Science：癌细胞如何“废物利用”后加速生长，有望开发新疗法
2017-10-23 佚名 生物探索
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。
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。”
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，肿瘤生长显着减缓了。
研究意义
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。
原始出处：
Jessica B. Spinelli1， Haejin Yoon， Alison E. Ringel， et al. Metabolic recycling of ammonia via glutamate dehydrogenase supports breast cancer biomass. Science 12 Oct 2017： eaam9305. DOI： 10.1126/science.aam9305.
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