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癌细胞代谢新发现,或为治疗引入新方法

首页 » 《转》译 2016-04-12 转化医学网 赞(2)
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导读
癌细胞通常嗜糖如命,通过摄取大量糖类为增殖储存能量,而并非将这些糖类合成自身的结构。MIT的研究人员发现,在癌细胞的培养过程中,培养基葡萄糖中所标记的碳原子并未出现在癌细胞结构中。相反,细胞结构中的碳几乎全部来自培养基中的氨基酸。
  癌细胞通常嗜糖如命,通过摄取大量糖类为增殖储存能量,而并非将这些糖类合成自身的结构。MIT的研究人员发现,在癌细胞的培养过程中,培养基葡萄糖中所标记的碳原子并未出现在癌细胞结构中。相反,细胞结构中的碳几乎全部来自培养基中的氨基酸。
  MIT的研究人员认为细胞生物学家与癌症研究人员在研究癌细胞代谢过程中应该更加重视细胞代谢的能量来源。与此同时,美国莱斯大学的独立研究证明癌细胞中存在着另一个人们尚未探明的能量通路,他们发现癌细胞通过吞噬临近细胞的外周代谢物为自身提供约30%到60%的能源。通常,这些代谢物就像细胞的语言一样,在细胞间起着信息传递的作用。
  同样,莱斯大学的研究人员也运用了原子标记的方法,通过同位素碳13标记阐明了外源氨基酸对营养缺乏癌细胞的重要意义,并将研究结果发表在了2月27日的eLife上。
  “通过胞浆代谢组学方面的研究,我们证明了癌周纤维原细胞外在结构具有包括氨基酸、脂肪酸与三羧酸循环中间物的一整套代谢产物,癌细胞则利用这一系列代谢产物为自身提供碳源并在营养不足的情况下不断分裂,促进肿瘤的生长。”文章的作者写道。
  MIT研究的相关研究结果则在3月7日发表于Developmental Cell,他们的研究证实了大多数哺乳动物的增殖细胞群以氨基酸作为结构材料,而不是葡萄糖。营养物质的代谢率只与细胞的物质积累有直接关系。高水平的氨基酸和葡萄糖消耗保证了细胞在迅速增值状态下的碳供给。
  早在1920年代,德国生物化学家Otto Warburg就已经发现了癌细胞能量代谢与正常细胞的不同,这种现象随之被称为“Warburg效应”。人类细胞通常用葡萄糖作为能量来源,通过一系列复杂的化学反应分解葡萄糖,消耗氧气并释放能量。Warburg证明癌细胞通常以糖酵解的方式为自身提供能量,不需消耗氧气但能量释放较少。
  即使葡萄糖转化为乳酸的现实一直在打击着癌细胞通过糖酵解为新细胞提供组成结构的构想,一部分科学家仍然相信癌细胞利用糖酵解来建造新细胞的组成结构。此外,现阶段很少有研究能够准确证实哺乳动物细胞分裂过程中有大量胞外物质进入细胞。
  MIT的相关研究带头人,医学博士Matthew Vander Heiden说“哺乳动物的饮食多样性是哪些食物构成哪些细胞结构这一问题一直悬而未决的主要原因。”
  MIT的研究人员发现癌细胞中只有10%到15%的碳来自于葡萄糖,而谷氨酰胺提供约10%的碳。与通常的认识相反,研究人员发现氨基酸(不含谷氨酰胺)为癌细胞提供了大部分的碳原子,约占细胞碳总量的20%到40%。
  Vander Heiden认为,大量利用单一结构来源对于癌细胞来说较为直接且经济,可以节省一系列不必要的耗能代谢过程。“如果你想用砖盖一栋房子,那么直接用砖比现烧砖用要方便得多。”Vander Heiden如是说。
  Vander Heiden的实验室目前正在深入研究Warburg效应促进癌细胞增殖的分子机制,“我们的工作重新定义了这一问题,Warburg效应的关键不在于葡萄糖如何转化为细胞结构,而在于由葡萄糖转化成的乳酸怎样帮助癌细胞利用更多氨基酸来促进细胞分裂”Vander Heiden说。
  正如MIT的研究人员一样,莱斯大学的科学家们也将注意力集中在了Warburg效应,“我们的研究结果表明细胞外液物质(exosomes)不仅能够增强癌细胞中的“Warburg效应”,这些细胞外液中也含有癌细胞能够直接利用的代谢中产物。”eLife论文的第一作者,莱斯大学的Hongyun Zhao说。
  赵的后续研究还表明一些基于他们研究的新治疗方法可能应用于癌症治疗,他们将癌细胞暴露在一些已知的细胞外源信号通路阻断药物中并发现癌细胞的代谢活动明显下降,证明癌细胞在一定程度上使用细胞外液中的物质作为能源。在这一实验中,肝素、细胞松弛素D、乙烷基异丙基阿米洛利以及疟疾特效药氯喹都被证明对上述通路有着一定的阻断作用,这四种已被FDA批准的药物都有可能成为治疗癌症的新药。
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