市面上有一種說法說癌細胞只吃糖，所以如果讓癌細胞吃不到糖份，就有機會餓死癌細胞達到治療腫瘤的效果。因此有人鼓吹生酮飲食，藉由攝取較少的糖份，增加蛋白質跟脂質的比例，希望可以不影響正常的細胞的新陳代謝，卻讓癌細胞無法得到能量而死亡，但這樣的說法有根據嗎 ？
這個問題相當有趣，讓我們來看看科學研究上目前有什麼證據支持、或不支持這樣的說法。
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Otto Heinrich Warburg, 1983~1970
德國醫師, 諾貝爾生理學獎
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人們會認為癌細胞只吃葡萄糖，是根據Warburg 在1956年的發現，他指出正常的細胞會攝取葡萄糖進行氧化磷酸化反應(也就是有氧呼吸)，但癌細胞似乎比較喜歡進行無氧呼吸，這樣的現象被稱為Warburg effct。根據這樣的發現有人因此推論：癌細胞可能因為粒線體受損，無法進行氧化磷酸化反應(有氧呼吸)，所以只能用無氧呼吸的方式得到能量，但經過了五、六十年後的現在，後面這段推論，已經被證明是錯的了。
有氧呼吸與無氧呼吸
什麼是有氧呼吸呢？就是細胞在有氧的情況下，攝取一個葡萄糖分子，葡萄糖經過分解之後進到粒線體內，進行氧化磷酸化反應，這樣的結果可以產生36個ATP。無氧呼吸則是在不需要氧氣的情況下，細胞攝取一個葡萄糖分子，產生兩個APP，但同時也會產生乳酸，且這些反應在細胞質就可以完成，不需要粒線體的幫忙。
從此表我們可以看出，無氧呼吸的好處是不需要氧氣，且雖然它產生ATP的量比較少，但是速度卻是有氧呼吸的100倍，這樣的優點，很適合癌細胞的需求。因為癌細胞快速的生長，需要快速大量的ATP供應，且腫瘤的微環境常常是缺氧的，進行無氧呼吸可以讓癌細胞在氧氣不足的狀況下，仍然得以繼續產生能量。
Warburg effect 的應用
Warburg effect這個效應可以應用在正子攝影(PET/CT)上。正子攝影就是使用有放射性的葡萄糖，經由點滴打到人體內，受試者必須在檢查前空腹6個小時以上，所以大部分的葡萄糖都會被癌細胞攝取，被癌細胞攝取的葡萄糖釋放出放射線而達到顯影的效果。因此，正子攝影的應用，可以用來偵測腫瘤的活性、癌症治療後的追蹤，或是當作健康檢查以偵測癌症。
癌細胞新陳代謝的差異(異質性)
藉由下圖我們可以發現，癌細胞會表現不同程度地Warburg effect，Warburg effect較強的癌細胞，其攝取葡萄糖速度較快，產生乳酸的量也較多，正子攝影檢查時也會有較強的顯影。相反的，有些癌細胞攝取葡萄糖的速度比較慢，這種腫瘤細胞在正子攝影上可能就不容易顯現出來。
問題一：癌細胞只能吃葡萄糖嗎？
錯！其實癌細胞不止攝取葡萄糖，也會攝取乳酸、脂肪酸、 glutamine ，甚至也會攝取酮體 (ketones) 。什麼？癌細胞也攝取酮體？是的！為什麼癌細胞除了攝取大量的葡萄糖，還要攝取其他小分子物質呢？繼續看下去你就會知道了。所以有一個小型研究發現，給予乳酸和酮體，可能會讓癌細胞容易復發、容易轉移，以及有較差的存活期。
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| 癌細胞還可以攝取乳酸、脂肪酸、酮體(ketones)、glutamine |
問題二：癌細胞的粒線體功能缺損？
錯！其實癌細胞的粒線體並不是真的缺損，而是它的功能受到其他生長訊號的調控，尤其一些促進腫瘤生長因子的訊號，會促進癌細胞進行糖解反應(無氧呼吸)，但會抑制氧化磷酸化(有氧呼吸)、粒線體的功能，而讓我們誤以為癌細胞的粒線體無法運作。
問題三：癌細胞無法進行有氧呼吸？
錯！癌細胞可以進行有氧呼吸。如同上一個問題說的，癌細胞因為粒線體保有氧化磷酸化的功能，所以還是可以進行有氧呼吸 。
