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科学家找到常见癌细胞一个弱点:暴露于半乳糖时无法适应并死亡

2020-06-20 11:24 前瞻网   

 

科学家找到常见癌细胞一个弱点:暴露于半乳糖时无法适应并死亡

和体内的任何细胞一样,癌细胞需要糖——即葡萄糖——来为细胞的增殖和生长提供燃料。特别是癌细胞代谢葡萄糖的速度比正常细胞要高得多。然而,南加州大学维特比分校化学工程与材料科学系Mork Family的研究人员发现了一种常见的癌细胞类型中的一个弱点:糖无弹性。 也就是说,当癌细胞暴露于不同类型的糖(半乳糖)时,细胞将无法适应并死亡。

该发现由化学工程和材料科学助理教授尼古拉斯·格雷厄姆(Nicholas Graham)实验室的博士生Dongqing Zheng领导,可能对癌症的新代谢疗法具有重要意义。这项研究最近发表在《细胞科学》杂志上。

这篇论文描述了致癌基因,即导致癌症的基因,也可以导致癌细胞对糖供应的变化变得不灵活。正常情况下,细胞通过代谢葡萄糖生长,但大多数正常细胞也可以利用半乳糖生长。然而,研究小组发现,拥有普通致癌基因AKT的细胞不能处理半乳糖,因此暴露在这种糖中就会死亡。

Zheng说,半乳糖在结构上与帮助癌细胞生长的葡萄糖非常相似,但有一些区别。格雷厄姆说,将细胞暴露在半乳糖环境下,会迫使细胞进行更多的氧化代谢,即利用氧气将糖转化为能量,而不是糖酵解代谢,即利用葡萄糖获得能量。正常细胞可以代谢葡萄糖和半乳糖,但AKT信号通路被激活的癌细胞(通常在乳腺癌细胞中发现)则不能。

格雷厄姆说:“我们还没有看到在癌症背景下研究半乳糖的研究,看看特定的突变是否会导致癌症,导致细胞在处理糖酵解代谢和氧化代谢之间的转换方面更好或更差。”

Zheng说,这一发现并不意味着半乳糖本身就能有效治疗AKT型癌细胞,但它确实揭示了这些细胞的一个根本缺陷,即氧化状态导致细胞死亡。

“我们试图做的是使用系统的方法来了解这一点,所以我们可以使用一些类型的靶向药物或基因疗法,可以诱导类似的效果,迫使细胞进入氧化状态。” Zheng说。

“半乳糖是一个模型系统,我们正在使用它来发现细胞中的这些弱点,从而引导未来的药物开发。” 格雷厄姆说。“我们的实验室将专注于尝试使用专门的药物来做到这一点。”

研究小组的发现还表明,虽然半乳糖引起的氧化过程确实会导致AKT型癌细胞的细胞死亡,但当细胞被赋予不同的基因突变MYC时,半乳糖并没有杀死细胞。

格雷厄姆说:“如果你有一种药物可以抑制糖酵解,你就应该给AKT突变的病人服用。”“但你不能把它给有MYC突变的病人,因为理论上它对那些MYC细胞不起作用。”

研究人员还发现,在半乳糖中大约15天后,一些癌细胞开始重新出现。

“也许有一个小的亚种群对半乳糖有抗性。” Zheng说,“另一种可能是,一些癌细胞非常有弹性,在接受半乳糖治疗两周后,它们会自我适应并重新编码。”

癌症治疗的系统生物学方法与传统疗法如化疗和放疗不同,因为它针对的是癌细胞的代谢过程。它的目标是找出那些没有传统化疗副作用的药物。传统化疗也会杀死健康细胞,导致脱发等副作用。然而,在许多癌症的靶向代谢治疗中,一些复苏是常见的,这些治疗在癌细胞部分复发之前显示出强有力的初步结果。

格雷厄姆说,AKT肿瘤可以通过这样的代谢治疗作为靶向,以便在初期缩小肿瘤,但这种治疗需要伴随另一种鸡尾酒药物治疗,以防止复发,防止癌细胞突变和适应。

Zheng和格雷厄姆说,如果没有本科生Jonathan Sussman (生物医学工程)和Matthew Jeon (化学工程和材料科学)的工作,最新的研究是不可能完成的。他们协助完成了细胞计数任务和蛋白质组学——参与癌细胞代谢的蛋白质的研究。

格雷厄姆说,下一步,研究小组最大的挑战是找出对AKT基因的癌细胞进行测试的组合疗法,从而产生更有效的治疗方法。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料:

https://medicalxpress.com/news/2020-06-sugar-cancer-cells.html

https://jcs.biologists.org/content/133/7/jcs239277

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