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《科學》:癌細胞為了獲取擴張的糧草 屎尿都吃了

人體是一個精密的系統,人獲取葡萄糖、脂肪、蛋白質三大營養物質,通過吸收和分解代謝產生能量,供給人自身生長和生活,同時代謝產生的廢物排泄出體外。

但是,腫瘤作為細胞異常增生形成的大塊組織,不具備完善的廢物排泄系統。而腫瘤細胞同樣在進行著大量的能量和營養消耗,甚至消耗的速度和數量都快於正常組織。那麼,腫瘤所排出的廢物去了哪兒?

惡性腫瘤的喪心病狂,我們已經領略過很多次了,但萬萬沒想到,癌細胞能夠喪心病狂到如此地步。是的,為了強大自我,它竟然會把自己的排泄物“吃掉”。

近日,哈佛大學醫學院和麻省理工學院、哈佛大學以及劍橋大學聯合研究所的科學家就揭示了這一發現,原來腫瘤代謝產生的廢物氨(NH3)不僅不會產生細胞毒性,還會被重新利用,再次轉化為氨基酸,繼續幫助腫瘤生長和增殖。[1]他們的研究結果發表在《science》上。

研究的通訊作者Marcia C.Haigis教授

氨(NH3)是蛋白質的代謝產物之一,血漿中氨(NH3)的濃度過高會對人體細胞產生毒性。晚期肝病患者會出現肝昏迷,就被認為是由於肝臟中代謝氨的酶產生不足,或腸道產生的氨直接進入血液循環,使血氨的濃度過高,影響神經細胞的功能產生的。正常情況下肝臟中的酶可以通過尿素循環(又稱鳥氨酸循環),將氨轉化為尿素,然後主要通過尿液排出體外。

NH3在人體的代謝過程

既然腫瘤組織沒有發達的排泄系統,那麼癌細胞代謝產生的大量廢物氨,是怎麼處理的呢?讓人意想不到的是,研究人員通過同位素示蹤技術,發現癌細胞代謝產生的廢物氨,並沒有經過尿素循壞代謝掉。

不進入尿素循環,大量的廢物氨堆積在腫瘤組織中,豈不是會引起嚴重的細胞毒性?

更出乎意料的是,即使腫瘤組織內積累了足夠高的氨,癌細胞攝取營養物質的能力和基礎呼吸頻率也不會改變,癌細胞不僅沒有中毒,甚至它們還開始更快地生長和增殖。

癌細胞果然是保持著不按常理出牌的一貫風格。但這也太神奇了吧?代謝產生的大量廢物氨,既不排出去,也不會引起細胞毒性,甚至積累得越多越有利於自己生長增殖,究竟發生了什麼?

加入NH4Cl的培養基質中,癌細胞增殖。MCF7和T47D為兩個乳腺癌細胞系

奇點君看到的時候,都不敢相信,當研究人員進一步對培養基中氨的代謝途徑進行跟蹤時,結果發現,廢物氨(NH3)竟然轉變成了谷氨酸、天門冬氨酸等非必需氨基酸。而這些新生成的氨基酸,正是瘋狂增殖的乳腺癌細胞所需要的原料。[2-6]

看到這裡,只能用不可思議來形容了。而且研究人員發現,如果讓癌細胞自己代謝產生的氨,在培養基中累積,癌細胞的生長和繁殖速度會較之前變得更快!喪心病狂啊!癌細胞竟然可以將有毒性的廢物氨作為氮源,再次合成氨基酸循環利用,以助於自身生長和增殖

每天更換培養基(Control)和每三天更換培養基使代謝產生的氨(NH3)累積(Conditioned)癌細胞增殖情況

接下來,研究人員又在活體小鼠身上進行驗證。結果發現,小鼠乳腺癌組織同樣可以利用代謝產生的氨來合成非必需氨基酸,促進自身增殖,並且這些利用氨轉變來的非必需氨基酸只在腫瘤組織中存在,在血漿中並未出現。可見,廢物氨再利用,重新生成氨基酸的過程是腫瘤的“獨家秘密”

注射NH4Cl後,小鼠肝臟、血漿、腫瘤中各種標記氨基酸數量

但這一切又是怎樣實現的呢?

研究人員在實驗中發現,癌細胞轉化和利用氨的過程與谷氨酸脫氫酶(GDH)有關。而且,在體外實驗和小鼠中敲除GDH基因,都可以觀察到氨基酸代謝產物減少,以及癌細胞增殖減緩和腫瘤體積減小的表現

GDH敲除小鼠較對照小鼠腫瘤體積減小

谷氨酸脫氫酶是人體可以代謝氨的三種酶之一[7,8],而且研究人員在分析人類癌症基因組轉錄數據的過程中發現,GDH在大部分癌症類型中均有升高

Marcia C. Haigis教授對此總結道,“傳統意義上,氨被認為是一種代謝廢物,因為它具有高毒性,所以需要被機體清除掉,但是我們發現對於乳腺癌細胞來說,氨不僅沒有毒性,還提供了腫瘤生長必須的物質,供養了腫瘤。”

目前,Marcia C. Haigis教授及其團隊正在尋找氨在腫瘤中的代謝特徵可能帶來的治療作用,他們有關氨在腫瘤中生物學行為的發現,為尋找通過去除腫瘤的必需營養物質來控制腫瘤增長的新的治療方式奠定了基礎

阿波羅網責任編輯:王君 來源:奇點網 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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