD activă.45 Interesant, un studiu arată, de asemenea, că nivelul de NADPH nu este modificat prin reducerea la tăcere a expresiei PGD, ceea ce este posibil ca un raport NADP+/NADPH crescut temporar să compenseze creșterea compensatorie a activității G6PD, generând astfel NADPH.45

Homeostazia NADPH este, de asemenea, reglată de activitatea enzimei limitatoare de viteză afectată de modificarea posttranslațională. Studiile indică faptul că glicozilarea, deglutilarea mediată de SIRT5 și deacetilarea mediată de SIRT2 sporesc activitatea G6PD și mențin homeostazia celulară a NADPH.53,54,55 Atât fosforilarea PGD la Y481 la activarea EGFR, cât și acetilarea PGD la K76 și K294 de către acetiltransferaze sporesc activarea acesteia pentru producerea de NADPH în celulele canceroase.56,57 În schimb, proteina kinaza A (PKA) inhibă activitatea G6PD prin fosforilarea directă a acesteia pe reziduuri de serină și treonină.58 În plus, activitatea G6PD poate fi reglată de mai multe căi de semnalizare în tumori, cum ar fi căile PI3K/AKT, Ras, Src, Nrf2, mTORC1, PETEN, ATM și TP53, într-o manieră directă sau indirectă (analizate în ref. 45,47). De exemplu, proteina PTEN și TP53 citosolic se leagă de G6PD pentru a împiedica asamblarea monomerilor G6PD în dimeri activi și, astfel, pentru a diminua fluxul PPP59,60.

Metabolismul cu un singur carbon mediat de folați

Metabolismul cu un singur carbon mediat de folați a fost recunoscut de mult timp și atribuit funcției sale de a produce unități de un singur carbon pentru sinteza acidului nucleic și a metioninei, o altă funcție crucială a acestei căi este generarea puterii reducătoare NADPH.61,62 Serina și glicina sunt principalele surse de carbon ale acestei căi. Activarea căii de biosinteză a serinei sporește generarea NADPH în celulele canceroase.63 În schimb, eliminarea serinei din mediu scade raportul NADPH/NADP+ și afectează creșterea celulelor canceroase.64 Metilen tetrahidrofolat dehidrogenazele (MTHFD1 în citosol și MTHFD2 sau MTHFD2L în mitocondrii) catalizează oxidarea 5,10-metilen-THF (CH2-THF) pentru a forma 10-formil-THF, iar 10-formil-THF dehidrogenazele (ALDH1L1 în citosol și ALDH1L2 în mitocondrii) catalizează oxidarea 10-formil-THF pentru a genera CO2 cu producerea concomitentă de NADPH. În nucleu, purtătorul THF este oxidat la DHF într-o reacție generatoare de NADPH cu electroni utilizați pentru a reduce unitățile de un singur carbon la nivelul de metil.65,66,67

MTHFD2 este postulat ca fiind „comutatorul principal” care produce unități suplimentare de un singur carbon în mitocondrii pentru a permite o creștere rapidă.63 Expresia MTHFD2 este strâns legată de răspunsul la antagonistul de folat metotrexat (MTX) și la inhibitorul timidilat-sintetazei pemetrexed.68,69 Atât MTHFD2, cât și MTHFD1 sunt sensibil crescute și corelate cu o supraviețuire slabă în cazul cancerelor umane.70,71,72 Mai mult, un studiu indică faptul că combinarea AFP seric cu MTHFD1 sporește acuratețea predicției prognostice în cazul carcinomului hepatocelular (HCC).73 Analiza cantitativă a fluxurilor arată că depleția fie a MTHFD2, fie a MTHFD1 are ca rezultat o scădere a rapoartelor NADPH/NADP+ și GSH/GSSG celulare și o sensibilitate celulară crescută la stresul oxidativ.32 Suprimarea MTHFD2 perturbă homeostazia redox, accelerează moartea celulară atât în cancerul colorectal (CRC),74,75 cât și în leucemia mieloidă acută (AML).64 MTHFD2 este, de asemenea, esențială pentru proprietățile de tip stem al cancerului și pentru chimiorezistență, sugerând că perturbarea homeostaziei NAPDH ar putea preveni recidiva și eradica tumorile.76 Și, diminuarea MTHFD1 reduce atât frecvența celulelor de melanom circulante în sânge, cât și povara bolii metastatice la șoarecii purtători de melanom,77 sugerând că homeostazia NAPDH reprezintă ținte terapeutice pentru a împiedica metastazele la distanță. Cu toate acestea, asocierea dintre MTHFD2L, care poate utiliza fie NAD+, fie NADP+ pentru activitatea dehidrogenazei, și tumori rămâne să fie investigată.

