我们对癌细胞的认识可能错了100年?《自然》新研究改写经典理论

2021-04-12 08:55:31 学术经纬

▎药明康德内容团队编辑

近日,一篇发表在顶尖学术期刊《自然》上的研究论文引起了热议。来自美国范德比尔特大学(Vanderbilt University)医学院的研究团队发现,肿瘤疯狂消耗葡萄糖,罪魁祸首并非癌细胞。研究机构的新闻稿介绍说,这一发现改写了过去100年里发展并完善起来的癌症代谢模型

一百年前,著名生理学家Otto Warburg医生与同事们观察到一个现象:和正常细胞相比,癌细胞要消耗更多的葡萄糖。这听起来很合理——癌细胞是一类需要快速分裂和增殖的恶性细胞,当然需要更多的营养。

“根据Otto Warburg在1922年发表的结果,癌细胞能够以极高的速率消耗葡萄糖,基于这一点,癌症代谢领域在过去20年里出现了爆发式的发展。” 负责这项研究的Jeffrey Rathmell教授说。

Otto Warburg医生在1931年获得了诺贝尔生理学或医学奖(图片来源:诺贝尔基金会)

Warburg医生的观察也为如今临床上检查恶性肿瘤提供了一种理论基础。正电子发射断层扫描(PET)肿瘤成像就是利用癌细胞对葡萄糖的需求旺盛,以放射性葡萄糖示踪剂(FDG)让癌细胞“显形”。

然而,FDG-PET并不总是能给临床医生提供他们期待的结果。这支研究团队的 另一位负责人Kimryn Rathmell教授 在研究肾癌时注意到,PET扫描结果和他们根据理论推测的并不总是一致: “多年来,我一直很好奇为什么有时PET扫描结果上‘应该’发亮的部分没有发亮。 ”

研究团队主要成员Kimryn Rathmell教授,Bradley Reinfeld博士,Matthew Madden博士和Jeffrey Rathmell教授(图片来源:参考资料[2];Credit:范德比尔特大学医学院)

于是,他们决定追踪这一令人困惑的现象。研究人员设计了一组实验,把PET示踪剂打到长有肿瘤的小鼠体内,然后取出肿瘤,根据细胞表面的蛋白标志物,利用流式细胞术,把肿瘤中不同类型的细胞分开,分别测量各类细胞的放射性,看看到底是哪些细胞在消耗葡萄糖。

结果令人十分意外:肿瘤内葡萄糖的主要消耗者其实不是癌细胞,一类被称为巨噬细胞的免疫细胞才是摄取葡萄糖能力最强的,有着强大的葡萄糖代谢活性。而癌细胞并没有想象中那么“爱吃糖”,相反,另一组实验显示,癌细胞更偏爱另一种营养物质——它们对谷氨酰胺的摄取能力最强

这一结果不仅出现在肾癌模型中,也出现在结直肠癌、乳腺癌等其他几种肿瘤模型中,研究人员由此指出,这些发现很可能是适用于各种癌症类型的普遍现象

图片来源:123RF

后续实验进一步表明,肿瘤微环境中的癌细胞和免疫细胞吸收的营养物质不同,原因也和过去以为的并不一样

“过去人们以为是癌细胞抢走了所有的葡萄糖,导致免疫细胞吃不上葡萄糖,于是免疫细胞无力抗癌。”研究人员解释说,“我们的数据却说明,营养物质并不短缺。相反,不同类型的细胞根据自身特定的代谢程序消耗特定的营养物质,它们对营养物质做好了分配:癌细胞摄取谷氨酰胺和脂肪酸,免疫细胞吸收葡萄糖。”

基于这些新的发现,研究团队提出,现在或许可以开发新的肿瘤成像策略和抗癌疗法了。“我们总是用FDG-PET扫描,对于扫描结果提供的信息,我们需要有更好的认识:尽管我们想用它来判断肿瘤反应,但它有可能告诉我们的是炎症反应。” Kimryn Rathmell教授补充说。

参考资料

[1] Bradley I. Reinfeld et al., (2021) Cell-programmed nutrient partitioning in the tumour microenvironment. Nature Doi: https://doi.org/10.1038/s41586-021-03442-1

[2] Study revises understanding of cancer metabolism. Retrieved Apr. 11, 2021 from https://medicalxpress.com/news/2021-04-cancer-metabolism.html

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