Исследования показывают, как фруктоза в рационе усиливает рост опухолей
Потребление фруктозы значительно возросло за последние пять десятилетий, во многом из-за широкого использования кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы в качестве подсластителя в напитках и пищевых продуктах глубокой переработки.
Новое исследование Вашингтонского университета в Сент-Луисе показывает, что диетическая фруктоза способствует росту опухолей в животных моделях меланомы, рака молочной железы и рака шейки матки . Однако фруктоза не подпитывает опухоли напрямую, согласно исследованию, опубликованному 4 декабря в журнале Nature .
Вместо этого ученые Вашингтонского университета обнаружили, что печень преобразует фруктозу в полезные питательные вещества для раковых клеток. Это важное открытие может открыть новые возможности для лечения и ухода за многими различными типами рака.
«Идея о том, что с помощью диеты можно бороться с раком, интригует», — сказал Гэри Патти, профессор химии в области искусств и наук имени Майкла и Таны Пауэлл, а также профессор генетики и медицины в Медицинской школе Вашингтонского университета.
«Когда мы думаем об опухолях, мы склонны сосредотачиваться на том, какие пищевые компоненты они потребляют напрямую. Вы что-то кладете в свой организм, а затем представляете, что опухоль это потребляет», — сказала Патти. «Но люди сложны. То, что вы кладете в свой организм, может быть потреблено здоровой тканью, а затем преобразовано во что-то еще, что используют опухоли».
«Первоначально мы ожидали, что опухолевые клетки метаболизируют фруктозу так же, как глюкозу, напрямую используя ее атомы для создания новых клеточных компонентов, таких как ДНК. Мы были удивлены, что фруктоза практически не метаболизировалась в опухолях тех типов, которые мы тестировали», — сказал первый автор исследования Рональд Фаул-Грайдер, научный сотрудник лаборатории Патти.
«Мы быстро поняли, что одни только опухолевые клетки не рассказывают всю историю. Не менее важна и печень, которая преобразует фруктозу в питательные вещества, которые могут использовать опухоли».
Используя метаболомику — метод профилирования малых молекул по мере их перемещения через клетки и различные ткани организма — исследователи пришли к выводу, что одним из способов, которым высокие уровни потребления фруктозы способствуют росту опухоли, является увеличение доступности циркулирующих липидов в крови. Эти липиды являются строительными блоками для клеточной мембраны , и раковые клетки нуждаются в них для роста.
«Мы рассмотрели многочисленные виды рака в различных тканях организма, и все они развивались по одному и тому же механизму», — сказал Патти.
Эпоха кукурузного сиропа
Ученые давно поняли, что раковые клетки имеют сильную привязанность к глюкозе — простому сахару, который является предпочтительным источником энергии для организма на основе углеводов.
По своей химической структуре фруктоза похожа на глюкозу. Они оба являются распространенными типами сахара с одинаковой химической формулой, но они различаются тем, как организм их усваивает. Глюкоза перерабатывается во всем организме, тогда как фруктоза почти полностью усваивается тонким кишечником и печенью.
Оба сахара встречаются в природе во фруктах, овощах, молочных продуктах и зерновых. Они также добавляются в качестве подсластителей во многие обработанные пищевые продукты. Фруктоза, в частности, проникла в американскую диету за последние несколько десятилетий. Она пользуется популярностью в пищевой промышленности, поскольку она слаще глюкозы.
До 1960-х годов люди потребляли относительно мало фруктозы по сравнению с сегодняшними цифрами. Сто лет назад среднестатистический человек потреблял всего 5–10 фунтов фруктозы в год. Говоря привычным языком, это примерно равно весу галлона молока. В 21 веке это число возросло и стало эквивалентом 15 галлонов молока.
«Если вы просмотрите свою кладовую и поищите продукты, содержащие кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы , который является наиболее распространенной формой фруктозы, вы будете просто поражены», — говорит Патти, которая также является научным сотрудником онкологического центра Сайтмана в больнице Барнс-Еврей и Центра питания человека в медицинском центре Вашингтонского университета.
«Почти во всем он есть. Это не только конфеты и пирожные, но и такие продукты, как соус для пасты, заправка для салата и кетчуп», — сказал он. «Если вы не пытаетесь активно избегать его, он, вероятно, является частью вашего рациона».
