細胞を働かせる元になるエネルギーは、栄養として食事から取り入れたグルコース（ブドウ糖）を分解してATPを作り出すことによって得ています。ATPはアデノシン3リン酸（Adenosine Triphosphate）の略語で、エネルギーを蓄え，供給する分子としてエネルギーの貨幣としての役割を持っています。
ヒトの血液中にはおよそ80〜100mg/100mlのグルコースが存在します。グルコースは血液中から細胞に取り込まれ、１）解糖（glycolysis）､２）TCA回路（クエン酸回路やクレブス回路と呼ばれる）､３）電子伝達系による酸化的リン酸化をへて､二酸化炭素と水に分解され､エネルギーが取り出されます（図）｡

解糖はグルコースがピルビン酸になる過程で、この酵素反応は細胞質で行われます。ピルビン酸は酸素の供給がある状態ではミトコンドリア内に取り込まれて、TCA回路と電子伝達系によってさらにATPの産生が行われます｡酸素の供給が十分でないとピルビン酸は細胞質で乳酸に変わります。この状態を嫌気性解糖（aerobic glycolysis）と言います。運動をして筋肉細胞に乳酸が貯まるのは、酸素の供給が不足して嫌気性解糖が進むからです。。
酸素が十分にある状態では、ミトコンドリア内で効率的なエネルギー生産が行われます。すなわち、ミトコンドリアの基質に取り込まれたピルビン酸は、ピルビン酸脱水素酵素によって補酵素Ａ（CoA）と結合してアセチルCoAになり、さらにアセチルCoAは、TCA回路に入ってNADHやFADH₂が生成されます。この酵素反応はすべてミトコンドリアの基質で行われます。
こうして生成されたNADHとFADH₂は、ミトコンドリア内膜に埋め込まれた酵素複合体に電子を渡し、この電子は最終的に酸素に渡され、まわりにある水素イオンと結合して水を生成します。このようにTCA回路で産生されたNADHとFADH₂の持っている高エネルギー電子をATPに変換する一連の過程を酸化的リン酸化（oxidative phosphorylation）と呼び、これらの酵素反応をおこなうシステムを電子伝達系（electron transfer system）と呼びます。こうして作られたATPはミトコンドリアから細胞質へ出て行き、そこで細胞の活動に使われます。

【がん細胞はミトコンドリアの働きを抑制している】

上記のように、細胞は酸素呼吸によってミトコンドリアにおけるTCA回路と電子伝達系における酸化的リン酸化によって、グルコースから効率的にエネルギー（ATP）を産生しています。一方、酸素がない状態では、細胞質にある嫌気性解糖系（グルコースを嫌気的に分解して乳酸を生成する代謝系）によってエネルギー（ATP）が産生されます。

さて、約80年も前に、オットー・ワールブルグ（Otto Warburg）博士は、がん細胞では酸素が十分に供給されている状況でも、ミトコンドリアにおける酸化的リン酸化によるエネルギー産生が低下し、細胞質における嫌気性解糖系を介したエネルギー産生が増加していることを発見しました。これをワールブルグ効果と言いますが、その理由については、いろんな説があり、議論されています。
がん細胞がグルコースを大量に消費することは良く知られています。がん細胞を検出するPET検査は、がん細胞がグルコースを正常細胞よりも大量に消費する現象を利用しています。PET（ポジトロン・エミッション・トモグラフィー：陽電子放射断層撮影）は、がん細胞がグルコースを多く取り込む性質を利用し、放射性核種で標識したグルコース類似体を多く取り込んだがん組織を画像として描出する検査法です。
グルコースを大量に消費するのに、なぜ効率的なエネルギー産生系であるミトコンドリアの酸化的リン酸化を使わずに解糖系を使うのか、不思議に思われていました。ミトコンドリアで効率的にエネルギー産生を行う方が、細胞の増殖にもメリットがあると考えられるからです。
この疑問に対する合理的な考えとして、がん細胞は自分が死ににくくなる（アポトーシスに抵抗性になる）ためにミトコンドリアにおける酸化的リン酸化をあえて低下させているという考えが発表されています。
細胞分裂しない神経や筋肉細胞を除いて、正常の細胞は古くなったり傷ついたりするとアポトーシスというメカニズムで死にます。このアポトーシスを実行するときに、ミトコンドリアの電子伝達系や酸化的リン酸化に関与する物質が重要な役割を果たしています。つまり、がん細胞ではアポトーシスを起こりにくくするために、あえてミトコンドリアにおける酸化的リン酸化を抑制するメカニズムが働いているということです。アポトーシスが起こりにくくするためにミトコンドリアにおける酸化的リン酸化を抑え、必要なエネルギーを細胞質における解糖系に依存しているという様に解釈できると言うことです。
さらに嫌気性解糖系の亢進は、核酸合成や脂肪酸合成に必要な中間代謝産物を増やすことによって、細胞の増殖に必要な細胞成分を増やすことができます。嫌気性解糖系の亢進によって産生される乳酸と水素イオン（H⁺）は、がん組織を酸性（アシドーシス）にします。がん細胞自体はこのようなアシドーシスの状態で増殖できるように適応していますが、周囲の正常組織にはダメージを与え、がん細胞の増殖や浸潤に有利に働くという考えもあります。つまり、様々な理由で、がん細胞で嫌気性解糖系が亢進すること（ワールブルグ効果）は、がん細胞の増殖に有利に働くことになるのです。

