引言：大脑的能量需求与胶质母细胞瘤的挑战
人类大脑虽然仅占体重的约2%，但却是能量的贪婪消费者——每天消耗体内约20%的葡萄糖来支持思考、记忆和身体控制。这些能量主要来自葡萄糖，即人体的主要燃料。然而，在胶质母细胞瘤（GBM）存在的情况下，这种重要的葡萄糖被以险恶的方式重新利用。胶质母细胞瘤不仅利用葡萄糖作为“建筑材料”进行快速增殖和侵袭，还能抵御化疗和放疗。
9月3日，发表在《自然》杂志上的一项里程碑式研究首次实时追踪了手术中和活体小鼠模型中人脑肿瘤的葡萄糖代谢。这一突破揭示了胶质母细胞瘤激进性质背后的隐秘代谢战争，并发现了新的靶向干预途径。
实时追踪葡萄糖代谢：代谢GPS
为了了解葡萄糖如何分别为健康脑组织和GBM肿瘤提供能量，研究人员将一种特殊的葡萄糖形式（用稳定同位素碳-13标记的13C-葡萄糖）注入患者和活体小鼠的血液中。这些标记的葡萄糖分子就像一个GPS系统：每一步代谢都会在形成的副产品中留下独特的13C标记。
在手术过程中，医生同时切除了肿瘤组织和相邻的正常皮层。通过使用质谱分析这些样本，科学家们量化了13C原子出现在哪里——这使他们能够确定葡萄糖碳是被“燃烧”用于能量还是被“构建”到肿瘤的分子结构中。
正常脑葡萄糖利用：为神经元和通信提供动力
在健康的脑皮层中，葡萄糖主要支持两条关键路径：
• 通过TCA循环产生能量：葡萄糖进入线粒体并经历三羧酸（TCA）循环，产生大量ATP以满足神经元的能量需求。
• 神经递质合成：葡萄糖维持关键神经递质如谷氨酸和γ-氨基丁酸（GABA）的生成，这对于神经元之间的信号传递至关重要。
这个高效的系统支持了大脑的能量需求和复杂的通信网络。
胶质母细胞瘤的代谢重编程：降低效率以构建肿瘤
该研究揭示了GBM肿瘤内的显著代谢重编程：
• TCA循环减少：进入TCA循环的葡萄糖碳比例大幅下降。相反，肿瘤从外部摄取乳酸和氨基酸作为替代燃料，放弃了高效率的葡萄糖氧化途径。
• 抑制性神经递质（GABA）生产的关闭：GABA合成几乎停止，形成更“嘈杂”的微环境，有助于肿瘤侵袭。
• 核苷酸和NADH合成增加：从能量生产中节省下来的葡萄糖碳被重新分配用于合成核苷酸（嘌呤和嘧啶）——DNA和RNA的构建块——以及NADH，后者为生物合成和DNA修复提供动力。这种转变加速了肿瘤复制并增强了对辐射损伤的抵抗力。
丝氨酸“外卖”策略：外包以节省葡萄糖
为了最大限度地利用葡萄糖碳，GBM转向了一种环境中的氨基酸——丝氨酸。与正常脑组织内部从葡萄糖产生丝氨酸不同，胶质母细胞瘤细胞过表达丝氨酸转运蛋白，有效地“订购外卖”，直接从血液中摄取丝氨酸。这一策略释放了葡萄糖碳，使其优先用于核苷酸生产而不是自身合成丝氨酸。
限制膳食丝氨酸/甘氨酸：新的代谢疗法
利用这一弱点，研究人员配制了一种缺乏丝氨酸和甘氨酸（-SG饮食）的特殊饮食。在小鼠模型中，这种饮食使血清丝氨酸水平降低了25%，同时减少了肿瘤中的丝氨酸和核苷酸浓度。侵略性的GBM肿瘤（HF2303和GBM38）在饮食下显著缩小，细胞增殖标志物（Ki-67指数）降低，并延长了总体生存期。
此外，将-SG饮食与标准化学放疗结合使用，增强了对所有测试肿瘤的治疗效果，包括之前对治疗有抵抗力的GBM12——显示出强大的协同效应。
重要的是，由于正常脑代谢能够从葡萄糖中合成丝氨酸，因此其代谢活动基本未受影响，突显了一个保护健康组织的治疗窗口。
临床意义：迈向个性化代谢疗法
这是首次大规模应用稳定同位素示踪技术在人类脑手术中进行的研究，定量揭示了胶质母细胞瘤的代谢弱点。关键结论包括：
1. 胶质母细胞瘤的葡萄糖代谢重编程是可量化的且可靶向的。
2. 限制膳食丝氨酸和甘氨酸是一种低成本、低毒性的常规治疗辅助手段。
3. 术前短期同位素示踪可能预测患者对环境丝氨酸的依赖性，从而筛选出最有可能从代谢干预中受益的患者。
目前，一项临床试验（NCT05078775）正在进行，旨在将患者特定的代谢谱型整合到个性化治疗计划中。未来，外科医生可能会在手术前进行数小时的葡萄糖示踪，以制定个性化的饮食建议，从而“切断”胶质母细胞瘤的关键代谢支持。
病例概述：艾米丽的胶质母细胞瘤代谢之旅
艾米丽是一位52岁的教师，被诊断为胶质母细胞瘤，接受了手术切除。作为一项实验方案的一部分，她在手术前接受了13C-葡萄糖，实现了肿瘤的实时代谢映射。分析显示，她的肿瘤对外源性丝氨酸的吸收较高。
她的临床团队建议将标准化学放疗与丝氨酸/甘氨酸限制饮食结合使用。几个月后，MRI扫描显示肿瘤显著缩小，艾米丽报告的神经系统症状也有所减少。这种个性化方法展示了基于精确生化指纹的代谢疗法的前景。
结论
这项开创性研究改变了我们对胶质母细胞瘤代谢的理解——揭示了肿瘤如何劫持葡萄糖作为分子构建块而非能量来源，并利用环境氨基酸维持其快速生长和治疗抵抗。这些发现为创新、成本效益高的代谢干预措施铺平了道路，这些措施可以有选择地饿死肿瘤而不损害正常脑组织。
随着这一领域的发展，将代谢谱型纳入常规临床护理可能会彻底改变胶质母细胞瘤的治疗，提高患者的生存率和生活质量，对抗这种致命性疾病。
参考文献
• 朱志等. 实时追踪葡萄糖碳揭示人胶质母细胞瘤的代谢重编程. 自然. 2025年9月3日；DOI:10.1038/s41586-025-09460-7.
• ClinicalTrials.gov. NCT05078775. 胶质母细胞瘤的饮食和代谢基础治疗. https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT05078775
• 沃尔堡O. 癌细胞的起源. 科学. 1956年2月24日；123(3191):309-14.
• 范德海登MG, 康特利LC, 汤普森CB. 理解Warburg效应：细胞增殖的代谢需求. 科学. 2009年5月22日；324(5930):1029-33.
• 洛卡萨莱JW. 丝氨酸、甘氨酸和一碳单位：癌症代谢的全貌. 自然评论癌症. 2013年8月；13(8):572-83.
