2-Deoxy-D-glucose（2-DG）的作用机制及在糖酵解抑制研究中的作用_abio生物试剂品牌网
2-Deoxy-D-glucose（2-DG，2-脱氧-D-葡萄糖，AbMole，M5140）是一种葡萄糖类似物，作为葡萄糖代谢抑制剂，主要通过作用于己糖激酶来抑制糖酵解过程。它在科研领域有着广泛的应用，涉及多个生物学过程和疾病模型的研究。AbMole为全球科研客户提供高纯度、高生物活性的抑制剂、细胞因子、人源单抗、天然产物、荧光染料、多肽、靶点蛋白、化合物库、抗生素等科研试剂，全球大量文献专利引用。
一、2-Deoxy-D-glucose（2-DG）作用机制
2-DG（2-脱氧-D-葡萄糖，AbMole，M5140）在分子结构上与葡萄糖非常相似，仅在2号位缺失了一个氧原子。进入细胞后，可被己糖激酶磷酸化，生成的2-DG-6P不能像葡萄糖-6-磷酸那样顺利进入后续的糖酵解代谢途径，从而在细胞内积累。随着2-DG6P 浓度的升高，它会反馈性地抑制己糖激酶的活性，导致葡萄糖磷酸化受阻，进而抑制整个糖酵解过程。
图 1. Schematic showing the distribution of glycolytic enzymes in various subcellular compartments[1].
二、2-Deoxy-D-glucose（2-DG）的研究应用
1. 2-DG抑制细胞增殖与诱导凋亡
2-DG（2-脱氧-D-葡萄糖，AbMole，M5140）可显著抑制细胞增殖，并诱导细胞凋亡。2-Deoxy-D-glucose可抑制多种肿瘤细胞系的增殖，如胰腺癌细胞MIA PaCa2、BxP-3、ASPC-1，卵巢癌细胞OVCAR-3、HEY、SK-OV-3等。也有文献表明2-DG能够破坏线粒体膜电位，促进细胞色素c的释放，激活caspase-3，从而诱导细胞凋亡。
2. 2-DG用于代谢途径调控研究
2-DG（2-Deoxy-D-glucose，AbMole，M5140）常被用于研究细胞内代谢途径的调控网络。例如，在肿瘤细胞中，异常活跃的糖酵解是其重要的代谢特征之一。利用2-DG抑制肿瘤细胞的糖酵解后，可抑制肿瘤细胞的能量供应和相关代谢通路的变化，如乳酸代谢和肿瘤细胞中相关蛋白的乳酸修饰。通过此类研究，有助于开发针对肿瘤细胞异常代谢的干预策略。除了上述功能，2DG还会对细胞内的其他代谢途径产生影响。例如，研究发现2-DG处理细胞后，磷酸戊糖途径（PPP）代谢物的水平会增加。这是因为糖酵解受阻，细胞为了维持正常的代谢功能，会通过调节代谢途径，促使葡萄糖-6-磷酸更多地流向PPP途径，以满足细胞对 NADPH 等物质的需求。2014年，AbMole的两款抑制剂分别被西班牙国家心血管研究中心和美国哥伦比亚大学用于动物体内实验，相关科研成果发表于顶刊 Nature 和 Nature Medicine。
3. 2-DG用于放射性示踪研究
2-DG（2-Deoxy-D-glucose，AbMole，M5140）可与核素结合，形成放射性示踪剂。通过正电子发射断层扫描（PET）技术，能够观察其在组织和器官中的分布情况。在科研中，这种放射性示踪方法被广泛应用于研究生物体内的葡萄糖代谢分布。例如，在研究动物模型的大脑葡萄糖代谢时，注射核素标记的2-DG后，利用 PET 成像可以清晰地显示不同脑区对葡萄糖类似物的摄取差异，从而了解大脑在不同生理状态下的能量代谢活跃区域。这对于研究神经系统疾病的发病机制、作用靶点以及大脑功能分区等方面具有重要意义。此外，在肿瘤研究中，肿瘤细胞通常具有比正常细胞更高的葡萄糖摄取能力，通过核素标记2-DG，能够更准确地定位动物实验中的肿瘤组织，评估肿瘤的生长和转移情况。
三、范例详解
1. J Transl Med. 2024 Aug 12;22(1):754.
上海交通大学、上海分子医学工程技术中心的科研人员在上述文章中以胃癌原发肿瘤、淋巴转移瘤为起始细胞，分别建立了肿瘤类器官模型（SPDO1P和SPDO1LM），通过STRs分析、核型分析、全外显子测序（WES）和单细胞转录组测序（scRNA-seq）等技术，对类器官模型进行了遗传和表型特征的分析。并使用CCK-8方法测试了类器官对氟尿嘧啶（5-Fu）、铂类和紫杉醇的敏感性。在实验中，科研人员发现SPDO1M类器官中存在过度激活的糖酵解通路，并使用AbMole的2-Deoxy-D-glucose（2-DG，AbMole，M5140）处理SPDO1M类器官，结果表明2-Deoxy-D-glucose可抑制类器官细胞的糖酵解和乳酸的产生[2]。
图 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.
