Wątroba przekształca fruktozę z pożywienia w składniki odżywcze, które napędzają wzrost nowotworu, łącząc spożycie dużej ilości fruktozy z progresją raka. Odkrycie to podkreśla zarówno ostrożność dietetyczną, jak i potencjalne nowe metody leczenia raka.
W ciągu ostatnich pięciu dekad spożycie fruktozy znacznie wzrosło, przede wszystkim ze względu na szerokie zastosowanie wysokofruktozowego syropu kukurydzianego jako słodzika w napojach i ultraprzetworzonej żywności. Niedawne badania przeprowadzone na Uniwersytecie Waszyngtońskim w St. Louis wykazały, że fruktoza w diecie sprzyja wzrostowi guza w zwierzęcych modelach czerniaka, raka piersi i raka szyjki macicy. Jednak badanie opublikowane 4 grudnia w czasopiśmie Naturawskazuje, że fruktoza nie napędza bezpośrednio nowotworów.
Zamiast tego naukowcy z WashU odkryli, że wątroba przekształca fruktozę w przydatne składniki odżywcze dla komórek nowotworowych, co jest przekonującym odkryciem, które może otworzyć nowe możliwości opieki i leczenia wielu różnych typów nowotworów.
„Pomysł, że można pokonać raka dietą, jest intrygujący” – powiedział Gary Patti, profesor chemii Michaela i Tany Powellów w dziedzinie nauk ścisłych i artystycznych oraz profesor genetyki i medycyny w School of Medicine, wszyscy na WashU.
„Kiedy myślimy o nowotworach, zwykle skupiamy się na tym, jakie składniki diety bezpośrednio spożywają. Wprowadzasz coś do swojego organizmu, a potem wyobrażasz sobie, że guz to wchłania” – powiedziała Patti. „Ale ludzie są skomplikowani. To, co włożysz do organizmu, może zostać skonsumowane przez zdrową tkankę, a następnie przekształcone w coś innego, czego użyją nowotwory.
„Nasze początkowe oczekiwania były takie, że komórki nowotworowe metabolizują fruktozę podobnie jak glukozę, bezpośrednio wykorzystując jej atomy do budowy nowych składników komórkowych, takich jak DNA. Byliśmy zaskoczeni, że fruktoza była ledwo metabolizowana w testowanych przez nas typach nowotworów” – powiedział pierwszy autor badania, Ronald Fowle-Grider, stażysta ze stopniem doktora w laboratorium Patti. „Szybko dowiedzieliśmy się, że same komórki nowotworowe nie mówią wszystkiego. Równie ważna jest wątroba, która przekształca fruktozę w składniki odżywcze, które mogą wykorzystać nowotwory.
Korzystając z metabolomiki – metody profilowania małych cząsteczek przemieszczających się przez komórki i różne tkanki w organizmie – naukowcy doszli do wniosku, że jednym ze sposobów, w jaki wysoki poziom spożycia fruktozy sprzyja wzrostowi nowotworu, jest zwiększenie dostępności krążących lipidów we krwi. Lipidy te stanowią budulec błony komórkowej, a komórki nowotworowe potrzebują ich do wzrostu.
„Przyjrzeliśmy się wielu różnym nowotworom w różnych tkankach organizmu i wszystkie miały ten sam mechanizm” – powiedziała Patti.
Era syropu kukurydzianego
Naukowcy od dawna uznali, że komórki nowotworowe mają duże powinowactwo do glukozy – cukru prostego, który jest preferowanym przez organizm źródłem energii opartym na węglowodanach.
Pod względem budowy chemicznej fruktoza jest podobna do glukozy. Obydwa są powszechnymi rodzajami cukru, mają ten sam wzór chemiczny, różnią się jednak sposobem, w jaki organizm je metabolizuje. Glukoza jest przetwarzana w całym organizmie, natomiast fruktoza jest prawie w całości metabolizowana w jelicie cienkim i wątrobie.
Obydwa cukry występują naturalnie w owocach, warzywach, produktach mlecznych i zbożach. Dodaje się je również jako słodziki do wielu przetworzonych produktów spożywczych. W szczególności fruktoza przeniknęła do amerykańskiej diety w ciągu ostatnich kilku dekad. Jest preferowana przez przemysł spożywczy, ponieważ jest słodsza niż glukoza.
Przed latami sześćdziesiątymi ludzie spożywali stosunkowo mało fruktozy w porównaniu z dzisiejszymi liczbami. Sto lat temu przeciętny człowiek spożywał zaledwie 5–10 funtów fruktozy rocznie. Mówiąc potocznie, jest to mniej więcej tyle samo, ile waży galon mleka. W XXI wieku liczba ta wzrosła do równowartości 15 galonów mleka.
„Jeśli przejrzysz spiżarnię i szukasz produktów zawierających wysokofruktozowy syrop kukurydziany, który jest najpowszechniejszą formą fruktozy, jest to dość zdumiewające” – powiedziała Patti, która jest również pracownikiem naukowym Siteman Cancer Center. z siedzibą w Barnes-Jewish Hospital i WashU Medicine oraz Centrum Żywienia Człowieka w WashU Medicine.
„Prawie wszystko to ma. To nie tylko słodycze i ciasta, ale także produkty takie jak sos do makaronu, sos sałatkowy i keczup” – powiedział. „Jeśli aktywnie nie starasz się tego unikać, prawdopodobnie jest to część twojej diety”.
Apetyt raka na fruktozę
Biorąc pod uwagę szybki wzrost spożycia fruktozy w diecie w ciągu ostatnich dziesięcioleci, badacze z WashU chcieli dowiedzieć się więcej na temat wpływu fruktozy na wzrost nowotworów.
