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本文聚焦细胞周期中柠檬酸盐振荡，阐述其在细胞代谢中的关键作用。研究发现，癌细胞中柠檬酸盐振荡失调会促进 Warburg 效应（有氧糖酵解）等。高剂量柠檬酸钠可抑制癌细胞生长、诱导凋亡，还能增强化疗效果，为癌症治疗提供新思路。
细胞周期进展的关键方面
细胞周期约 24 小时，包括间期、有丝分裂和胞质分裂。间期占总时间的 90%，分为 G1、S、G2 期；有丝分裂包含前期、前中期、中期、后期和末期 5 个阶段。细胞周期进展由 20 多种细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）调控，这些 CDK 与调节性细胞周期蛋白（cyclin）伙伴激活，按特定时间顺序合成和降解 。
细胞周期进展中的营养振荡
代谢物水平在细胞周期中振荡，为生物合成提供适量代谢物。例如，糖酵解调节因子 PFK2 在 G1/S 转换时达到峰值，随后被 SCF 复合物降解；谷氨酰胺酶 1（GLS1）在 G1 中后期被激活，在有丝分裂开始时被 APC/C-Cdh1 复合物降解。许多酶具有 “兼职” 功能，将细胞周期进展与代谢变化联系起来。细胞周期各阶段的代谢活动不同，G1 期主要支持蛋白质合成，S 期用于 DNA 复制，晚 S 期和 G2 期则为从头脂质合成。
3.1 G1 期的第一部分
G1 期是细胞周期最长的阶段。在缺乏生长因子时，细胞在限制点（R）退出细胞周期进入静止状态（G0）。生长因子刺激细胞退出 G0 期，激活 cyclin D 与 CDK4/6 相互作用。早期 G1 期的重要事件包括组蛋白乙酰化，这一过程利用母细胞间期结束时组蛋白去乙酰化产生的乙酸盐分子。核胞质乙酰辅酶 A 合成酶 2（ACS2）将乙酸盐转化为乙酰辅酶 A，用于组蛋白乙酰化。同时，线粒体功能受到抑制，TCA 循环下调，脂肪酸氧化（FAO）也被抑制。低活性的单体 / 二聚体丙酮酸激酶 M2（PKM2）促进上游分支途径，如磷酸戊糖途径（PPP）和丝氨酸合成途径（SSP），为核苷酸合成提供分子。
3.2 中期 G1 期
低活性的单体 / 二聚体 PKM2 转移到细胞核，上调 cyclin D1 和多种癌基因的表达。随着 cyclin D3-CDK6 复合物的降解，糖酵解得到促进，线粒体功能增强。此时，PFK2 和 GLS1 积累，TCA 循环完整运行，产生的 NADPH 有助于限制活性氧（ROS）诱导的氧化损伤。细胞进入 “生长阶段”，柠檬酸和 ATP 产量增加，柠檬酸被 ATP 柠檬酸裂解酶（ACLY）大量消耗，用于蛋白质乙酰化和草酰乙酸（OAA）形成，支持核苷酸合成。
3.3 营养限制检查点、晚期 G1 期和 G1/S 转换
细胞在晚期 G1 期到达营养限制检查点，由哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）控制。AKT/mTOR 信号通路感知细胞的营养和能量水平，决定是否进入 G1/S 转换。AKT 促进有氧糖酵解，激活 PFK2/PFKFB3，增强糖酵解和 ACLY 功能，促进生物合成。PFK2/PFKFB3 的产物 F-2,6 - 双磷酸（F-2,6-BP）抑制细胞周期抑制剂 p27 (Kip1)，促进 G1/S 转换。晚期 G1 期，ATP 产量达到第一个峰值，细胞通过 G1/S 检查点。
3.4 S 期
进入 S 期需要 cyclin E-CDK2 复合物激活，驱动 DNA 复制相关基因的转录；S 期的进展主要由 cyclin A-CDK2 复合物驱动。c-MYC 激活 SSP 和谷氨酰胺分解，促进 DNA 合成。由于 IDH1 和 IDH2 酶的抑制，柠檬酸盐出口增加，支持 ACLY 活性，为 DNA 表观遗传调控提供乙酰辅酶 A，为天冬氨酸合成提供 OAA。同时，NADPH 通过葡萄糖 - 6 - 磷酸脱氢酶（G6PDH）、6 - 磷酸葡萄糖酸脱氢酶（6PGD）和苹果酸酶 1（ME1）再生，维持氧化还原平衡。
