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重要发现!Science揭秘癌细胞如何“废物利用”后加速生长,有望开发新疗法

2017/10/23 来源:生物探索
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导读
为了生存,癌细胞似乎动用了一切手段和办法。日前,发表在Science杂志上的一篇新论文中,来自哈佛医学院的科学家们证实,一种被称为“氨”的细胞代谢废弃副产物能够被癌细胞巧妙地重新利用,帮助其生长。研究者们认为,这项成果有望帮助设计新的抗癌疗法。


An image of a breast tumor and its local environment. Tumor cells display in cyan, macrophages in red, collagen fibers in green.Credit: National Cancer Institute

与正常细胞相比,快速生长的细胞,尤其是癌细胞,贪婪地消耗着营养物质,同时,还会产生过量的代谢废物。氨就是其中的一种代谢产物,通常通过血管被运输到肝脏中。在这里,氨会被转换为毒性更低的物质,并以尿素的形式排出体外。然而,由于肿瘤几乎没有血管,因此,氨会以对很多细胞来说有毒性的浓度在肿瘤局部环境中积累。

这项新研究发现,这种积累非但没对癌细胞产生伤害,还成了一种有利因素:癌细胞可将氨作为一种氮源给肿瘤生长添加“燃料”。氨的存在加速了培养的乳腺癌细胞的增殖,而抑制氨代谢则会阻碍小鼠的肿瘤生长。


图片来源:Science

论文的通讯作者Marcia Haigis感慨道:“传统来说,由于具有非常高的毒性,氨被认为是一种必须被清除的代谢废物。然而,我们却发现,氨不仅对乳腺癌细胞没有毒性,还能够成为肿瘤生长所需的物质来源。”


Marcia Haigis(图片来源:Haigis lab)

调查方法

为了调查肿瘤如何处理如此高浓度的氨,Haigis和她的同事们利用一种技术对谷氨酰胺(glutamine)上的氮进行了标记。当谷氨酰胺在细胞代谢过程中被分解时,含有标记氮的氨会作为副产物被释放出来。

为了追踪被标记的氨的命运,研究人员分析了乳腺癌细胞和移植到小鼠体内的人类肿瘤中200多种不同的细胞代谢物。结果发现,癌细胞能够非常高效地回收利用氨,将其融入到多种物质中,其中,最主要的是谷氨酸(氨基酸的一种)及其衍生物。数据显示,约20%细胞的谷氨酸池(glutamate pool)含有回收利用的氮。


图片来源:Science

研究还发现,高浓度的氨似乎加速了实验室培养的乳腺癌细胞的生长。在3D培养中这种技术能够让细胞就像在体内一样在所有方向上分裂),与未经氨处理的癌细胞生长情况相比,氨处理增加了癌细胞数量以及细胞簇(cell clusters)的表面积(增加的比例高达50%)。

此外,在移植了人类乳腺癌细胞的小鼠中,氨也加速了肿瘤的生长和增殖。当研究小组阻断了谷氨酸脱氢酶(一种与氨执行其功能相关的酶)的活性时,肿瘤生长显著减缓了。

研究意义


Jessica Spinelli(图片来源:Haigis lab)

论文的第一作者Jessica Spinelli说:“我们的成果证实,抑制氨代谢可阻碍小鼠肿瘤的生长。这表明,抑制氨的同化(小贴士:同化作用是生物新陈代谢中的一个重要过程,即把消化后的营养重新组合,形成有机物和贮存能量的过程。)或生产可能会成为设计抗癌疗法的一个新方向。”

哈佛医学院官网的报道在最后总结道,该研究表明,氨的生物学作用需要重新被评估,这可能会帮助科学家们找到切断肿瘤必需营养物质来源的策略。接下来,研究者们将探索氨代谢在癌症中的治疗意义。

参考资料:

Nothing Wasted !New study reveals breast cancer cells recycle their own ammonia waste as fuel

Metabolic recycling of ammonia via glutamate dehydrogenase supports breast cancer biomass

百度百科:同化作用

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