癌細胞生長所面臨的挑戰
那問題來了，既然癌細胞可以攝取葡萄糖以外的物質，也可以進行有氧呼吸，為什麼他還是偏好攝取大量的葡萄糖來進行無氧呼吸糖解作用呢？這時候我們就要站在癌細胞的角度幫他設想了。其實癌細胞在缺氧、缺乏營養的環境之下，又要能快速生長 ，也面臨了非常大的挑戰。
挑戰1 ：缺氧
腫瘤因為生長快速且越長越大，可以看到下圖，接近血管的癌細胞(藍色)氧氣比較充足，可以進行有氧呼吸產生較多的ATP，但是離血管比較遠的區域，氧氣量就越來越少，沒辦法支持腫瘤繼續長大。所以如果中間(黃色區域)的癌細胞，可以使用無氧呼吸共體時艱，那更外圍的細胞(紫色區域)就可以獲得少量的氧氣而得以存活。另外，癌細胞也會因為缺氧的情況，分泌更多的缺氧刺激因子，產生更多的血管上皮生長 因子，來促進腫瘤的血管新生，以利腫瘤生長。
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| 黃色區域共體時艱，減少氧氣攝取，可以讓紫色區域獲得少量氧氣。 |
挑戰2：大量的能量需求
誠如上面所說的腫瘤快速生長的時候，需要快速且大量的ATP供應， 雖然有氧呼吸進行的氧化磷酸化反應可以得到較多的ATP，但是產生的速度不夠快，無氧呼吸反而可以在短時間產生100倍的ATP使得腫瘤可以快速獲得能量而生長。(這就像重量訓練的時候，肌肉在短時間需要大量的能量，使用無氧呼吸產生乳酸堆積是一樣的道理，而有氧運動則需要時間暖身，但可以持久的提供能量)
挑戰3：細胞合成的原料
一個細胞的構造包括：細胞膜、胞器、細胞質、細胞核、DNA 等等，所以癌細胞不可能只吃葡萄糖，他一定還需要攝取其他營養分子，來合成蛋白質、核酸、脂質等等物質。葡萄糖代謝後的產物，可以進一步當作核酸合成的原料，有一部分可以則拿來形成蛋白質；癌細胞也攝取脂肪酸、乳酸、酮酸，這些不但可以拿來形成脂肪，還可以進入粒線體進行TCA cycle轉換成能量，來補充葡萄糖不夠的能量。
挑戰4：自由基的推積
過多的氧化磷酸化反應(有氧呼吸)，會產生自由基的堆積，這些自由基會造成細胞的傷害跟死亡，癌細胞也不例外。而癌細胞進行糖解作用(無氧呼吸)的時候，可以產生較多的NADPH來還原這些自由基，避免癌細胞的傷害跟死亡。
癌細胞新陳代謝的異質性與分工
一個腫瘤裡面有許許多多的癌細胞，這些癌細胞的新陳代謝不盡相同，他們就像一個組織的不同成員，分工合作以利整個組織的成長。從下圖可以看得出來，最靠近血管的癌細胞因為氧氣比較豐富，會進行有氧呼吸，細胞的生長分裂也比較快速，他們有氧呼吸之後產生的自由基，就會交給周遭進行無氧呼吸的細胞來處理；周遭進行無氧呼吸的細胞，可以產生較多還原物質來還原這些自由基，另外這些細胞進行無氧呼吸所製造出來的乳酸跟其他帶些物質，則可以被有氧呼吸的細胞所攝取，拿來當作產生ATP的原料。
細胞是代謝出問題才變成癌細胞嗎？
有一個說法說，＂因為癌細胞的代謝出了問題，所以癌症是一種代謝性的疾病＂。這樣的推論在邏輯上可能是有問題的，也就是說，我們無法由觀察到"癌細胞的代謝情形"來推論"癌症發生的原因"。
Warburg effect對於癌症新陳代謝是個很重要的發現，但過了半個世紀以來，科學界對於癌細胞的代謝方式有越來越多的了解，過去的推論跟猜測有些已經得到答案，我們應該要跟上科學發展的腳步，釐清這些觀念，而不是繼續去推廣半個世紀以前的發現跟假設。
結論
所以說，利用飲食的方式，或許在某些方面有機會降低癌症的發生，但是如果已經產生癌症，使用特殊的飲食希望可以達到控制或治療腫瘤的目的，截至目前為止，並沒有明確的證據可以證明有好的療效。所以癌症患者在考慮特殊的飲食配方之前，應該要非常小心，以免對癌症達不到控制的效果，反而讓身體更加虛弱，這樣就得不償失了。
*本文為科學知識分享，飲食調整對於"治療癌症"沒有明確的證據，但對身體促進仍可能有它的好處，請勿將身體健康保養與癌症治療混為一談。