3.5 G2 期
G2 期由 cyclin A-CDK2 复合物激活调控，从头脂质合成强烈进行，为有丝分裂准备细胞膜复制。脂肪酸合成酶（FAS）需要大量 NADPH，IDH3 被 APC/C-CDH1 复合物抑制，增加柠檬酸盐的出口。细胞质中柠檬酸盐大量支持 ACLY 反应，为脂质合成提供乙酰辅酶 A。氧化 PPP、ME1 和谷氨酸脱氢酶（GDH）再生 NADPH。随着 DNA 合成完成，碳分子通过转酮醇酶 1（TKL1）循环回糖酵解，增加 ATP 产量。
3.6 G2/M 转换
从晚期 G2 期到有丝分裂的进展由 cyclin B-CDK1 复合物调控，该复合物由 AURKA/PLK1/CDC25C 轴促进。cyclin B-CDK1 复合物维持 ATP 产生，确保细胞准备好进入有丝分裂。GAPDH 与 cyclin B 结合，促进有丝分裂活动。G2/M 检查点确保细胞在 DNA 损伤或能量不足时停止进入有丝分裂，进行 DNA 修复或凋亡。
3.7 有丝分裂
有丝分裂由 CDK1-cyclin B 和有丝分裂极光激酶 A/B 调节。在有丝分裂期间，细胞质中柠檬酸盐水平下降，因为生物合成最少或停止，线粒体中的柠檬酸盐在 TCA 循环中被消耗，产生 ATP 和鸟苷三磷酸（GTP），为有丝分裂事件提供能量。CDK1-cyclin B 和 AURKA 调节线粒体裂变，确保线粒体在子细胞中的正确分布。
细胞周期中柠檬酸盐的振荡
细胞周期中柠檬酸盐振荡类似正弦曲线，有两个峰值，分别出现在营养限制检查点（中期 / 晚期 G1 期）和 G2 期。柠檬酸盐水平约在 0.05 - 4mM 之间，这是因为 PFK-2 会被柠檬酸盐强烈抑制，2mM 的柠檬酸盐可完全使 PFK1 失活，4mM 时 ACC1 活性最高，5mM 则会完全抑制琥珀酸脱氢酶（SDH）。
低细胞质柠檬酸盐水平驱动癌细胞中失调的 Warburg 效应并促进侵袭性细胞表型
许多癌细胞依赖 Warburg 效应，低细胞质柠檬酸盐水平会促进这一效应。PI3K/AKT 通路激活 PDK1 和 PFK2，促进 Warburg 效应，而低柠檬酸盐水平无法抑制 PFK1/PFK2，使得该效应失控。此外，低柠檬酸盐水平还可能促进依赖氧化代谢的癌细胞发展，因为它可以促进 FBPase 失活，支持截断的糖异生途径。
柠檬酸盐的给药诱导细胞凋亡并增加对细胞毒性治疗的敏感性
6.1 柠檬酸钠（5 - 10mM）靶向糖酵解和氧化癌细胞
高剂量的柠檬酸钠（SCT，>5 - 10mM）可抑制多种癌细胞的生长，诱导细胞凋亡，增加对化疗药物的敏感性。它通过抑制 PFK1 和 PFK2，抑制 Warburg 效应和 ATP 产生，还能抑制致癌生长因子，促进细胞周期调节抑制分子的表达。同时，柠檬酸盐可降低肿瘤细胞的氧消耗，下调 TCA 循环功能，抑制多种 TCA 循环酶。
6.2 柠檬酸钠减小荷瘤小鼠的肿瘤大小并增加对化疗的敏感性
在小鼠模型中，SCT 耐受性良好，可显著减少多种耐药肿瘤模型的肿瘤生长，增加对化疗药物的敏感性。它还能增强细胞毒性免疫反应，诱导白细胞和淋巴细胞浸润，促进 M2 巨噬细胞向 M1 巨噬细胞的重极化。
柠檬酸盐（>5mM）使细胞周期停滞在 G0/G1 或 G2/M 期
高浓度的 SCT 可使细胞周期停滞在 G0/G1 期或 G2/M 期。在不同癌细胞系中，其作用机制包括激活 PTEN，抑制 PI3K/AKT 和 cyclin B1-CDK1 活性，增加 P53、P21 和 P16 的表达，抑制细胞周期进展。
讨论和治疗前景
本文阐述了细胞周期中柠檬酸盐振荡与 Warburg 效应的关系，以及低细胞质柠檬酸盐水平对癌细胞代谢和致癌信号的影响。SCT 在体内外研究中均显示出抑制肿瘤生长、提高化疗敏感性的潜力，且对正常组织毒性较低。未来可通过检测肿瘤内柠檬酸盐浓度辅助癌症诊断和治疗监测。SCT 还可与细胞周期抑制剂联合使用，提高治疗效果，但需要进一步研究其对不同癌症类型细胞周期进展的影响，以确定最佳组合策略和给药途径。