Patti i Fowle-Grider rozpoczęli swoje badania od podawania zwierzętom z nowotworami diety bogatej w fruktozę, a następnie mierząc, jak szybko rósł ich guz. Naukowcy odkryli, że dodatek fruktozy sprzyja wzrostowi nowotworu bez zmiany masy ciała, poziomu glukozy na czczo ani postu insulina poziomy.
„Byliśmy zaskoczeni, widząc, że miało to dość dramatyczny wpływ. W niektórych przypadkach tempo wzrostu guzów przyspiesza dwukrotnie lub nawet szybciej” – stwierdziła Patti. „Spożywanie dużych ilości fruktozy było wyraźnie bardzo szkodliwe dla rozwoju tych nowotworów”.
Jednak następny krok w ich eksperymentach początkowo ich zaskoczył. Kiedy Fowle-Grider próbował powtórzyć wersję tego testu, karmiąc fruktozą komórki nowotworowe wyizolowane na naczyniu, komórki te nie zareagowały. „W większości przypadków rosły prawie tak wolno, jak gdybyśmy w ogóle nie dawali im cukru” – stwierdziła Patti.
Zatem Patti i Fowle-Grider wrócili do przyglądania się zmianom w małych cząsteczkach we krwi zwierząt karmionych dietą bogatą w fruktozę. Korzystając z metabolomiki, zidentyfikowali podwyższony poziom różnych lipidów gatunekw tym lizofosfatydylocholiny (LPC). Dodatkowe badania na płytkach wykazały, że komórki wątroby karmione fruktozą uwalniają LPC.
„Co ciekawe, same komórki nowotworowe nie były w stanie łatwo wykorzystywać fruktozy jako składnika odżywczego, ponieważ nie wykazują odpowiedniej ekspresji biochemicznej” – stwierdziła Patti. „Komórki wątroby tak. To pozwala im przekształcać fruktozę w LPC, które mogą wydzielać, aby pożywić się nowotworami.
Cechą charakterystyczną raka jest niekontrolowana proliferacja komórek złośliwych. Za każdym razem, gdy komórka się dzieli, musi replikować swoją zawartość, w tym błony. Wymaga to znacznej ilości lipidów. Chociaż lipidy można syntetyzować od podstaw, komórkom nowotworowym znacznie łatwiej jest po prostu pobrać lipidy z otaczającego ich środowiska.
„W ciągu ostatnich kilku lat stało się jasne, że wiele komórek nowotworowych woli pobierać lipidy, niż je wytwarzać” – zauważyła Patti. „Komplikacją jest to, że większość lipidów jest nierozpuszczalna we krwi i wymaga raczej złożonych mechanizmów transportu. LPC są wyjątkowe. Mogą zapewnić najskuteczniejszy i najskuteczniejszy sposób wspierania wzrostu nowotworu.
Unikanie fruktozy
Co ciekawe, w tym samym okresie, w którym gwałtownie wzrosło spożycie fruktozy przez ludzi, wśród osób poniżej 50. roku życia coraz częściej występuje wiele nowotworów. Nasuwa się pytanie, czy te tendencje są ze sobą powiązane. Dzięki wsparciu w wysokości 25 milionów dolarów z Cancer Grand Challenges Patti niedawno nawiązała współpracę z Yin Cao, profesorem chirurgii w WashU Medicine i innymi badaczami z całego świata, z których żaden nie był zaangażowany w to badanie, aby zbadać możliwe powiązania.
„Dokładne zrozumienie wpływu fruktozy w diecie na występowanie nowotworów będzie ekscytujące. Jednak wniosek płynący z tego obecnego badania jest taki, że jeśli nieszczęśliwie zachorowałeś na raka, prawdopodobnie powinieneś pomyśleć o unikaniu fruktozy. Niestety, łatwiej to powiedzieć, niż zrobić” – stwierdziła Patti.
Oprócz interwencji dietetycznej autorzy badania stwierdzili, że badania te mogą pomóc nam w opracowaniu sposobu zapobiegania powodowaniu przez fruktozę wzrostu guza w celach terapeutycznych za pomocą leków.
„Konsekwencją tych odkryć jest to, że nie musimy ograniczać się do terapii ukierunkowanych wyłącznie na komórki chorobowe” – stwierdziła Patti. „Możemy raczej pomyśleć o ukierunkowaniu metabolizmu zdrowych komórek w celu leczenia raka. W naszym badaniu zadziałało to na myszach, ale chcielibyśmy skorzystać z naszych obserwacji i spróbować poprawić życie pacjentów”.
Autorzy badania współpracują z partnerami klinicznymi z WashU Medicine, aby zbadać badanie kliniczne dotyczące fruktozy w diecie.
Odniesienie: „fruktoza dietetyczna zwiększa wzrost nowotworu pośrednio poprzez międzyorganiczny transfer lipidów” Ronald Fowle-Grider, Joe L. Rowles III, Isabel Shen, Yahui Wang, Michaela Schwaiger-Haber, Alden J. Dunham, Kay Jayachandran, Matthew Inkman, Michael Zahner , Fuad J. Naser, Madelyn M. Jackstadt, Jonathan L. Spalding, Sarah Chiang, Kyle S. McCommis, Roland E. Dolle, Eva T. Kramer, Sarah M. Zimmerman, George P. Souroullas, Brian N. Finck, Leah P. Shriver, Charles K. Kaufman, Julie K. Schwarz, Jin Zhang i Gary J. Patti, 4 grudnia 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-08258-3
Badania te zostały częściowo sfinansowane przez Fundację im Narodowe Instytuty Zdrowia (NIH) (R35 ES028365)
