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。
