体内肿瘤细胞经常处于乏氧状态，此时由于葡萄糖代谢成乳酸并被排出细胞外，无法提供碳源，谷氨酰胺便成了肿瘤细胞生物合成的主要碳源，主要被用来合成脂类物质。一个谷氨酰胺分子含5个碳和2个氮，当碳被肿瘤细胞过度利用时，与之相应的氮，一直被认为是代谢成氨，在肿瘤细胞内蓄积，不利于肿瘤生长。实际上，肿瘤细胞内却并无氨的蓄积。在正常人体内，氨一般代谢成无毒的尿素，但在肿瘤细胞中并不存在活跃的尿素合成途径。因此，肿瘤细胞是如何代谢谷氨酰胺的氮而避免氨的积累是一个值得探索的科学问题。
为此，研究团队通过对乏氧条件下多种肿瘤细胞含氮化合物的靶向代谢组学分析，发现含氮化合物核苷酸合成的前体在肿瘤细胞中大大积累，包括氨甲酰天冬氨酸、二氢乳清酸和乳清酸。进一步的同位素标记代谢流实验显示谷氨酰胺的氮代谢后，在乏氧条件下主要富集在二氢乳清酸和乳清酸中。正常情况下乳清酸会被用于合成下游产物尿苷一磷酸（UMP），进而合成核苷酸。然而在乏氧条件下，核苷酸合成受阻，二氢乳清酸或乳清酸会带着谷氨酰胺的氮（氨基），被排出体外。因此，研究团队提出谷氨酰胺中氨代谢的新途径：由谷氨酰胺生成二氢乳清酸和乳清酸并分泌出去。由于体内肿瘤细胞经常处于乏氧环境中，因此它们的生长依赖这种特异的代谢途径，这种途径保证了用谷氨酰胺的碳源合成脂类物质，而把多余的碳和氮安全地排出细胞外。通过进一步的动物实验，证实了阻断这条代谢途径能引起氨的蓄积，并有效抑制体内肿瘤的生长。
该研究揭示了谷氨酰胺中碳和氮的协同代谢，证明了二氢乳清酸和乳清酸是一种安全的排氨替代途径，有助于我们更全面地了解谷氨酰胺的代谢，也为肿瘤临床诊疗提供了潜在的生物标记物和治疗靶点。本研究获得国家自然科学面上项目、优秀青年基金及首都医科大学人脑保护高精尖中心启动经费的资助。
李兵辉，教授，博士生导师。首都医科大学基础医学院生物化学与分子生物学学系主任。国家自然科学优秀青年基金获得者，亚洲癌症基金优秀****奖获得者。研究团队主要致力于揭示代谢驱动的微环境和细胞生命活动之间的关系及相互调控机制，从葡萄糖、脂肪酸及氨基酸的异常代谢入手，寻找肿瘤细胞得以生长转化的化学本质。目前重点研究肿瘤代谢重编程的化学机制、乏氧调控肿瘤代谢的分子机制及营养物质协同代谢的分子机制。主持国家自然科学基金4项，获授权专利一项。
