推翻百年主流癌癥模型！腫瘤細胞不愛糖

作家 | 唐鳳

人們知曉腫瘤往往能高速耗費葡萄糖，但誰愛吃糖？大概，并非是癌細胞。相同，腫瘤中的非癌細胞——首要是被稱為巨噬細胞的免疫細胞——擁有最高的葡萄糖攝入量。

這項研發(fā)推翻了過去100年來主流癌癥代謝模型。研發(fā)職員表示，腫瘤微場景中不同的細胞依據(jù)各自代謝程序攝入不同的營養(yǎng)，這一發(fā)掘有助于開發(fā)新的治愈方式和成像方略。4月7日，有關論文登載于《自然》。

論文通訊作家之一、美國范德比爾特大學免疫生物學老師Jeffrey Rathmell說，“咱們如今知曉腫瘤含蓋不少型號的細胞，令人詫異的是，非癌細胞實際上是腫瘤中葡萄糖的首要耗費者?！?/p>

100年前的觀測

“癌癥代謝行業(yè)在過去的20年里成長迅猛，但它首要基于Otto Warburg在1922年刊登的觀測結果，即癌細胞會以十分快的速率耗費葡萄糖?！盧athmell奉告記者。

實際上，不管癌癥以何種形態(tài)加入身體，它都始于細胞程度，并通過新陳代謝猖狂生長。

史密斯化學和生物分子工程學院老師Abe Stroock說，“癌癥擁有顯著的代謝特點，這是在細胞和亞細胞層面發(fā)掘的此類重病最早的特點之一?！?/p>

近100年前，德國心理學家、諾貝爾獎得主Warburg曾如果，腫瘤的生長是由線粒體耗費不常態(tài)的葡萄糖引發(fā)的，縱然在有氧狀況下也是這樣。往往，健康的細胞只在缺氧的狀況下耗費葡萄糖。這類癌癥代謝變化情況也被稱為瓦堡效應。

實際上，那時Warburg首先揣測癌癥是一類代謝重病，但隨后的研發(fā)提出了基因突變是癌癥本源的觀念。“Warburg曾認定代謝缺點是癌癥的起源，但今日已然被顛覆了。”Stroock說。

另一方面，當癌細胞耗費葡萄糖時，它們是通過一類名為糖酵解的流程完結的，在這個流程中，大批的葡萄糖被轉變?yōu)槿樗?。這是一類十分低效的葡萄糖應用方法——與疲憊的肌肉在無氧時耗費糖相近，假設不施加操控，會造成乳酸中毒。

Stroock小組此前應用通量平衡解析，確認了單個細胞在全部代謝流程中對營養(yǎng)物質的借用，證明了瓦堡效應為腫瘤供應了生長優(yōu)勢，但過多谷氨酰胺并非利于腫瘤細胞生長。2018年，有關論文登載于《公共科學圖書館—計算生物學》。

Stroock說：“學界須要尋找其余途徑證實谷氨酰胺的首要性?！?/p>

此次，仿佛有了謎底。

“點亮”癌細胞

實際上，Warburg的觀測結果還有另1個首要運用——它是正電子發(fā)射斷層掃描（PET）腫瘤成像的根基。PET應用一類放射性葡萄糖示蹤劑（FDG），能基于葡萄糖代謝“點亮”癌細胞?？墒荈DG-PET并非總能獲得臨床醫(yī)師希望的結果。

“多年來，我總是好奇為什么PET掃描并非安穩(wěn)？由于我研發(fā)的是腎癌，從咱們對生物學的了解來看，PET理應會引發(fā)驚動，但結果并沒有?！狈兜卤葼柼卮髮W醫(yī)學系主任W. Kimryn Rathmell說，“況且，Jeffrey 和我就哪些細胞在應用葡萄糖進行了屢次討論，是癌細胞還是免疫細胞？它們是怎樣組合在一塊的？”

因而，兩位博士研發(fā)生——Kimryn小組的Bradley Reinfeld和Jeffrey 小組的Matthew Madden——決議答復這類問題。

方式聽上去很簡潔：將PET示蹤劑用來腫瘤小鼠，分離腫瘤，應用細胞外表標志蛋白和流式細胞術將腫瘤分成不同型號的細胞，并丈量細胞中的放射性。

《華夏科學報》從范德比爾特大學得悉，研發(fā)小組應用了兩類不同的PET示蹤劑，一類追蹤葡萄糖，一類追蹤谷氨酰胺；并且6種不同的腫瘤模型，比如結直腸癌、腎癌和乳腺癌模型。

結果顯現(xiàn)，在不憐憫況下，髓系免疫細胞（首要是巨噬細胞）攝入的葡萄糖量最高，其次是T細胞和癌細胞。相比之下，癌細胞的谷氨酰胺攝入率最高。

“咱們認定這是一類廣泛情況，應用于各類癌癥型號?！盡adden說。

沒有細胞“輸”了

另外，研發(fā)證實，某類細胞信號通路，而不是有限的營養(yǎng)物質，驅動了葡萄糖和谷氨酰胺攝入的差別。

這一發(fā)掘與相關腫瘤微場景中代謝競爭的主流觀念生成了對照。后者認定在這類競爭中，癌細胞“贏”了，能耗費營養(yǎng)物質并抑止免疫細胞。

而現(xiàn)實也許是，沒有輸贏。

“傳統(tǒng)觀念認定癌細胞吞噬了一切的葡萄糖，因而免疫細胞不能獲取充足的葡萄糖，造成不能闡揚功效?！盡adden奉告《華夏科學報》，“但咱們的信息標明，營養(yǎng)攝入并沒有遭到限定。相同，細胞按程序耗費某類營養(yǎng)物質，況且它們自己分派了營養(yǎng)物質：癌細胞攝入谷氨酰胺和脂肪酸，免疫細胞吸收葡萄糖。”

研發(fā)職員表示，知曉細胞在腫瘤微場景中應用不同的營養(yǎng)物質，有助于人們對于特定型號的細胞，研發(fā)新療法或腫瘤成像方式。

“咱們如今有了更超前的PET放射性示蹤劑，是時候參考在病人身上測驗含氟谷氨酰胺或其余營養(yǎng)探針了。”Kimryn Rathmell補足說，這類發(fā)掘對闡明FDG-PET成像結果也很首要?！霸蹅兛偸窃趹肍DG-PET掃描，用它判定腫瘤反應，但它奉告咱們的也許是炎癥反應而不是腫瘤反應?！?/p>

另外，該研發(fā)還是一次充斥生機和樂趣的協(xié)作。Rathmell說，Reinfeld和Madden 參加了每1個試驗，他們還聯(lián)絡了自身在醫(yī)學科學家培訓項目中的學友，以開拓其余腫瘤模型。

有關論文數(shù)據(jù)：http://dx.doi.org/10.1038/s41586-021-03442-1

http://dx.doi.org/10.1371/journal.pcbi.1006584了解更多