ALDH1L1 citosolic reglează în principal bazinele de folat redus și biosinteza purinelor, în timp ce ALDH1L2 mitocondrial produce NADPH ca răspuns la stresul oxidativ.78 Deși ALDH1L1 este supraexprimată în NSCLC și în cancerul GC,79,80 ALDH1L1 este raportată ca fiind profund reglată în jos sau redusă la tăcere în cancere, ceea ce o transformă într-un supresor tumoral candidat.81,82 Cu toate acestea, ALDH1L2 este foarte bine exprimat și se prezintă ca un factor de prognostic independent pentru supraviețuirea globală în melanom, PDAC și CRC.77,78,83 Reducerea ALDH1L2 scade în mod semnificativ raportul NADPH/NADP+ și GSH/GSSG, reduce celulele tumorale circulante în sânge și ameliorează povara metastatică.77,83,84 În plus, expresia ALDH1L2 este crescută de anumite medicamente, cum ar fi thapsigarginul și tunicamicina, inductori ai stresului reticulului endoplasmatic în celulele B umane imortalizate,85 mitotanul, o monoterapie adjuvantă utilizată pentru tratarea carcinomului adrenocortical,86 și indometacinul, un agent antiinflamator în celulele canceroase mamare.87 Astfel, este necesară explorarea în continuare a asocierii dintre efectele acestor medicamente asupra expresiei ALDH1L2 și răspunsul celular la stresul redox.

Enzimele malice

ME participă la reacții care leagă componentele metabolismului catabolic în glicoliză și în ciclul Krebs prin decarboxilarea oxidativă a malatului în piruvat, inducând astfel metabolismul anabolic cu producerea concomitentă de NADPH.32,88 O analiză cantitativă a fluxului a arătat că contribuția directă a ME la generarea de NADPH a fost estimată ca fiind egală cu contribuția PPP.89 Familia ME este formată din trei izoforme: ME1 este localizată în citosol, iar ME2, ME3 sunt localizate în mitocondrii. ME1 și ME3 necesită NADP+, iar ME2 utilizează fie NAD+, fie NADP+ pentru activitățile lor catalitice, astfel încât NADPH poate fi produs de ME atât direct, cât și indirect prin activitatea NNT care catalizează transferul ionilor de hidridă de la NADH la NADP+ și produce NADPH în mitocondrii. 90 Cu toate acestea, ME1 și ME2 par a fi principalele izoforme, deoarece ME3 este detectată cu greu neglijabil în multe celule de mamifere evaluate.91

Supraexpresia ME1 este asociată în mod semnificativ cu un prognostic slab pentru persoanele cu cancer, inclusiv cele cu cancer gastric, carcinom oral cu celule scuamoase, cancer de sân, cancer pulmonar etc.92,93,94,95 Suprimarea ME1 reduce în mod semnificativ NADPH și crește nivelul ROS, inducând în cele din urmă apoptoza celulară în condiții de stres oxidativ, cum ar fi foamea de glucoză sau anoikis.96,97 Mai mult, proteina ME1 este hipofosforilată la S336 și hiperacetilată la K337 de către membrul familiei PGAM 5 și, respectiv, acetil-CoA acetiltransferaza, ceea ce duce la translocarea ME1 din mitocondrie în citosol, dimerizare și activare, promovând astfel puternic generarea de NADPH și tumorigeneza.98 Expresia ME1 este, de asemenea, reglată de supresori tumorali sau oncogeni bine cunoscuți, cum ar fi TP53 sau KRAS.91,99 În mod curios, există o încrucișare directă între ME1 și componentele PPP, iar ME1 crește capacitatea PGD de a se lega de 6-PG, sporind generarea de NADPH.100

