《癌细胞如何推动其发展》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: chenfang
  • 发布时间:2016-03-28
  • 麻省理工学院的研究显示,氨基酸、糖,供应大部分肿瘤细胞的构建块。这些发现提供了一种新的方式看待癌症细胞代谢的研究领域,科学家们希望将产生新的药物,切断癌细胞的生长和分裂的能力。科学家们认为,大多数的细胞群通过葡萄糖使新细胞得以生长,包括癌细胞。然而,麻省理工学院的生物学家已经发现,新的细胞物质的最大来源是氨基酸,细胞消耗数量少得多。这些发现提供了一个新方法观察癌症细胞代谢,这一研究领域的科学家们希望将产生新的药物,切断癌细胞的生长和分裂的能力。

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    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间:2020-12-14
    • 绝大多数癌症死亡归因于转移,即肿瘤从一个器官转移到另一个器官。确定癌症是否会转移几乎是不可能的,但如果转移了,就会变得更难治疗,因为它在体内的多个部位以及对癌症治疗的抵抗力。 由麻省理工学院(MIT)和哈佛大学(Harvard)布罗德研究所(Broad Institute of MIT)的研究人员领导的一个团队的新工作表明,在动物模型上预测人类癌细胞的转移是可能的。在《自然》杂志上发表的一项研究中,布罗德癌症项目的科学家们发现,癌症是否扩散、扩散的程度以及扩散到哪个器官,取决于许多基因和临床因素。该团队将500个人类癌细胞株与转移相关的特征集合在一起,创建了转移图谱(即MetMap),这是有史以来第一张不同癌症扩散方式的图谱。 这些资源可以帮助科学家发现有关转移的新细节,为什么某些癌症比其他癌症扩散得更猛烈,以及如何用新的抗癌药物潜在地减缓或停止这一致命过程。 “不幸的是,对于太多的癌症患者来说,尽管接受了治疗,他们的肿瘤仍在继续生长,”Broad的首席科学官、Dana- farber癌症研究所的查尔斯a达纳(Charles A. Dana)研究员托德戈卢布(Todd Golub)说。“这可能会让你认为一些肿瘤可以在任何地方存活,但事实并非如此。” 跟踪传播 MetMap是由苏珊·g·科曼(Susan G. Komen)博士后研究员金欣(Xin Jin)的研究发展而来,她现在是该癌症项目的一名研究科学家。他和他的合作者用独特的DNA条形码分子标记了代表21种不同癌症的500个癌细胞株,使他们能够识别和跟踪癌细胞。然后,研究人员将不同组合的细胞系注射到老鼠的循环系统中。 Jin和他的团队监测了细胞的扩散,五周后,从大脑、肺、肝、肾和骨骼收集样本,以确定哪一种细胞系在哪一种器官上定居。研究小组发现,超过200个细胞系存活下来并在小鼠体内转移。他们确定了与肿瘤扩散有关的关键特征,包括肿瘤类型、起源部位和细胞来源患者的年龄。研究人员利用这些信息生成MetMap,以及一个显示每个癌细胞系转移潜力的交互式图表。 “一开始没人相信这种方法会奏效,包括我自己,”金说。“结果证明,这种方法非常有效,结果产生了意想不到的信息,关于是什么使不同的癌症适应不同的器官环境。” 为了显示他们的数据的价值,研究人员进一步研究了一种乳腺癌,MetMap显示这种乳腺癌倾向于扩散到大脑。他们将这些细胞系的基因组与非转移性乳腺癌的基因组进行了比较,并确定了促进向大脑扩散的一些差异。他们特别指出,乳腺癌细胞脂质代谢的关键变化使它们能够在大脑的微环境中存活,这表明未来的治疗可能会中断脂质代谢,从而潜在地减缓这种转移。 Golub说:“我们希望通过创建高质量、大规模的基础数据集,并让全世界免费获得,从而为转移研究领域做出贡献。”
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    • 编译者:李永洁
