癌細胞所消化的葡萄糖會洩漏癌細胞蹤跡

胰臟癌相當難以偵測，部分原由是胰臟位於腹腔深處且位置因人稍異，使得胰臟腫瘤得以躲藏，導致患者錯過治療時機。 如今以色列魏茲曼科學研究院（Weizmann Institute of Science）的研究人員開發出一種新方法，類似於藉由測試身體如何消化糖，以檢測是否有糖尿病的葡萄糖耐受性試驗。新的MRI方法追蹤細胞如何攝取以及代謝葡萄糖。使用核磁共振顯影（MRI）技術將胰臟腫瘤於掃描時現身。

約於一個世紀之前，德國猶太裔科學家、同時也是諾貝爾獎得主Otto Warburg發現與非癌細胞相比，腫瘤細胞會消化異常巨量的葡萄糖。他同時注意到大部分由腫瘤細胞消化的葡萄糖會發酵成乳酸，這個現象稱為瓦氏效應（Warburg effect）。藉由展示如何利用MRI分辨以及定位這種只會在癌細胞發生的瓦氏效應所產生的特殊代謝產物，新的魏茲曼MRI技術有機會提供檢查並且辨識胰臟癌細胞的方法。這種方法提供早期篩檢出癌細胞的機會，使治療有效果更佳，對胰臟癌患者也將帶來更有希望的結果。

追蹤葡萄糖代謝的新化學技術

這項研究是由以色列魏茲曼科學研究院（Weizmann Institute of Science）化學與生物物理系Lucio Frydman教授的實驗室與植物與環境科學系的Avigdor Scherz教授合作，使用惡性胰臟癌的小鼠模型進行這項研究。為了開發新型MRI技術，科學家們使用了含有氘（氫的穩定同位素）的化學修飾葡萄糖。修飾過的葡萄糖於MRI掃描之前注射到患有胰臟癌小鼠的血液中。

Frydman教授表示，該方法優於傳統的MRI或正子斷層攝影（PET）技術，因為這兩種技術在識別胰臟腫瘤的解析力不佳。

Frydman教授說：「傳統MRI無法檢測胰臟腫瘤，即使加入外部顯影劑，掃描的特異性仍不足以突顯癌症的存在與位置。醫生無法於患者感受到腫瘤影響之前發現腫瘤。即使掃描結果顯示異常，也常常無法區別癌症亦或是良性囊腫。同樣地，PET掃描也不見得可靠，掃描結果呈現陽性也並不總是意味著罹患癌症。相反地，PET掃描結果陰性也不總是代表患者無癌」，他補充說：「胰臟癌的標準預防性護理通常包含定期的CT與MRI掃描，這類型掃描時常伴隨著侵入性且令人不適的內視鏡活組織檢驗，然而，這樣的組合其實鮮少有效」。為了填補現有診斷方法的不足，Frydman教授和他的團隊著手利用MRI繪製正常組織和癌變組織代謝葡萄糖的不同方式，並發現胰臟癌的新特徵。

「我們都愛糖，誰能拒絕一份美味的冰淇淋聖代！」Frydman教授說「在健康的細胞中，葡萄糖代謝的最終產物是二氧化碳，也就是我們呼出的氣體。但Otto Warburg發現，癌細胞不會「完全」消耗葡萄糖。相反地，葡萄糖的代謝停止於中間階段，生成一種被認為在癌細胞分裂和增殖中具有重要作用的乳酸分子。」Frydman教授解釋：葡萄糖代謝在這個中間點停止，導致癌細胞代謝的能量比正常細胞少。然而這種「進食方式」賦予了癌細胞生存優勢：乳酸的存在極力幫助癌細胞的繁殖並破壞周圍組織。「我們的目標是利用這項事實結合MRI，使乳酸生成的特定位置浮現，從而識別癌細胞和腫瘤的存在與位置。」

增加MRI靈敏度的「替代方案」

但問題是：癌細胞中產生的乳酸量遠低於傳統MRI的檢測閾值，傳統MRI透過掃描組織水份中的大量質子來測量。若需定位乳酸，掃描技術必須克服由水本身產生的巨大信號，因為水中質子的濃度約是由瓦氏效應產生的乳酸濃度的10萬倍。「在傳統MRI中，水的信號過於強大，因此未能檢測到乳酸（癌細胞的標誌）」，Frydman教授說。

為了克服問題，研究團隊導入兩種替代方案。首先，他們將葡萄糖的質子替換為氘，屬於一種非放射性的氫同位素。當這種「氘化」葡萄糖被癌細胞攝取後，產生了氘化乳酸，這大幅度提升可讀取MRI信號的可能性，因為它不再被水中質子信號淹沒。然而乳酸信號仍然相當微弱，因此難以在巨大腫瘤之外的其他情況下被檢測出。為了提高靈敏度使其足以映射氘化乳酸的存在，科學家們開發了結合實驗和影像處理的方法，將靈敏度提高了一個數量級以上，使得「氘MRI」能檢測出這些極微量「改造」乳酸分子的存在。

Frydman教授的氘MRI技術結果非常清晰：即使是低濃度的氘化乳酸也能在掃描中顯現，使毫米大小的腫瘤亮起，而掃描中的其他區域則保持「暗」態。Frydman教授和他的團隊還發現，新方法比僅檢測癌細胞葡萄糖代謝過程的最後一步來識別癌症的其他MRI技術靈敏得多。

Frydman教授強調，這項研究是在動物模型上進行，技術結果仍需在人體中確認。不過他相信氘MRI為改進胰臟癌早期檢測技術提供了新的前景，儘管它並不能提供治療方法。

Frydman教授表示：「我們計劃盡快開始的未來臨床研究，對於那些具有遺傳易感性的人來說，氘MRI可能是拯救生命的早期診斷手段。即使未能及時發現癌症，氘MRI仍能幫助測量葡萄糖轉化為乳酸的速率，可提供一個用於預測某些治療方法是否有效的關鍵指標，甚至決定治療是否有效。未來氘MRI可能成為診斷難以識別的胰臟腫瘤和選擇最佳預後治療方法的首選技術。」

資料來源：

https://wis-wander.weizmann.ac.il/chemistry/sweet-new-mri-method-“lights-”-pancreatic-cancer