近日,美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)Eli和Edythe Broad再生医学和干细胞研究中心的科学家们发现,由毛囊干细胞引发的鳞状细胞癌(SCC)并不需要增加葡萄糖来促进自身的生长和发育,而这与长期以来关于癌症代谢的理论不符。这项发现可以更好地理解很多癌症的代谢需求,有助于开发出针对鳞状细胞皮肤癌和其他上皮癌症更有效的疗法。该研究已发表在1月9日的《Nature Communications》上。
癌症代谢基本学说认为癌细胞是糖酵解的,这意味着它们需要比正常细胞消耗更多的葡萄糖并产生更多乳酸。这种被称为有氧糖酵解或Warburg效应的代谢转变已在数千个实验中被观察到,并启发了旨在通过阻止癌细胞增加葡萄糖消耗来阻止肿瘤生长的治疗方法。到目前为止,这种治疗方法还没有在临床试验中被证明是成功的。
考虑到这些局限性,研究团队开始研究增加葡萄糖消耗是否对癌症的形成和生长是不可或缺的。
他们决定以SCC肿瘤为模型来解决这个问题,因为近年来他们对这种癌症的性质有了两项重大发现。2011年,他们发现SCC肿瘤源于毛囊干细胞。毛囊干细胞在人的一生中都会产生毛发,且大部分时候保持不活跃状态,只会在新毛发生长周期中开始活跃。2017年,他们发现毛囊干细胞是糖酵解的,并会增加葡萄糖消耗,从而快速激活并产生毛囊。
研究通讯作者、分子细胞和发育生物学教授Bill Lowry说:“这些发现带来一个问题,即鳞状细胞皮肤癌细胞酵解糖是因为它们能改变自身代谢以促进快速生长,还是因为它们源自毛囊干细胞的细胞是糖酵解的?”
Bill Lowry
为了回答这个问题,研究团队研究了经基因改造以限制葡萄糖消耗的毛囊干细胞动物模型中SCC肿瘤的进展。具体来说,他们使一种叫做乳酸脱氢酶-A的基因失活,该基因是细胞将葡萄糖转化为乳酸最后一步的催化剂。使这个基因失活阻止了最后一步的发生,进而导致细胞显著减少葡萄糖的消耗。
图片来源:Nature Communications
这种变化对癌症的发生或进程没有影响。当面临葡萄糖不足以满足其增长需求时,该模型中的癌细胞仅改变其代谢,通过谷氨酰胺中获取能量。
共同通讯作者、生化分子和医学药理学助理教授Heather Christofk说:“这些发现表明,肿瘤代谢具有灵活性,它们会利用葡萄糖以外的营养来促进自身生长。理解癌症用于生长的所有营养素对于开发出能够成功靶向癌症代谢的药物至关重要。”
Heather Christofk
该研究团队通过使用经基因改造以增加葡萄糖消耗的毛囊干细胞进行了逆向实验,以对他们的发现进行了双重验证。如果他们最初的发现是错误的,那么促进葡萄糖消耗将使肿瘤生长得更快,但事实却相反。
研究第一作者、Lowry实验室的博士后研究员Aimee Flores说:“这些细胞仍然会形成癌症,但是它们没有更快的发展,也没有恶化。癌症的行为和进程与葡萄糖消耗量减少模型中所观察到的非常相似。”
SCC肿瘤(紫色)。乳酸产生被抑制的肿瘤(左图)与正常产生乳酸的肿瘤(右图)以相同的速率生长。图片来源:UCLA Broad Stem Cell Research Center/Nature Communications
下一步,该团队将进行实验以确定减少葡萄糖和谷氨酰胺的摄入是否能阻止鳞状细胞皮肤癌的生长。
Lowry说:“如果限制癌症对这两种营养素的摄入被证明是有效的,那么这就为临床提供了一种联合疗法。”
已有证据表明,这种联合疗法能够治疗鳞状细胞肺癌。肺癌和危重病医学系助理教授David Shackelford发现,鳞状细胞肺癌在无法增加葡萄糖消耗时会代谢谷氨酰胺。Shackelford和包括在Christofk内的合作者还确定了两种候选药物,当它们联合使用时,可以通过减少这两种营养素的摄入来阻止鳞状细胞肺癌的生长。
Lowry表示,尽管取得了令人鼓舞的发现,但将这种联合疗法用于人体鳞状细胞癌症的治疗还有很长的路要走。Lowry说:“为潜在治疗添加的每种药物都有其自身的风险和副作用,因此识别和检测对人体安全有效的联合疗法是一个漫长而艰巨的过程。”
2023年4月份即将结束,4月份Science期刊又有哪些亮点研究值得学习呢?小编对此进行了整理,与各位分享。1.Science:开发出基于强化学习的蛋白结构设计方法doi:10.1126/scien......
近期,国家癌症中心/中国医学科学院肿瘤医院发布了2016年中国恶性肿瘤流行数据,数据收集截止时间为2019年8月31日,包含了31个省(区、市)的数据,覆盖3.8亿人。与以往不同,该报告首次公布了各省......
近期,国家癌症中心/中国医学科学院肿瘤医院发布了2016年中国恶性肿瘤流行数据,数据收集截止时间为2019年8月31日,包含了31个省(区、市)的数据,覆盖3.8亿人。与以往不同,该报告首次公布了各省......
据最新一期《自然·结构与分子生物学》杂志报道,荷兰癌症研究所研究人员揭示了为什么人的DNA是X形的,并发现了一种普遍存在的机制,通过这种机制,细胞可决定DNA的形状。这一发现或对了解人类细胞行为产生更......
适应性细胞疗法(ACT)已成为治疗晚期黑色素瘤的一种非常有前途的免疫疗法形式。通过利用来自患者自身肿瘤的免疫细胞,这种疗法为癌症患者提供了一种新的治疗选择,有可能避免放射治疗和有毒化疗药物的需要。这些......
胃癌(GC)是世界上最常见的恶性肿瘤之一,在各种癌症中发病率居第六位,死亡率居第三位。随着肿瘤生物学的快速发展,GC发展的分子机制已经阐明,靶向治疗的优势也越来越明显。目前,GC中常见的分子靶标主要是......
来自加州大学圣地亚哥分校医学院和加州大学圣地亚哥分校Moores癌症中心的一个研究小组发现,在许多癌症(包括最广泛的头颈部癌症)中表达的基因产品与在肿瘤内产生抗体的白细胞水平增加之间存在着强烈的联系。......
4月14日,中国科学院武汉病毒研究所/病毒学国家重点实验室罗敏华团队联合复旦大学附属上海市公共卫生临床中心程汉团队、广州市妇女儿童医疗中心、武汉脑科医院,在PLOSPathogens上,在线发表了题为......
正值第29届全国肿瘤防治宣传周,肿瘤相关话题成为关注焦点。近些年,不少人在体检中被查出“结节”,一些人还为此提心吊胆,担心有癌变风险。到底什么是结节?结节一定会发展为癌症吗?如何防治结节?记者就此进行......
我们有的时候会听到一家人先后得了癌症,一个家族里出现了许多癌症患者。每当看到这些新闻,心里就开始犯嘀咕,癌症是不是会遗传?其实,癌症不是标准意义上的遗传病,癌症遗传不会直接“继承”癌症本尊,而是传递癌......