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    • 糖酵解波驱动并为癌细胞的迁移提供能量。这张图像是在高倍显微镜下经过 9 分钟的连续拍摄所得,其颜色编码从早期到晚期时间点展示了波的活动情况(绿色、蓝色、紫色、粉色、红色)。图片来源:大卫·惠文·詹斯  为了更好地理解癌细胞如何为其迅猛的生长和扩散提供动力,约翰斯·霍普金斯医学院的科学家们表示,他们已经对这些细胞表面(即细胞膜)上产生能量的驱动波的位置和功能有了新的认识。科学家们称,由将葡萄糖转化为能量的酶的有节奏传播产生的这些波,有可能被用于更准确地分期癌症,并作为设计旨在减缓或阻止癌症扩散的药物的靶点。在实验室培养的人类癌细胞实验中,研究人员还提出,测量这些能量产生波可能有助于以更普遍和标准化的方式对癌症进行分期,而不论其亚型和基因突变如何。该研究结果发表在《自然通讯》杂志上。彼得·德韦罗特斯博士(约翰斯·霍普金斯大学医学院细胞生物学教授,艾萨克·莫里斯和露西尔·伊丽莎白·海伊教授)表示:“我们的研究结果表明,能量生成波的水平越高,癌症的严重程度就越严重,或者癌症扩散到其他器官的可能性就越大。”  在癌症生物学领域,科学家们早就知道沃伯格效应这一现象,即癌细胞会利用一种效率较低的途径——糖酵解——来获取更多能量,而非更高效的氧化磷酸化机制。”对于癌症而言,这似乎是一个悖论,因为癌细胞生长所需的能量比正常细胞要多得多。”大卫·詹博士(德韦罗特斯实验室的博士后研究员)说道。研究人员表示,在生物化学课堂上,几十年来一直被教导的是糖酵解在细胞质中均匀发生。但当约翰斯·霍普金斯大学的研究团队在实验室中研究癌细胞时,他们发现能量生成酶会在细胞膜上聚集并以波的形式移动,这表明能量生成过程更加精细调节。“这一发现可能会挑战我们从生物化学课程中学到的经典教科书知识。”詹说道。詹及其同事首先将人类乳腺导管内壁的正常细胞样本与患有乳腺癌患者的同类细胞样本进行了对比研究。科学家们利用基因工程技术给这些糖酵解酶标记上了荧光分子,从而能够在高倍显微镜下清晰地观察并准确测量这些产生能量的酶。在乳腺癌细胞中,科学家们发现细胞膜上有大量的糖酵解酶,并且这些分子呈现出有规律的波状移动。而在正常细胞中,他们观察到细胞表面几乎检测不到糖酵解酶或这种波状现象。“癌症越具有侵袭性,我们在细胞表面就发现的波状越多。”德韦罗特斯说道。这一发现源于詹和德韦罗特斯在 2020 年发表于《发育细胞》杂志上的早期研究,该研究表明癌症阶段与糖酵解波活动有关。模型:在自我组织的糖酵解/F-肌动蛋白波中,糖酵解酶的丰富化能够增强局部的糖酵解过程,从而为新波的形成、细胞迁移以及其他细胞活动提供能量。来源:《自然通讯》(2025 年)。DOI: 10.1038/s41467-025-60596-6 在最近的研究中,科学家们测量了乳腺癌和正常细胞内的 ATP 水平(ATP 是细胞内的能量“货币”),并发现更具侵袭性的乳腺癌亚型与这些波产生的更高水平的 ATP 相关联。通过使用其他癌细胞类型,包括实验室培养的人胰腺癌、肺癌、乳腺癌、结肠癌和肝癌细胞系,研究人员也发现了类似的结果:与较不具侵袭性的癌细胞类型相比,更具侵袭性的癌亚型的波活动增加以及 ATP 水平也有所增加。”詹说:“这些糖酵解波的增加促使癌细胞通过糖酵解产生更多的 ATP,从而导致对糖酵解的依赖性增强以获取能量。”为了寻找一种能减缓癌细胞能量波动活动的方法,他们使用了一种名为“拉特伦库林 A”(LatA)的小分子,这种分子能够破坏癌细胞系中糖酵解波的形成。随后,科学家们发现细胞内 ATP 减少了 25%,这表明癌细胞主要依靠这些波来提供能量并执行其日常高能耗活动。“当我们抑制这些波的活动时,或许能够阻止癌细胞摄取营养物质并生长,”詹说道。“癌细胞需要大量能量来驱动其恶性发展,所以干扰这一过程或许能够减缓或阻止其扩散。”接下来,德韦罗特斯表示他的团队计划进一步研究细胞膜中能量产生波的具体形成机制。