そして、最近の研究によって、がん細胞におけるミトコンドリア内での酸化的リン酸化を活性化する（結果として嫌気性解糖系の活性が低下する）と、がん細胞のアポトーシス（細胞死）が起こりやすくなることが報告されています。がん細胞の増殖に有利に作用している嫌気性解糖系の亢進を正常化させると、がん細胞にとっては都合が悪くなるということです。
がん細胞の酸化的リン酸化を活性化する薬として、ピルビン酸脱水素酵素を活性化するジクロロ酢酸ナトリウム（DCA）や、カフェインなどが知られています。
ジクロロ酢酸ナトリウムでミトコンドリアを活性化すれば、がん細胞が死にやすくなるという実験結果が報告されており、動物実験での抗腫瘍効果が確認され、現在、現在臨床試験が行われています。

【ジクロロ酢酸ナトリウムとは】

ジクロロ酢酸ナトリウム（sodium dichloroacetate）は酢酸（CH₃COOH）のメチル基（CH₃）２つの水素原子が塩素原子（Cl）に置き換わったジクロロ酢酸（CHCl₂COOH）のナトリウム塩です。構造式はCHCl₂COONaになります。

ジクロロ酢酸
ナトリウム

ジクロロ酢酸ナトリウムはピルビン酸脱水素酵素キナーゼを阻害することによってピルビン酸脱水素酵素の活性を高める作用があります。
ミトコンドリアの異常による代謝性疾患、乳酸アシドーシス、心臓や脳の虚血性疾患の治療などに、医薬品として古くから（25年以上前から）使用されています。

ジクロロ酢酸ナトリウムが乳がんの増殖と転移を抑制する効果を示す動物実験の研究結果が報告されています。

Resersal of the glycolytic phenotype by dichloroacetate inhibits metastatic breaset cancer cell growth in vitro and in vivo.（ジクロロ酢酸ナトリウムによる嫌気性解糖系の抑制は、培養細胞および動物移植腫瘍を使った実験系の両方において転移性乳がん細胞の増殖を阻害する）Breast Cabcer Res Treat. 120:253-260, 2009

(要旨) 乳がんを含め多くの固形がんにおいて嫌気性解糖系が亢進している。ジクロロ酢酸ナトリウムはピルビン酸脱水素酵素キナーゼを阻害することによってがん細胞の嫌気性解糖系を抑制し、副作用が少なく抗腫瘍効果を示すことが報告されている。高度に転移性の性質をもった乳がん細胞を用いた動物実験モデルで、乳がん細胞に対するジクロロ酢酸ナトリウムの抗腫瘍効果を検討した。 細胞培養の実験系（in vitro）において、数種類の培養乳がん細胞株に対してジクロロ酢酸ナトリウムは増殖抑制効果を示した。高転移能を持つラットの乳がん細胞（13762MAT）を移植した動物実験モデルで、ジクロロ酢酸ナトリウムは増殖を抑制し、肺への転移巣の数を58%減少させた。 以上の実験結果より、ジクロロ酢酸ナトリウムは乳がん細胞の増殖を抑制し、アポトーシス（細胞死）を誘導する効果を持ち、高度に転移性の乳がん細胞に対しても抗腫瘍効果を示すことが明らかになった。

がん細胞のエネルギー産生は細胞質における嫌気性解糖に依存しているため、解糖系酵素を阻害する薬はがん細胞をエネルギー枯渇に陥らせて殺す作用が期待できます。
がんの漢方治療で使用される半枝蓮（ハンシレン）は、解糖系酵素を阻害することが報告されています。
さらに、がん細胞に多く含まれる鉄と反応してフリーラジカルを発生してがん細胞を殺すアルテスネイトを併用すると、がん細胞内での酸化障害の亢進によって、がん細胞を殺す作用が増強できます。

以上のことからジクロロ酢酸ナトリウム、アルテスネイト、半枝蓮を組み合わせると相乗効果でがん細胞を殺す効果が期待できます。（ピルビン酸脱水素酵素の補酵素のαリポ酸や、脂肪酸合成を阻害するガルシニア・カンボジアを併用すると、抗腫瘍効果をさらに高めることができます。詳しくはこちらへ）