2-Deoxy-D-glucose（2-DG）的作用機制及在糖酵解抑制研究中的作用
2-Deoxy-D-glucose（2-DG，2-脫氧-D-葡萄糖，AbMole，M5140）是一種葡萄糖類似物，作為葡萄糖代謝抑制劑，主要通過作用于己糖激酶來抑制糖酵解過程。它在科研領域有著廣泛的應用，涉及多個生物學過程和疾病模型的研究。AbMole為全球科研客戶提供高純度、高生物活性的抑制劑、細胞因子、人源單抗、天然產物、熒光染料、多肽、靶點蛋白、化合物庫、抗生素等科研試劑，全球大量文獻專利引用。
一、2-Deoxy-D-glucose（2-DG）作用機制
2-DG（2-脫氧-D-葡萄糖，AbMole，M5140）在分子結構上與葡萄糖非常相似，僅在2號位缺失了一個氧原子。進入細胞后，可被己糖激酶磷酸化，生成的2-DG-6P不能像葡萄糖-6-磷酸那樣順利進入后續的糖酵解代謝途徑，從而在細胞內積累。隨著2-DG6P 濃度的升高，它會反饋性地抑制己糖激酶的活性，導致葡萄糖磷酸化受阻，進而抑制整個糖酵解過程。
圖 1. Schematic showing the distribution of glycolytic enzymes in various subcellular compartments[1].
二、2-Deoxy-D-glucose（2-DG）的研究應用
1. 2-DG抑制細胞增殖與誘導凋亡
2-DG（2-脫氧-D-葡萄糖，AbMole，M5140）可顯著抑制細胞增殖，并誘導細胞凋亡。2-Deoxy-D-glucose可抑制多種腫瘤細胞系的增殖，如胰腺癌細胞MIA PaCa2、BxP-3、ASPC-1，卵巢癌細胞OVCAR-3、HEY、SK-OV-3等。也有文獻表明2-DG能夠破壞線粒體膜電位，促進細胞色素c的釋放，激活caspase-3，從而誘導細胞凋亡。
2. 2-DG用于代謝途徑調控研究
2-DG（2-Deoxy-D-glucose，AbMole，M5140）常被用于研究細胞內代謝途徑的調控網絡。例如，在腫瘤細胞中，異常活躍的糖酵解是其重要的代謝特征之一。利用2-DG抑制腫瘤細胞的糖酵解后，可抑制腫瘤細胞的能量供應和相關代謝通路的變化，如乳酸代謝和腫瘤細胞中相關蛋白的乳酸修飾。通過此類研究，有助于開發針對腫瘤細胞異常代謝的干預策略。除了上述功能，2DG還會對細胞內的其他代謝途徑產生影響。例如，研究發現2-DG處理細胞后，磷酸戊糖途徑（PPP）代謝物的水平會增加。這是因為糖酵解受阻，細胞為了維持正常的代謝功能，會通過調節代謝途徑，促使葡萄糖-6-磷酸更多地流向PPP途徑，以滿足細胞對 NADPH 等物質的需求。2014年，AbMole的兩款抑制劑分別被西班牙國家心血管研究中心和美國哥倫比亞大學用于動物體內實驗，相關科研成果發表于頂刊 Nature 和 Nature Medicine。
3. 2-DG用于放射性示蹤研究
2-DG（2-Deoxy-D-glucose，AbMole，M5140）可與核素結合，形成放射性示蹤劑。通過正電子發射斷層掃描（PET）技術，能夠觀察其在組織和器官中的分布情況。在科研中，這種放射性示蹤方法被廣泛應用于研究生物體內的葡萄糖代謝分布。例如，在研究動物模型的大腦葡萄糖代謝時，注射核素標記的2-DG后，利用 PET 成像可以清晰地顯示不同腦區對葡萄糖類似物的攝取差異，從而了解大腦在不同生理狀態下的能量代謝活躍區域。這對于研究神經系統疾病的發病機制、作用靶點以及大腦功能分區等方面具有重要意義。此外，在腫瘤研究中，腫瘤細胞通常具有比正常細胞更高的葡萄糖攝取能力，通過核素標記2-DG，能夠更準確地定位動物實驗中的腫瘤組織，評估腫瘤的生長和轉移情況。
三、范例詳解
1. J Transl Med. 2024 Aug 12;22(1):754.
上海交通大學、上海分子醫學工程技術中心的科研人員在上述文章中以胃癌原發腫瘤、淋巴轉移瘤為起始細胞，分別建立了腫瘤類器官模型（SPDO1P和SPDO1LM），通過STRs分析、核型分析、全外顯子測序（WES）和單細胞轉錄組測序（scRNA-seq）等技術，對類器官模型進行了遺傳和表型特征的分析。并使用CCK-8方法測試了類器官對氟尿嘧啶（5-Fu）、鉑類和紫杉醇的敏感性。在實驗中，科研人員發現SPDO1M類器官中存在過度激活的糖酵解通路，并使用AbMole的2-Deoxy-D-glucose（2-DG，AbMole，M5140）處理SPDO1M類器官，結果表明2-Deoxy-D-glucose可抑制類器官細胞的糖酵解和乳酸的產生[2]。
圖 2The lactate concentrations of both organoids significantly declined upon 2-deoxy-D-glucose (DG, 1 mM, 72 h) treatment[2].
2. Front Immunol. 2021 Feb 25;12:620365.
浙江大學的科研人員在上述研究中探討了中性粒細胞在急性慢性肝衰竭（ACLF）模型中的作用，并研究了中性粒細胞的數量、表型、轉錄組和功能的變化與ACLF短期預后的關系。科研人員還發現上述模型中性粒細胞的吞噬、脫顆粒、NET（Neutrophil Extracellular Trap，中性粒細胞胞外陷阱）形成和細胞因子產生等功能存在異常變化。因此，實驗人員探討了代謝重編程是否能夠逆轉中性粒細胞的功能異常，在實驗中使用了來自AbMole的2-Deoxy-D-glucose（2-DG，AbMole，M5140）抑制糖酵解[3]。
圖 3. The effect of glycolysis inhibition on neutrophil extracellular trap (NET) formation[3].
參考文獻及鳴謝
[1] Shanmugasundaram Ganapathy-Kanniappan, Jean-Francois H. Geschwind, Tumor glycolysis as a target for cancer therapy: progress and prospects, Molecular cancer 12(1) (2013) 152.
[2] R. Yang, Y. Qi, W. Kwan, et al., Paired organoids from primary gastric cancer and lymphatic metastasis are useful for personalized medicine, Journal of translational medicine 22(1) (2024) 754.
[3] W. Wu, S. Sun, Y. Wang, et al., Circulating Neutrophil Dysfunction in HBV-Related Acute-on-Chronic Liver Failure, Frontiers in immunology 12 (2021) 620365.
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