浙江大学的科研人员在上述研究中探讨了中性粒细胞在急性慢性肝衰竭（ACLF）模型中的作用，并研究了中性粒细胞的数量、表型、转录组和功能的变化与ACLF短期预后的关系。科研人员还发现上述模型中性粒细胞的吞噬、脱颗粒、NET（Neutrophil Extracellular Trap，中性粒细胞胞外陷阱）形成和细胞因子产生等功能存在异常变化。因此，实验人员探讨了代谢重编程是否能够逆转中性粒细胞的功能异常，在实验中使用了来自AbMole的2-Deoxy-D-glucose（2-DG，AbMole，M5140）抑制糖酵解[3]。
图 3. The effect of glycolysis inhibition on neutrophil extracellular trap (NET) formation[3].
AbMole是ChemBridge中国区官方指定合作伙伴。
参考文献及鸣谢
[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.
图 1. Schematic showing the distribution of glycolytic enzymes in various subcellular compartments[1].
二、2-Deoxy-D-glucose（2-DG）的研究应用
1. 2-DG抑制细胞增殖与诱导凋亡
2-DG（2-脱氧-D-葡萄糖，AbMole，M5140）可显著抑制细胞增殖，并诱导细胞凋亡。2-Deoxy-D-glucose可抑制多种肿瘤细胞系的增殖，如胰腺癌细胞MIA PaCa2、BxP-3、ASPC-1，卵巢癌细胞OVCAR-3、HEY、SK-OV-3等。也有文献表明2-DG能够破坏线粒体膜电位，促进细胞色素c的释放，激活caspase-3，从而诱导细胞凋亡。
2. 2-DG用于代谢途径调控研究
2-DG（2-Deoxy-D-glucose，AbMole，M5140）常被用于研究细胞内代谢途径的调控网络。例如，在肿瘤细胞中，异常活跃的糖酵解是其重要的代谢特征之一。利用2-DG抑制肿瘤细胞的糖酵解后，可抑制肿瘤细胞的能量供应和相关代谢通路的变化，如乳酸代谢和肿瘤细胞中相关蛋白的乳酸修饰。通过此类研究，有助于开发针对肿瘤细胞异常代谢的干预策略。除了上述功能，2DG还会对细胞内的其他代谢途径产生影响。例如，研究发现2-DG处理细胞后，磷酸戊糖途径（PPP）代谢物的水平会增加。这是因为糖酵解受阻，细胞为了维持正常的代谢功能，会通过调节代谢途径，促使葡萄糖-6-磷酸更多地流向PPP途径，以满足细胞对 NADPH 等物质的需求。2014年，AbMole的两款抑制剂分别被西班牙国家心血管研究中心和美国哥伦比亚大学用于动物体内实验，相关科研成果发表于顶刊 Nature 和 Nature Medicine。
3. 2-DG用于放射性示踪研究
2-DG（2-Deoxy-D-glucose，AbMole，M5140）可与核素结合，形成放射性示踪剂。通过正电子发射断层扫描（PET）技术，能够观察其在组织和器官中的分布情况。在科研中，这种放射性示踪方法被广泛应用于研究生物体内的葡萄糖代谢分布。例如，在研究动物模型的大脑葡萄糖代谢时，注射核素标记的2-DG后，利用 PET 成像可以清晰地显示不同脑区对葡萄糖类似物的摄取差异，从而了解大脑在不同生理状态下的能量代谢活跃区域。这对于研究神经系统疾病的发病机制、作用靶点以及大脑功能分区等方面具有重要意义。此外，在肿瘤研究中，肿瘤细胞通常具有比正常细胞更高的葡萄糖摄取能力，通过核素标记2-DG，能够更准确地定位动物实验中的肿瘤组织，评估肿瘤的生长和转移情况。
三、范例详解
1. J Transl Med. 2024 Aug 12;22(1):754.
上海交通大学、上海分子医学工程技术中心的科研人员在上述文章中以胃癌原发肿瘤、淋巴转移瘤为起始细胞，分别建立了肿瘤类器官模型（SPDO1P和SPDO1LM），通过STRs分析、核型分析、全外显子测序（WES）和单细胞转录组测序（scRNA-seq）等技术，对类器官模型进行了遗传和表型特征的分析。并使用CCK-8方法测试了类器官对氟尿嘧啶（5-Fu）、铂类和紫杉醇的敏感性。在实验中，科研人员发现SPDO1M类器官中存在过度激活的糖酵解通路，并使用AbMole的2-Deoxy-D-glucose（2-DG，AbMole，M5140）处理SPDO1M类器官，结果表明2-Deoxy-D-glucose可抑制类器官细胞的糖酵解和乳酸的产生[2]。
图 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.
浙江大学的科研人员在上述研究中探讨了中性粒细胞在急性慢性肝衰竭（ACLF）模型中的作用，并研究了中性粒细胞的数量、表型、转录组和功能的变化与ACLF短期预后的关系。科研人员还发现上述模型中性粒细胞的吞噬、脱颗粒、NET（Neutrophil Extracellular Trap，中性粒细胞胞外陷阱）形成和细胞因子产生等功能存在异常变化。因此，实验人员探讨了代谢重编程是否能够逆转中性粒细胞的功能异常，在实验中使用了来自AbMole的2-Deoxy-D-glucose（2-DG，AbMole，M5140）抑制糖酵解[3]。
图 3. The effect of glycolysis inhibition on neutrophil extracellular trap (NET) formation[3].
AbMole是ChemBridge中国区官方指定合作伙伴。
参考文献及鸣谢
[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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