ME2 este, de asemenea, supraexprimată în mai multe tipuri de cancer, conform unor investigații recente, și este strâns asociată cu creșterea cancerului, metastazele și rezultatele slabe.101,102 Reducerea ME2, însoțită de o creștere a raportului NADP+/NADPH și a nivelurilor ROS, are un impact asupra semnalizării PI3K/AKT și sporește sensibilitatea celulelor de eritroleucemie și NSCLC la cisplatin.103,104 În plus, ablația ME2 are ca rezultat niveluri crescute de ROS celular, care activează calea AMPK și apoi stimulează TP53 pentru a atenua proliferarea celulelor de melanom.105,106 ME2 este frecvent codat hemizigotic împreună cu supresorul tumoral SMAD4 în tumorile solide umane, inclusiv cancerul gastric și PDAC.107,108 În celulele de cancer gastric neexprimate de ME2, izoenzima sa ME1 este crescută pentru a reface NADPH intracelular și promovează supraviețuirea celulară în condiții de foamete de glucoză și anoikis.107 ME3 are o activitate enzimatică mai mică decât ME2 în mitocondrii. Cu toate acestea, în liniile celulare PDAC ME2 homozigote eliminate, izoenzima ME3 joacă roluri compensatorii pentru homeostazia NADPH intracelulară.108,109 Aceste constatări oferă o strategie terapeutică principală de „letalitate colaterală” pentru tratamentul unei fracțiuni substanțiale de pacienți cu CG sau PDAC.

Nicotinamidă nucleotidă transhidrogenază

NNT este o proteină integrală a membranei interne mitocondriale la eucariote care catalizează transferul ionilor de hidridă de la NADH la NADP+ și produce NADPH utilizând forța motrice a protonilor generată de lanțul de transport al electronilor (ETC).110 Procesul este esențial pentru menținerea rezervelor mitocondriale de NADPH și NADH. Activitatea NNT contribuie la 45% din totalul NADPH din rezerva mitocondrială, ceea ce indică un rol semnificativ al NNT pentru menținerea rezervei de NADPH111 , iar NADPH obținut prin NNT este, de asemenea, utilizat pentru carboxilarea reductivă a α-KG în izocitrat mediată de IDH2.112 În contrast cu acest punct de vedere predominant, o lucrare fascinantă ilustrează faptul că NNT inversează direcția la consumul de NADPH pentru a susține producțiile de NADH și ATP sub o sarcină de lucru patologică, cu prețul capacității antioxidante legate de NADPH. Modelele arată în mod neașteptat că lipsa unui NNT funcțional prezintă mai puține leziuni oxidative la nivelul inimii în comparație cu șoarecii cu NNT activ.113 Această descoperire oferă o perspectivă potențial nouă asupra patologiei și reglării metabolice, dar este nevoie urgentă de mai multe studii despre procesul de inversare a NNT în cancer.

În celulele canceroase, activitatea NNT este stimulată de mitocondriile hiperpolarizate. Mai mult, NADH din glicoliza crescută din citosol poate fi transferat în mitocondrii pentru a impulsiona NNT dependentă de NADH.89 În plus, NNT este supraexprimat în celula de cancer gastric, ceea ce este asociat cu o supraviețuire globală și o supraviețuire fără boală mai scăzută. NNT knockdown arată o capacitate limitată de a menține nivelurile de NADPH și reduce tumorigenicitatea în condiții de stres oxidativ, cum ar fi cel indus de anoikis, privarea de glucoză in vitro, sau afectează diseminarea peritoneală și metastazarea pulmonară in vivo.114 Efecte similare sunt observate în cancerul hepatic,115 feocromocitom116 și NSCLC,111 și este probabil ca NNT să fie activat prin consumul de NADPH, cum ar fi în celulele mutante IDH.117 În plus, considerată o enzimă antioxidantă cheie, NNT este esențială pentru inducerea răspunsurilor inflamatorii ale macrofagelor118 și pentru prevenirea citotoxicității induse de ROS în celulele T expuse la azbest, care poate cauza o reducere a imunității antitumorale.119 Până în prezent, NNT pare să joace un rol cheie în tumorigeneză, iar modificarea NNT poate regla efectele imune antitumorale. Din păcate, nu au fost raportați inhibitori farmacologici specifici pentru NNT și trebuie să fie dezvoltați.

