氨基酸消耗与癌细胞的快速分裂有关

　　研究人员观察了60种癌细胞系,分析了超过200种被这些快速分裂的癌细胞消耗和释放的代谢物,第一次大规模地展示了癌细胞代谢的情况,指出了甘氨酸在癌细胞增殖方面的关键作用。

　　将近一个世纪以前,科学家们就已经发现了癌细胞具有特殊的胃口,它以一种有别于普通细胞的方式吞噬葡萄糖。然而,葡萄糖的摄取只是癌细胞独特代谢"故事"的一部分。美国布洛德研究所和麻省总医院的研究人员观察了60种癌细胞系,并分析了超过 200种被这些快速分裂的癌细胞消耗和释放的代谢物。他们的研究第一次大规模地展示了癌细胞代谢的情况,指出一种最小的氨基酸——甘氨酸在癌细胞增殖方面的关键作用。

　　这篇文章的资深作者,哈佛大学医学院和麻省总医院教授,布洛德研究所新陈代谢项目组主任 Vamsi Mootha指出:"新陈代谢在癌症中的作用越来越受到关注,但到目前为止,相关研究只集在一两个特别的通路上。我们运用客观的方式,研究了所有的新陈代谢,并最终发现了甘氨酸通路。"

　　Mootha和他的同事发明了一项名为CORE(消耗和释放)的解析技术,通过该技术他们可以测量发生在身体内化学反应的前体和代谢产物之间的代谢分子流量。当研究人员测量代谢分子的时候,大多会选择在某一特定时间点快速检测代谢分子的水平。但是,就像在高速公路上拍照不能反映出汽车运动有多快一样,这一方法不能体现出哪一个代谢细胞正在迅速的消耗或释放代谢物。

　　这篇文章的共同第一作者,Mootha实验室的一位博士后Roland Nilsson指出:"CORE技术的使用,可以使我们能够精确地定量每个细胞每小时消耗或释放多少代谢分子。现在凭借这一技术,我们能够检测出营养物质进入或流出细胞的流量或运输方式。"

　　这项研究最显著的成果是:癌细胞中甘氨酸的消耗模式关系到癌细胞的分裂速度。在分裂最慢的细胞中,会有少量的甘氨酸被释放到细胞培养基中。但是在快速分裂的癌细胞中,甘氨酸则会被贪婪地消耗掉。研究人员指出,极少有代谢分子会出现这种不寻常的"穿越界限"的模式,即快速分裂的癌细胞消耗代谢物,而正常的缓慢分裂的细胞则会释放代谢物。

　　该研究小组将CORE解析技术运用到NCI-60相关研究。NCI-60是科学界研究了数十年的60个癌细胞系,代表了9种癌症类型,这些细胞系对药物的敏感性、基因和蛋白质活性、细胞分裂速度等数据都是公开的。这一小组的代谢分子相关信息概要也是公开的。

　　Jain 提出:"目前,新陈代谢活动对癌细胞增殖速度的影响还研究未深。但是,通过对这60种细胞系的研究,我们清楚的观察到:细胞的分裂速度与甘氨酸的摄入量有关。"

　　Roland Nilsson说:"CORE方法是一种快速筛选的方法。这种方法可以检测你感兴趣的氨基酸的活动,你可以根据这些结果,继续进行其他实验来做进一步验证。"

　　为了进一步寻找与细胞分裂速度有关的代谢物,该研究小组还测定了大约1500种新陈代谢酶的表达。在线粒体内与甘氨酸快速合成有关的酶的表达也与细胞分裂的速度高度相关。我们的实验涉及两种独立的方法——代谢谱和基因表达谱,而它们每一种的结果都显示甘氨酸代谢对癌细胞增殖的速度有重要影响。

　　为了进一步证实和理解这一结果,研究人员们观察了甘氨酸缺少时癌细胞的状况。他们同样选用两种方式进行:一是将甘氨酸从培养基中直接移除,二是阻断参与甘氨酸代谢的酶的表达。在这两种实验条件下,快速分裂的癌细胞的分裂速度都减缓了,但是生长较慢的癌细胞却没有受到影响。

　　尽管在实验室条件下观察到了甘氨酸代谢对癌细胞生长的影响效果,但是这些癌细胞在人体内可能有不同的表现。接下来,研究人员仔细分析了近25年来对乳腺癌患者的研究数据,从中寻找参与甘氨酸代谢的酶的表达水平与乳腺癌之间的潜在联系,他们最终发现较高水平的甘氨酸可能为这些患者带来不良后果。

　　这一结果为未来的研究提供了基础,而他们使用到的CORE谱也可能被广泛应用。 Nilsson说:"这一方法为特定细胞类型或组织的研究提供了一个快速概览的方法,使研究者能够看到细胞的生存或生长需要何种物质。我们希望将这一技术能推广到其它领域,例如用于肝细胞和肌肉组织,去研究糖尿病等。这一技术将具有非常广阔的应用前景。"