Аппетит рака к фруктозе
Учитывая быстрый рост потребления фруктозы в пищу за последние десятилетия, исследователи из Вашингтонского университета захотели узнать больше о том, как фруктоза влияет на рост опухолей.
Патти и Фоул-Грайдер начали свое исследование, кормя животных с опухолями пищей, богатой фруктозой, а затем измеряя, как быстро росли их опухоли. Исследователи обнаружили, что добавление фруктозы способствовало росту опухоли, не меняя вес тела, уровень глюкозы натощак или уровень инсулина натощак.
«Мы были удивлены, увидев, что это оказало довольно драматическое воздействие. В некоторых случаях скорость роста опухолей ускорилась в два раза или даже больше», — сказал Патти. «Употребление большого количества фруктозы явно очень плохо сказывалось на прогрессировании этих опухолей».
Но следующий шаг в их экспериментах изначально поставил их в тупик. Когда Фаул-Грайдер попытался повторить версию этого теста, скармливая фруктозу раковым клеткам, изолированным в чашке, клетки не отреагировали. «В большинстве случаев они росли почти так же медленно, как если бы мы вообще не давали им сахара», — сказал Патти.
Итак, Патти и Фоул-Грайдер вернулись к изучению изменений в малых молекулах в крови животных, которых кормили диетой с высоким содержанием фруктозы. Используя метаболомику, они выявили повышенные уровни различных видов липидов, включая лизофосфатидилхолины (LPC). Дополнительные тесты в чашках Петри показали, что клетки печени, которых кормили фруктозой, высвобождают LPC.
«Интересно, что сами раковые клетки не могли легко использовать фруктозу в качестве питательного вещества, потому что они не экспрессируют правильный биохимический механизм», — сказал Патти. «Клетки печени экспрессируют. Это позволяет им преобразовывать фруктозу в LPC, которые они могут секретировать для питания опухолей».
Определяющей характеристикой рака является неконтролируемое размножение злокачественных клеток. Каждый раз, когда клетка делится, она должна реплицировать свое содержимое, включая мембраны. Для этого требуется значительное количество липидов. Хотя липиды можно синтезировать с нуля, раковым клеткам гораздо проще просто забирать липиды из окружающей среды.
«За последние несколько лет стало ясно, что многие раковые клетки предпочитают поглощать липиды, а не производить их», — отметила Патти. «Сложность в том, что большинство липидов нерастворимы в крови и требуют довольно сложных транспортных механизмов. LPC уникальны. Они могут обеспечить наиболее эффективный и действенный способ поддержки роста опухоли».
Избегание фруктозы
Интересно, что за тот же период времени, когда потребление фруктозы человеком резко возросло, ряд видов рака стали все более распространенными среди людей в возрасте до 50 лет. Это поднимает вопрос о том, связаны ли эти тенденции.
При поддержке Cancer Grand Challenges Патти недавно объединилась с Инь Цао из WashU Medicine и другими исследователями со всего мира, ни один из которых не принимал участия в этом исследовании, чтобы изучить возможные связи.
«Будет интересно лучше понять, как фруктоза в рационе влияет на заболеваемость раком. Но один из главных выводов этого текущего исследования заключается в том, что если вам не повезло и у вас рак, то вам, вероятно, стоит подумать об отказе от фруктозы. К сожалению, это легче сказать, чем сделать», — сказала Патти.
Авторы исследования заявили, что помимо диетического вмешательства это исследование может помочь нам разработать способ предотвращения стимуляции роста опухолей фруктозой терапевтическим путем с помощью лекарств.
«Следствием этих результатов является то, что нам не нужно ограничиваться только терапевтическими средствами, нацеленными на больные клетки», — сказал Патти. «Вместо этого мы можем подумать о том, чтобы нацеливаться на метаболизм здоровых клеток для лечения рака. Это сработало с мышами в нашем исследовании, но мы хотели бы воспользоваться нашими наблюдениями и попытаться улучшить жизнь пациентов».
Авторы исследования работают с клиническими партнерами из WashU Medicine с целью изучения клинического исследования, связанного с фруктозой в рационе.