Isocitrat dehidrogenazele (IDH)

IDH facilitează, de asemenea, generarea de NADPH din NADP+ prin catalizarea decarboxilării oxidative a izocitratului în α-cetoglutarat (α-KG) pentru ciclul TCA.120 Există trei subtipuri de IDH: IDH1 este localizat în citosol și peroxizomi, iar IDH2/3 se găsesc în principal în mitocondrii. IDH1/2 utilizează NADP+ ca și cofactor și realizează o reacție reversibilă, în timp ce IDH3 utilizează NAD+ ca și cofactor și realizează o conversie ireversibilă.121,122

Multe linii de dovezi au arătat că IDH1 este supraexprimat în numeroase tipuri de cancer și este strâns corelat cu prognosticul nefavorabil al pacienților cu carcinom pulmonar cu celule non-mici (NSCLC),123 PDAC,124 sau cu una dintre mai multe tumori hematologice maligne.125 În special, ELISA demonstrează că nivelul IDH1 este, de asemenea, semnificativ ridicat în plasma pacienților cu NSCLC, ceea ce sugerează că poate fi utilizat ca un potențial biomarker plasmatic.126 Creșterea nivelului IDH1 poate reprezenta o adaptare metabolică comună pentru diminuarea stresului oxidativ și susținerea sintezei macromoleculare, promovând, în consecință, creșterea tumorală și rezistența la terapie.125 Mai mult, reducerea IDH1 la tăcere are ca rezultat scăderea nivelului de NADPH și α-KG, cu creșterea nivelului de ROS, ceea ce duce la apoptoza celulelor canceroase în NSCLC.123 În plus, condițiile de stres oxidativ sporesc, de asemenea, expresia înnăscută ridicată a IDH1, iar reducerea la tăcere a IDH1 îmbunătățește semnificativ sensibilitatea celulelor la chimioterapia cancerului, radioterapia și terapia fotodinamică prin reducerea NADPH.124,127,128 În plus, IDH1 este hiperacetilat în celulele CRC și este corelat semnificativ cu metastazele la distanță și supraviețuirea slabă. Deacetilarea IDH1 dependentă de SIRT2 la K224 afectează activitatea enzimatică a IDH1 și îi reprimă comportamentele maligne în CCR.129 În mod special, studiile au constatat, de asemenea, că IDH1 este redus semnificativ în carcinomul cu celule renale cu celule clare (ccRCC) în comparație cu celulele renale normale, sugerând că IDH1 poate funcționa ca un supresor tumoral candidat pentru ccRCC.130,131

Majoritatea studiilor indică faptul că IDH2 este, de asemenea, semnificativ suprareglementat în ESCC,132 cancerul ovarian,133 cancerul pulmonar și alte tipuri de cancer,134 jucând un rol pro-oncogen. Supraexprimarea IDH2 scade nivelul de ROS și crește creșterea celulelor canceroase.121 Depleția IDH2 scade expresia HIF1α și duce la atenuarea creșterii tumorale în cancerul pulmonar.134 Cu toate acestea, din cauza eterogenității dintre celulele canceroase, alte studii au arătat că expresia IDH2 este diminuată în țesuturile metastatice de HCC și de cancer gastric, comparativ cu țesuturile normale împerecheate.135,136 Mecanismul de bază este că aceste celule lipsite de IDH2 prezintă un comportament invaziv îmbunătățit datorită creșterii metaloproteazelor matriciale, care depind de calea NF-κB. În plus, producția de NAD+ de către NNT sporește deacetilarea mediată de SIRT3 și pierderea deacetilazei SIRT3 dependentă de NAD+ crește acetilarea IDH2 la K413 și scade activitatea enzimatică a acesteia prin reducerea dimerizării, reglând astfel starea redox mitocondrială și favorizând tumorigeneza celulară în cancerul mamar luminal B,137 și în tumorile maligne cu celule B.138 Desuccinilarea IDH2 mediată de SIRT5 reglează, de asemenea, homeostazia NADPH celulară și potențialul redox.54

