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生物谷

惊人发现!一种糖竟然可以杀死癌细胞!

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,南加州大学维特比化学工程和材料科学系的研究人员发现了一种常见癌细胞的弱点:糖缺乏灵活性。也就是说,当癌细胞接触到一种不同类型的糖-半乳糖时,细胞无法适应,将会死亡。

该发现由化学工程和材料科学助理教授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》(Journal of Cell Science)杂志上。





图片来源:Journal of Cell Science
 

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。

郑说,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。Graham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。

Graham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。"

郑说,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,"郑说。

"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,"Graham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。

Graham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的细胞对半乳糖有抗性,"郑说。"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程。"

 



图片来源:Journal of Cell Science
 

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,一些复发是常见的,这些治疗在细胞部分复发之前显示出强有力的初步结果。Graham说,AKT肿瘤可以通过这样的代谢治疗作为靶点,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。

郑和Graham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。

Graham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。

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