肿瘤

肿瘤自身的代谢过程或许要比预想中更慢!

作者:生物谷 来源:生物谷 日期:2023-02-17
导读

         来自普林斯顿大学等机构的科学家们通过研究首次发现,事实或许恰恰相反,即肿瘤将营养物质转化为可用的细胞能量的过程会明显且可量化地减缓。

关键字:  肿瘤 | 代谢 

        科学家们从来都并不确切地知道在哺乳动物机体中癌变的肿瘤到底会消耗多少能量,他们假设癌细胞会消耗大量能量,并搅动营养物质,使得诸如心脏、肝脏和胰腺等健康器官处于一种不利的状态,因为代谢系统会扩散营养。然而,近日一篇发表在国际杂志Nature上题为“Slow TCA flux and ATP production in primary solid tumours but not metastases”的研究报告中,来自普林斯顿大学等机构的科学家们通过研究首次发现,事实或许恰恰相反,即肿瘤将营养物质转化为可用的细胞能量的过程会明显且可量化地减缓。这种“昏睡”(lethargy)行为或许能帮助肿瘤为其更邪恶的行为来保存能量,比如生长和转移等。

        在5种不同类型的癌症中,研究者发现,肿瘤会在低能量的环境中成功增殖,部分是因为其忽略了健康器官为整个机体的利益而发挥的正常组织功能。这一研究发现对于新型抗癌疗法的开发意义重大,因为其能将注意力引向缓慢的能量代谢。一些针对癌症患者的治疗建议会围绕“饿死肿瘤”的策略,假设没有营养物质的话,肿瘤就无法生长,而从能量基质的一般角度来看,这种策略充其量是值得怀疑的。但研究人员确实发现,肿瘤要比正常组织更会利用一种特殊的营养物质,即葡萄糖,因此这符合将标准癌症疗法与减少机体葡萄糖循环的饮食进行结合的可能性,比如生酮饮食等。

        研究者Caroline Bartman表示,我认为人们假设癌症需要很多能量的话,因为其必须支付细胞分裂和增殖的“费用”,但并没有人真正测定过与机体健康器官相比癌症会制造和使用多少能量。为此,研究人员开发了一种测定方法,并发现了肿瘤和其它组织之间的巨大差异,如今研究人员拥有了一种范式,即癌症是非常节约的,其会停止将能量用于机体所有的健康任务,而是将其用于增殖,这或许就告诉我们,诸如饿死癌症等类型的途径以及单独的治疗策略或许并不是最好的。

        肿瘤自身的代谢过程或许要比预想中更慢。

        肿瘤会面临更为残酷的代谢环境,因为其没有在机体其它部位形成适当的血管,这或许就会迫使其以少胜多;肿瘤在很多方面都是具有较高代谢特征的,研究人员都能观察到其较高的代谢过程,而这也会支持其生长和分化的能力。细胞的生长是昂贵的,但并不像有思想或移动肌肉,亦或者是拥有正常器官的哺乳动物生活的其它方面那样昂贵。为了量化这项研究,研究人员利用一种称之为同位素追踪(isotope tracing)的调查方法进行研究,该方法涉及利用重同位素来标记营养物质,并监测其在哺乳动物体内代谢的速度。哺乳动物机体的组织和器官主要通过三羧酸循环(TCA)来为其所干的工作来赋予能量,TCA能氧化脂肪和碳水化合物从而制造主要的能量—ATP,95%的ATP(哺乳动物机体的可用能量)都是通过该循环所获得的,通过研究从血液中吸收营养物质进入到TCA循环的速度,研究人员就能定量癌症组织和健康组织之间产生和使用能量的多少或水平。

        比如,在肺癌、胰腺癌和结肠癌中,他们就发现,原发性实体瘤中(即尚未开始扩散的肿瘤)的TCA通量和ATP的生产周期会较为缓慢。相比原发性肿瘤而言,转移性癌症会制造并利用更多能量,并且会与机体健康组织相当的水平上做到这一点。这或许就让研究人员得出结论表明,癌细胞会摆脱能量昂贵的组织特异性功能来为肿瘤的生长储备能量。这是研究人员首次在体内对肿瘤的能量产生进行量化研究,并作为比较研究的一部分内容。

        研究者Bartman说道,如今我们使用的一些方法此前已经被其他研究人员使用过,比如TCA循环的途径大约在80年前被科学家们发现,但技术的进步和更好的光谱测定技术或许会提供令人吃惊的研究新发现。研究者认为现在正是这一研究领域激动人心的时刻,因为随着过去50年的研究进步,现在或许是一个非常富有成效的hike,研究人员可以重头审视所有旧观点并利用其来更好地理解诸如癌症等疾病的发生机理。

        综上,本文研究结果表明,随着实体瘤的进展,癌细胞会摆脱能量昂贵的组织特异性功能,而且在产生ATP能量有限的情况下仍能促进癌细胞的失控生长。

        原始出处:

        Bartman, C.R., Weilandt, D.R., Shen, Y. et al. Slow TCA flux and ATP production in primary solid tumours but not metastases. Nature 614, 349–357 (2023). doi:10.1038/s41586-022-05661-6

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