Contribuția IDH la generarea NADPH în cancer rămâne controversată. IDH1 și IDH2 catalizează, de asemenea, carboxilarea reductivă și susțin creșterea celulelor tumorale cu mitocondrii defecte. Studiile arată că IDH1/2 sintetizează izocitrat/citrat din α-KG cu consum de NADPH, apoi importul de izocitrat/citrat în mitocondrii și contribuie la suprimarea ROS mitocondriale.139,140 În plus, recent, mutațiile genelor IDH1 și IDH2 au fost prevalente în mai multe tumori maligne diverse, inclusiv gliom, LMA, limfoame angioimunoblastice, condrosarcom și melanoame.141,142 Mutațiile somatice recurente ale reziduurilor sunt localizate în principal la situsurile active enzimatice care se leagă de izocitrat, de obicei la R132, inclusiv R132H, R132L, R132S, R132C și R132G în IDH1 și R140Q sau R172K în IDH2.143,144 Proteinele IDH1 și IDH2 mutante sunt înzestrate cu o capacitate nouă de a cataliza reducerea α-KG pentru a genera un metabolit rar, 2-hidroxiglutarat (2-HG), consumând în același timp NADPH.145 Mai mult, relevanța acestor mutații și rolurile lor în carcinogeneză și posibilele implicații terapeutice au fost analizate pe larg în altă parte.141,146,147

Metabolismul glutaminei

Metabolismul glutaminei este o sursă celulară majoră de carbon pentru ciclul TCA, un donator de azot pentru biosinteza nucleotidelor, aminoacizilor și lipidelor, este, de asemenea, esențial pentru menținerea nivelurilor de NADPH.148,149 Celulele canceroase care proliferează prezintă glicoliză aerobă, ceea ce duce la o deplasare a carbonului din glucoză în afara ciclului TCA, ceea ce duce la utilizarea crescută a glutaminei pentru a alimenta procesele anabolice pentru a susține creșterea rapidă a celulelor cu o generare crescută de NADPH și amoniac. Glutaminoliza este calea mitocondrială prin care glutamina este mai întâi deaminată în glutamat de către glutaminaze (GLS1/2). Apoi, fie glutamatul dehidrogenazele dependente de NADPH (GDH), fie alte transaminaze, inclusiv glutamatul oxaloacetat transaminaza 2 (GOT2) și glutamatul piruvat transaminaza 2 (GPT2), transformă glutamatul în a-KG pentru a satisface nevoia de aminoacizi corespunzători.89

