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无论癌症在体内采取何种形式，它都从细胞水平开始，并通过新陈代谢生长。根据史密斯化学与生物分子工程学院的William C. Hooey主任和Gordon L. Dibble教授Abe Stroock的说法，了解癌症代谢改变已经引起了新的研究兴趣。他的最新研究探讨了多种尺度的癌症代谢，并为未来的研究奠定了理论基础。
“在某种意义上，癌症具有明显的新陈代谢，并且它是已确定的细胞和亚细胞规模的最早[疾病]特征之一，”Stroock说，“Warburg的多尺度计算研究”的高级作者效应，反向Warburg效应和谷氨酰胺成瘾在实体瘤中，“最近发表于PLOS计算生物学。
Mengrou Shan，博士，Stroock实验室的前Samuel C. Fleming家庭研究员，是第一作者。
大约100年前，德国生理学家和诺贝尔奖获得者Otto Warburg假设癌症生长是由线粒体消耗异常量的葡萄糖引起的，即使在氧气存在的情况下也是如此。健康细胞仅在没有氧气的情况下消耗葡萄糖。这种癌症代谢改变现象被称为Warburg效应。
Warburg推测癌症首先是一种代谢性疾病，但随后的研究提出了基因突变是癌症根源的观点。
“Warburg声称这种代谢缺陷是癌症的起源，在很重要的方面，今天已被驳回，”Stroock说。“但我们仍然无法治愈癌症，所以关于与癌症遗传相关的新陈代谢的问题又回到了谈判桌上。”
Stroock说，当癌细胞消耗葡萄糖时，他们通过称为糖酵解的过程来实现，其中大量的葡萄糖转化为乳酸。这是一种使用葡萄糖的非常低效的方式 - 当疲劳的肌肉厌氧消耗糖时会发生相同的现象，如果不加以控制会导致乳酸性酸中毒。
该研究的目标之一是找出癌症新陈代谢中是否以及如何奇怪，如Warburg效应，帮助或伤害肿瘤生长。例如：鉴于糖酵解的内在低效率，肿瘤细胞相对于健康组织应该处于不利地位。
“令人质疑的一个原因是，我们目前对肿瘤的了解是基于适者生存，”Stroock说。“它[癌症]获胜是因为癌细胞违背了良好组织细胞的规则，即”做你被告知的事情“和”有遗传完整性“。在这样做时，肿瘤胜过健康组织。“
Stroock旨在确定这种重新连接的代谢过程的优势和劣势，在多种尺度 - 细胞内，细胞，多细胞 - 并创建这样做的工具。该小组在三种代谢情景中对这些过程进行了建模：
Warburg效应(有氧消耗葡萄糖);
谷氨酰胺成瘾，被视为癌症代谢的标志，并且;
反向Warburg效应，其中癌细胞“劫持”肿瘤微环境中的非癌细胞并迫使它们像癌细胞一样消耗葡萄糖。
该小组使用的工具之一是通量平衡分析(FBA)，一种用于确定单个细胞内整个代谢过程中营养素利用率的计算方法。
在实体瘤形式的细胞群模型中使用FBA的结果，该组证实了Warburg效应为肿瘤提供了生长优势，但谷氨酰胺成瘾不利于肿瘤细胞的生长。“我们表明，对于肿瘤来说，对谷氨酰胺成瘾没有帮助，”Stroock说。“社区必须找到谷氨酰胺重要的其他方式。”
Stroock的团队还提供了在逆向Warburg效应下健康细胞和肿瘤细胞之间关系的见解，这可以让更多的氧气在资源有限的微环境中穿透癌细胞。
Stroock表示，该小组的工作虽然为未来的研究敞开了大门，但也证实了近百年的理论。“它将这一古老的假设置于更稳固的基础上，”他说，“我们现在更加定量地了解癌细胞如何使用这种Warburg机制。”
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