2-脱氧-D-葡萄糖与ES-936通过代谢干预增强高低LET辐射对癌细胞的杀伤特异性

本研究揭示了2-脱氧-D-葡萄糖（2-DG）与NAD(P)H:醌氧化还原酶抑制剂ES-936联用可特异性增强癌细胞对高低线性能量转移（LET）辐射的敏感性，其机制涉及糖酵解抑制与氧化还原平衡破坏的双重作用。通过代谢分析、克隆形成实验及DNA修复效率检测，证实该组合能选择性降低癌细胞存活率并诱导高LET辐射后的DNA修复缺陷，为肿瘤精准放疗提供了新策略。

　　

1 引言

癌细胞特有的代谢特征——即使在有氧条件下仍依赖糖酵解（Warburg效应），为靶向治疗提供了突破口。2-脱氧-D-葡萄糖（2-DG）作为糖酵解抑制剂，通过竞争性抑制己糖激酶和葡萄糖-6-磷酸异构酶，干扰能量代谢和戊糖磷酸途径（PPP），从而减少核苷酸合成所需的核糖-5-磷酸和抗氧化剂NADPH的生成。与此同时，NAD(P)H:醌氧化还原酶1（NQO1）抑制剂ES-936可进一步破坏氧化还原平衡，加剧辐射诱导的氧化应激。这两种抑制剂的联合使用，为增强高低LET辐射（如X射线与α粒子）对癌细胞的杀伤效果提供了理论依据。

2 结果

2.1 代谢特征分析

正常成纤维细胞（AG1522D/NFFp）与癌细胞（HT1080/HeLa/HCT116）在标准培养条件下均未表现出绝对的代谢偏好。尽管成纤维细胞倾向于氧化磷酸化（OXPHOS，60-65% ATP生成），但癌细胞中仅肉瘤HT1080显示出明显的糖酵解偏好（55% ATP）。值得注意的是，癌细胞表现出显著的代谢异质性：HeLa和HCT116细胞分别通过20-35%的糖酵解供能，而HT1080细胞的糖酵解活性显著高于成纤维细胞。

2.2 代谢储备能力差异

正常成纤维细胞具有强大的OXPHOS储备能力（200-218%），但糖酵解储备有限（25-30%）；相反，HeLa和HCT116癌细胞表现出高达106-130%的糖酵解储备能力，而OXPHOS储备仅11-46%。这种差异提示癌细胞更依赖糖酵解应对能量需求，而正常细胞可通过OXPHOS代偿。

2.3 2-DG的多元效应

2.5mM 2-DG处理24小时后：

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  能量代谢：HT1080细胞的糖酵解ATP生成降低53%，总ATP减少24%，伴随S期细胞比例下降34-50%和G1期累积15-38%。

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  氧化应激：4小时内ROS水平上升30%，24小时后NADP+/NADPH总量减少46%，表明2-DG通过干扰PPP途径削弱了抗氧化防御。

2.4 ES-936的高效抑制

25nM ES-936可持久抑制NQO1活性达41%（24小时），虽对总NADP+/NADPH水平影响轻微（12%下降），但可能通过改变NAD(P)+/NAD(P)H比例间接影响DNA修复相关酶类（如PARP和sirtuins）。

2.5 协同作用验证

联合处理24小时显著抑制癌细胞增殖（HT1080降低78%），且呈现叠加效应。2P-FLIM成像显示线粒体NAD(P)H还原形式大幅减少，证实代谢与氧化应激通路被双重干扰。

2.6 辐射增敏特异性

克隆形成实验显示，抑制剂组合使HT1080细胞对X射线和α粒子的敏感性分别提高2.3倍和3.1倍，而正常成纤维细胞未受影响。高LET辐射后，癌细胞还表现出独特的DNA修复缺陷——γH2AX焦点残留增加1.8倍，且该缺陷可被鸟苷（GTP前体）而非腺苷逆转，提示GTP依赖性修复通路（如NHEJ）受阻。

3 讨论

本研究首次阐明2-DG与ES-936联用对高低LET辐射的差异化增敏机制：低LET辐射下主要依赖能量剥夺抑制增殖，而高LET辐射则通过GTP耗竭加剧复杂DNA损伤修复障碍。正常细胞因代谢可塑性强而免受显著影响。这一发现为碳离子等粒子放疗的联合策略提供了新方向，未来需进一步验证GTP-Rac1/Abi-1信号轴在修复调控中的作用。

4 材料与方法

实验采用Seahorse XFp分析仪量化代谢参数，克隆形成实验评估辐射敏感性，γH2AX焦点分析DNA修复效率。辐射源涵盖X射线（250 kV）、α粒子（²⁴¹Am）和锂/碳离子（GSI加速器）。统计采用ANOVA与Kolmogorov-Smirnov检验确保结果可靠性。