Convențional, GDH (codificată de gena GLUD) este enzima mai predominantă, vitală pentru reacțiile necesare pentru refacerea ciclului TCA și producerea de NADPH decât GOT2 și GPT2, care constă în GDH1 și GDH2, exprimate omniprezent, existente în principal în țesutul neuronal și testicular și care au o activitate mai mică decât GDH1.150 GDH1 este foarte exprimată în majoritatea probelor tumorale și corelată cu stadiul de progresie al tumorii, inclusiv în celulele cancerului de sân și cancerului pulmonar.151,152 Depleția GDH1 are ca rezultat un dezechilibru al homeostaziei redox și citotoxicitatea celulară și atenuează proliferarea celulelor canceroase, la fel ca și rezultatele în cazul celulelor eritroleucemice, în timp ce afectează în mod neglijabil proliferarea celulelor normale.151 În plus, s-a raportat, de asemenea, că activitatea sporită a GDH1 este un posibil marker de prognostic și un indicator al metastazelor la pacienții cu CCR sau cancer gastric.153,154 În condiții de glicoliză insuficientă cauzată de privarea de glucoză, tratamentul cu 2-deoxiglucoză sau inhibarea semnalizării Akt, celulele dependente de glutamină sunt mai sensibile la deficitul de GDH1.155 Mai mult, NADPH derivat din GDH este consumat pentru a susține carboxilarea reductivă a α-KG de către IDH2, iar creșterea compensatorie a expresiei GDH1 sau GDH2 promovează creșterea celulelor gliomatoase IDH-mutante.156 În plus, odată cu consumul de glutamină extracelulară, GDH poate, de asemenea, să catalizeze amoniacul derivat din glutaminoliză și α-KG pentru a susține sinteza glutamatului și a metaboliților din aval prin aminare reductivă într-un mod de consum de NADPH pentru a satisface creșterea celulelor canceroase.148,157,158

În mod specific, unele celule canceroase, cum ar fi celulele PDAC și CRC, depind de o cale necanonică de metabolizare a glutaminei în citosol sub reglementarea activării KRAS oncogene. Aspartatul derivat din glutamină indus de GOT2 este transportat în citosol și transformat de GOT1 în oxaloacetat, apoi transformat de malat dehidrogenază (MDH1) în malat și ulterior oxidat în piruvat de ME1 pentru a crea NADPH159,160. GHD1 shRNA nu are niciun efect asupra creșterii celulelor PDAC, în timp ce eliminarea GOT2 crește nivelul de ROS și duce la senescență celulară.161 Mai mult, inhibarea GOT1 citosolic scade nivelul de oxaloacetat și reduce raportul celular NADPH/NADP+ și GSH/GSSG.159 În concordanță cu aceste constatări, adăugarea de malat exogen protejează celulele de acumularea excesivă de ROS în celulele MDH1-knockdown.162 În consecință, direcționarea căii metabolismului glutaminei, care este esențială pentru celulele canceroase, dar dispensabilă pentru celulele normale, poate conduce la noi abordări terapeutice pentru tratarea tumorilor refractare.

Oxidarea acizilor grași

În plus, calea FAO este, de asemenea, esențială pentru furnizarea indirectă de NADPH, care este indispensabilă în multe cancere, în special în condiții de stres metabolic. FAO generează NADH, FADH2 și acetil coenzima A (CoA) în fiecare rundă,163 iar NADH și FADH2 intră în ETC, în timp ce acetil CoA intră în ciclul TCA pentru a produce citrat, care este exportat în citosol pentru a se angaja în producția de NADPH prin ME1 și IDH1.34 FAO și FAS sunt ambele esențiale pentru progresia tumorală și se susțin reciproc. Acetil CoA și NADPH acumulate din metabolismul FAO în citosol sunt necesare pentru a iniția FAS.164 Carnitina palmitoil transferazele (CPT), enzimele care limitează viteza în calea FAO, transportă acil-CoA cu lanț lung din citosol în mitocondrii.165 Se pare că activarea FAO mediată de CPT joacă roluri-cheie în menținerea homeostaziei NADPH și în promovarea metastazelor celulare și a chimiorezistenței în cancerul gastrointestinal166,167 și în melanom.168 Studii recente arată, de asemenea, că reducerea coactivatorului PPAR 1α (PGC1α), un important coactivator transcripțional care reglează CPT1A și CPT1B, scade în mod evident raportul dintre nivelurile de NADPH/NADP+ și ATP, afectând rezistența la radiații în celulele de carcinom nazofaringian (NPC).169 Mai mult, proteina kinaza activată de AMP (AMPK) reglează, de asemenea, funcția FAO în menținerea homeostaziei NADPH și promovează supraviețuirea celulelor tumorale în condiții de stres oxidativ sau stres metabolic.170,171,172,172,173

.