有關腫瘤細胞的瓦爾堡效應（Warburg effect），下列何者正確？

本題觀念：

瓦爾堡效應 (Warburg effect)，又稱為有氧糖解 (Aerobic Glycolysis)。 這是腫瘤細胞代謝的一個核心特徵。由德國生理學家 Otto Warburg 發現，描述腫瘤細胞即使在氧氣充足的環境下，仍然傾向優先使用糖解作用 (Glycolysis) 將葡萄糖代謝為乳酸 (Lactate) 來產生能量，而非主要依賴產能效率較高的粒線體氧化磷酸化 (Oxidative Phosphorylation)。

選項分析

• A. 在無氧的情況下才能進行：錯誤。

  • 瓦爾堡效應的定義正是指細胞在有氧氣 (Aerobic) 的條件下，依然選擇進行糖解作用產生乳酸。一般的無氧糖解 (Anaerobic glycolysis) 是細胞在缺氧時的正常生理反應（如劇烈運動後的肌肉），但瓦爾堡效應強調的是「有氧氣卻不用」，這是癌細胞代謝異常的標誌。

• B. 將乳酸轉化為葡萄糖：錯誤。

  • 瓦爾堡效應的代謝方向是 葡萄糖 (Glucose) $\rightarrow$ 乳酸 (Lactate)。
  • 將乳酸轉化為葡萄糖的過程稱為糖質新生 (Gluconeogenesis)，主要發生在肝臟（透過柯氏循環 Cori cycle），並非瓦爾堡效應本身的定義。

• C. 僅出現在腫瘤，非腫瘤細胞不會出現瓦爾堡效應：錯誤。

  • 雖然瓦爾堡效應是腫瘤的特徵，但並非僅限於腫瘤。正常快速增殖的細胞（如活化的 T 淋巴球、造血幹細胞、胚胎組織）為了滿足快速分裂所需的生物合成需求，也會表現出類似的代謝模式（有氧糖解）。

• D. 可提供合成細胞成分所需的代謝中間產物：正確。

  • 這是瓦爾堡效應對腫瘤細胞最重要的生存優勢之一。
  • 雖然糖解作用產生的 ATP 較少，但這種代謝模式可以讓大量的葡萄糖碳源進入合成代謝途徑 (Biosynthetic pathways)。
  • 例如：
    • 葡萄糖-6-磷酸 (G6P) $\rightarrow$ 進入五碳糖磷酸途徑 (PPP) $\rightarrow$ 合成核苷酸 (Nucleotides) 與 NADPH（抗氧化）。
    • 3-磷酸甘油酸 (3-PG) $\rightarrow$ 合成絲胺酸 (Serine) 等胺基酸。
    • 丙酮酸/乙醯輔酶A $\rightarrow$ 合成脂質 (Lipids)。
  • 這些中間產物是細胞快速分裂、複製 DNA 和合成細胞膜所必需的「原料 (Biomass)」。

答案解析

瓦爾堡效應的核心意義在於「代謝重編程 (Metabolic Reprogramming)」。癌細胞犧牲了 ATP 的產量效率，換取了生物合成原料 (Biomass precursors) 的快速累積，以支持其失控的細胞增殖。因此，選項 (D) 正確描述了此效應的生物學功能。

核心知識點

1. 定義：瓦爾堡效應 = 有氧糖解 (Aerobic Glycolysis)。即使氧氣充足，葡萄糖仍大量轉化為乳酸。
2. 目的：
   • 快速供能：雖然效率低，但速度快（ATP production rate high）。
   • 生物合成：提供合成核酸 (Nucleotides)、胺基酸 (Amino acids)、脂質 (Lipids) 所需的碳骨架。
   • 氧化還原平衡：產生 NADPH 以對抗氧化壓力。
3. 臨床應用：PET-CT 掃描 (Positron Emission Tomography)。利用癌細胞大量攝取葡萄糖（以及其類似物 FDG）的特性來進行腫瘤顯像與分期。
4. 關鍵酵素：癌細胞常過度表現 Hexokinase 2 (HK2)、Pyruvate Kinase M2 (PKM2)、Lactate Dehydrogenase A (LDHA) 等糖解酵素。

參考資料

1. Warburg effect (oncology) - Wikipedia
2. Understanding the Warburg Effect: The Metabolic Requirements of Cell Proliferation - Science
3. The Warburg Effect: How Does it Benefit Cancer Cells? - TiBS