Warburg-Effekt

Der Warburg-Effekt (nach dem Physiologen Otto Heinrich Warburg) ist die bei vielen Krebszellen beobachtete Veränderung des Glukose-Stoffwechsels, durch den die Zellen ihre Energie hauptsächlich durch Glykolyse mit anschließender Ausscheidung von Laktat (Milchsäuregärung) gewinnen, statt das Endprodukt der Glykolyse wie normale Zellen dem Citratzyklus in den Mitochondrien zuzuführen.

Diese Stoffwechsellage zeigen auch gesunde Zellen, wenn Sauerstoff fehlt (sogenannte anaerobe Glykolyse). Die Besonderheit des Warburg-Effektes liegt darin, dass Krebszellen auch bei ausreichender Sauerstoffversorgung dieses Verhalten zeigen, weswegen Warburg dies als aerobe Glykolyse bezeichnete. Diese Art der Energiegewinnung ist sehr ineffizient, weswegen die betroffenen Krebszellen einen erhöhten Glukose-Verbrauch haben. Warum die Krebszellen trotzdem diesen Weg der Energiegewinnung nutzen, ist Gegenstand der aktuellen Krebsforschung. In 70 % der Krebsfälle konnte eine Überexpression Glykolyse-relevanter Enzyme und Membrantransporter nachgewiesen werden.

Die anaerobe Glykolyse ist aber nicht die einzige Laktatquelle. Tumorzellen können auch alternative Stoffwechselwege aktivieren, wie die Synthese aus Glutamin und Alanin. Die Tumorzellen haben zunächst Nachteile durch die Umstellung des Stoffwechsels, da sowohl die anaerobe Glykolyse weniger Energie liefert als auch die Synthese von Milchsäure aus anderen Metaboliten Energie erfordert. Pyruvat, Laktat und einige andere Glykolyse-assoziierete Metaboliten sind chemische Radikalfänger. Viele Tumortherapien, insbesondere ionisierende Strahlen und bestimmte Chemotherapeutika wirken durch Bildung von Radikalen. Tumorzellen mit vielen Radikalfängern lassen sich daher schlechter bekämpfen. Daher ist der Laktatgehalt klinischer Tumoren Gegenstand der Forschung. Durch induzierte Biolumineszenzreaktion kann zum Beispiel an Gewebeproben der Gehalt von Glukose, Laktat und Pyruvat gemessen werden. Ein erhöhter Laktatspiegel in HNO-Tumoren war mit einem erhöhten Risiko der Metastasierung verknüpft.

Otto Warburgs ursprüngliche Hypothese, nach der der Warburg-Effekt die Ursache der Krebsentstehung sei, gilt als überholt.

Literatur

• Maria V. Liberti, Jason W. Locasale: The Warburg Effect: How Does it Benefit Cancer Cells? In: Trends in biochemical sciences. Band 41, Nr. 3, März 2016, ISSN 0968-0004, S. 211–218, doi:10.1016/j.tibs.2015.12.001, PMID 26778478, PMC 4783224 (freier Volltext). 
• Yaojie Fu, Shanshan Liu, Shanghelin Yin, Weihong Niu, Wei Xiong: The reverse Warburg effect is likely to be an Achilles' heel of cancer that can be exploited for cancer therapy. In: Oncotarget. Band 8, Nr. 34, 25. Mai 2017, ISSN 1949-2553, S. 57813–57825, doi:10.18632/oncotarget.18175, PMID 28915713, PMC 5593685 (freier Volltext). 
• Matthew G. Vander Heiden, Lewis C. Cantley, Craig B. Thompson: Understanding the Warburg Effect: The Metabolic Requirements of Cell Proliferation. In: Science (New York, N.Y.). Band 324, Nr. 5930, 22. Mai 2009, ISSN 0036-8075, S. 1029–1033, doi:10.1126/science.1160809, PMID 19460998, PMC 2849637 (freier Volltext).