三维球体代谢流分析揭示结直肠癌和胰腺导管腺癌细胞系与匹配二维培养在葡萄糖代谢上的显著差异

背景：大多数体外癌细胞实验使用二维模型进行。然而，三维球体培养因其更能代表体内肿瘤条件而日益受到青睐。为了克服二维细胞培养的转化挑战，三维系统更好地模拟了肿瘤中存在的更复杂的细胞间接触和营养水平，增进了我们对癌症复杂性的理解。尽管有这种需求，但关于三维培养在代谢上与二维培养有何不同的报道很少。方法：使用来自结直肠癌（HCT116和SW948）和胰腺导管腺癌（Panc-1和MIA-Pa-Ca-2）的已明确描述的细胞系来研究三维球体模型中的代谢。通过代谢流分析和关键代谢蛋白的表达，研究了在正常葡萄糖条件下二维和三维培养的代谢差异。结果：我们发现，与二维培养相比，三维培养的葡萄糖代谢存在显著差异，既涉及糖酵解也涉及氧化磷酸化。在标准营养条件下，球体具有更高的ATP相关呼吸，并且在缺乏补充葡萄糖的情况下具有更高的非有氧ATP产生。此外，ATP相关呼吸与OCR/ECAR显著负相关（p = 0.0096）。与二维相比，所有球体模型中线粒体转运蛋白TOMM20的表达降低，而单羧酸转运蛋白（MCT）的表达在4个球体模型中的3个中增加。结论：在这项对CRC和PDAC细胞系的研究中，我们证明三维球体中的葡萄糖代谢与二维培养显著不同，无论是在糖酵解还是氧化磷酸化指标方面。一个细胞系从二维到三维培养的代谢表型转变大于每个细胞系与肿瘤来源之间的表型差异。本文的结果强调了使用三维细胞模型研究营养利用和代谢流的必要性，以更好地理解肿瘤代谢和潜在的代谢治疗靶点。