从齐墩果酸到PKM2，Unisense微电极如何验证抗癌药物的代谢重编程效果

在我们身体的每个细胞里，都有一个称为“线粒体”的能量工厂，它通过消耗氧气来高效地产出能量，这个过程叫做“氧化磷酸化”。然而，科学家们很早就发现，癌细胞有一种非常奇怪的“嗜好”：即便在有充足氧气的情况下，它们也更喜欢像剧烈运动时的肌肉细胞一样，采用一种效率低下的“无氧糖酵解”方式来获取能量，大量消耗葡萄糖并产生乳酸。这种现象被称为“瓦氏效应”（Warburg Effect），是癌细胞最显著的特征之一。

这种看似低效的代谢方式，其实暗藏玄机。它能像一条繁忙的生产线，快速产生大量中间产物，为癌细胞无限增殖提供所需的“建筑材料”，如核酸、氨基酸和脂质。因此，干扰癌细胞的这条特殊能量供应链，就成了抗癌研究的一个热门新方向。在这条供应链上，一个名为“M2型丙酮酸激酶”（PKM2）的蛋白扮演着关键角色，它就像是一个调节阀，它的活跃会促使癌细胞采用这种异常代谢模式。来自中国的科研团队发现，一种广泛存在于植物中的天然化合物——齐墩果酸（Oleanolic Acid, OA），能够精准地关闭这个“调节阀”，从而切断癌细胞的能量供应，抑制肿瘤生长。这项研究为我们从代谢角度开发新型抗癌药物提供了重要的理论和实验依据。

论文亮点解读

这项研究的突破性发现主要有以下几点：

发现天然植物的新潜力：首次系统性地揭示了我们身边常见的天然化合物——齐墩果酸（OA），可以通过调控癌细胞的代谢模式来抑制肿瘤，为其抗癌功效找到了一个新的作用机制。

锁定精准靶点：研究明确指出，OA的作用靶点是癌细胞代谢中的关键蛋白PKM2。它能降低PKM2的水平，同时提升其同家族但活性更高的“兄弟”PKM1的水平，相当于把癌细胞的“低效齿轮”（PKM2）换成了“高效齿轮”（PKM1）。

阐明作用通路：研究清晰地描绘出了OA起效的完整信号通路：OA → 抑制mTOR信号 → 下调c-Myc蛋白 → 减少hnRNPA1/A2 → 促使PKM2向PKM1转换 → 抑制有氧糖酵解 → 抑制肿瘤生长。这条通路的发现为后续药物研发提供了清晰的路线图。

验证功能联系：研究人员通过基因操作，人为地在OA处理的癌细胞中重新增加PKM2的表达，结果发现癌细胞的异常代谢和生长能力又恢复了。这直接证明了OA的抗癌效果确实是通过抑制PKM2来实现的。

Unisense微电极实验方法操作流程

在验证OA效果的过程中，研究人员需要精确测量癌细胞在给药后的耗氧率（OCR），这是判断其能量代谢方式是否从“糖酵解”回归到“氧化磷酸化”的关键指标。为此，他们使用了一款名为Unisense微电极的精密设备。

操作流程如下：

细胞培养与处理：将前列腺癌细胞（PC-3）或乳腺癌细胞（MCF-7）在培养皿中培养，并分成两组，一组加入齐墩果酸（OA）进行处理，另一组作为不加药的对照。

实时监测：将Unisense微氧电极的尖端小心地插入细胞培养液或特制的微型检测室中，贴近细胞层。这款电极对氧气浓度具有极高的敏感性。

数据采集：电极会实时监测并记录细胞周围溶解氧浓度的微小变化。耗氧越快的细胞，周围氧气浓度下降得也越快。通过专业软件，即可计算出精确的耗氧速率。

结果分析：如图1C所示，研究人员发现OA处理后的癌细胞，耗氧速率显著高于对照组，直观地证明了OA成功逆转了“瓦氏效应”，促使癌细胞更多地利用氧气进行高效产能。

以下是论文中与Unisense仪器相关的数据图，它虽非设备照片，但其中的数据直接由该设备测量得出，证明了其在该研究中的应用：

Figure 1. OA suppresses the aerobic glycolysis in cancer cells.
（图1. OA抑制癌细胞的有氧糖酵解。）

（图片下方文字翻译）在分别用50或100 μg/ml的OA处理6或12小时后，检测PC-3和MCF-7细胞中的葡萄糖消耗（A）、乳酸生产（B）和氧气消耗（C）。方法细节详见材料与方法部分。数据为三组独立实验的平均值（均值±标准差）。, P<0.05; **, P<0.01。*

注：Unisense以其生产各类高精度微传感器（如用于测量氧气、氢气、pH、硫化氢等）而闻名。本篇研究实际使用的是其微氧电极（Oxygen Microsensor） 来测量耗氧率。该公司产品线示意图可能包含多种传感器，但与本实验直接相关的是氧气测量功能。

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总结与展望

总结：本项研究成功地揭示了一种来自植物的天然化合物——齐墩果酸（OA），通过抑制mTOR/c-Myc信号通路，精准下调癌细胞中的PKM2蛋白，迫使其从依赖低效“糖酵解”的代谢模式转变为高效的“氧化磷酸化”模式，从而抑制了癌细胞的能量供应和增殖能力。

意义：该研究不仅为齐墩果酸的抗癌作用提供了全新的科学解释，更重要的是，它验证了“PKM2”作为一个抗癌药物新靶标的巨大潜力。针对肿瘤代谢进行“饿死”癌细胞的疗法，是未来抗癌研究的一个重要方向。

展望：齐墩果酸天然存在，毒性较低，使其成为一种非常有前景的先导化合物。科学家们可以以其为模板，进行结构优化和改造，以期开发出更强效、更具靶向性的新型抗癌药物，造福人类健康。

Unisense 微电极可应用于医学、生理学中组织微环境的研究。目前使用unisense 微电极研究的论文发表在Nature、Science 等知名杂志上的数量已经不胜枚举，可见其应用的性价比很高。