1925年，科學家們觀察到了一個有趣且獨特的現象（表型）：大多數腫瘤細胞的能量代謝與正常細胞相比呈現出巨大的差異性。1924年，Otto Warburg 首先報道這一現象。正常細胞在有氧條件下通過三羧酸循環獲取能量；在厭氧或缺氧條件下，糖酵解途徑被限制，丙酮酸只能被還原為乳酸，分泌到胞外。Warburg 發現許多類型的腫瘤細胞即使暴露在有充足氧氣的環境中，它們的葡萄糖利用途徑也還是最終產生乳酸。這種方式被 Warburg 稱為腫瘤細胞的“有氧糖酵解”。

DOI:10.1126/science.1160809

有關有氧糖酵解的一個解釋是腫瘤塊內部的腫瘤細胞通常都呈現缺氧狀態。這種缺氧狀態導致細胞不能進行充分的糖酵解。由于具備 Warburg 效應，腫瘤細胞很好地適應了這種缺氧環境，但這依然不能解釋為什么在充足氧氣條件下，腫瘤細胞依然不加以利用以合成更多的 ATP。另一個合理的解釋是，除了產生 ATP，糖酵解還有第二個作用。糖酵解途徑的中間產物可作為腫瘤生長，如核酸和脂類合成等分子的前體。腫瘤細胞通過糖酵解途徑負反饋機制，阻斷糖酵解途徑最后一步，使細胞積累大量中間代謝物，參與許多重要的生化合成反應。

有氧糖酵解可以 構成腫瘤生長的優勢，使得細胞更耐受氧張力波動 (因為遠端血管血流動力學不穩定)； 有氧糖酵解的主要終產物是乳酸，可以調節腫瘤環境，有利于腫瘤侵襲，并抑制抗腫瘤免疫效應。最重要的是，腫瘤細胞利用有氧糖酵解途徑的中間體進行合成代謝反應。此外 ，腫瘤細胞可通過戊糖磷酸途徑代謝產生 NADPH，確保細胞對微環境和化療藥物的抗氧化防御。

2021年4月，Nature期刊發表題為Cell-programmed nutrient partitioning in the tumour microenvironment的研究論文，發現腫瘤中高速消耗葡萄糖的并非腫瘤細胞，而是腫瘤組織中的免疫細胞。他們在腫瘤小鼠模型中使用了兩種不同的PET示蹤劑，一種用于追蹤葡萄糖，另一種用于追蹤谷氨酰胺，并在包括結直腸癌、腎癌、乳腺癌等在內的六種不同的腫瘤模型中進行驗證。

小鼠模型的流式分析結果表明，髓系免疫細胞（主要是巨噬細胞）吸收了最多的葡萄糖，其次是 T 細胞和腫瘤細胞。相反，腫瘤細胞吸收了最多的谷氨酰胺。

機制研究發現，不同細胞類型對葡萄糖和谷氨酰胺吸收存在差異，不是由于這些營養物質不足，而是由細胞中特定的信號通路決定的。用V-9302（谷氨酰胺攝取抑制劑）處理后的細胞，谷氨酰胺攝取量明顯降低，但是腫瘤細胞葡萄糖的攝取量明顯升高。也就是說，當谷氨酰胺的攝取被抑制時，腫瘤細胞葡萄糖攝取會明顯提升，即腫瘤細胞的內在程序決定腫瘤微環境對葡萄糖和谷氨酰胺的攝取。

參考資料包括《癌生物學》教材和以下文獻：

Tumor Cell Metabolism: Cancer's Achilles' Heel. Cancer Cell, 2008. 1535-6108.