根据《自然通讯》(Nature Communications)杂志上的一篇新论文，随着对癌细胞如何适应和重组其新陈代谢以实现生长和生存的深入研究，人们呼吁在几乎单细胞水平上研究这一问题的工具。
在20世纪20年代，奥托·瓦伯格(Otto Warburg)观察到癌细胞以不同寻常的方式代谢适应它们的葡萄糖途径。正常情况下，葡萄糖——细胞运转所需的主要营养物质——被送到细胞的线粒体中被分解为能量，这一过程需要氧气。然而，癌细胞似乎会迅速增加葡萄糖的摄取，并直接将其发酵成乳酸盐，即使存在氧气和有功能的线粒体。
“他称其为有氧糖酵解，但我们知道它是Warburg效应，”作者Raul Mostoslavsky说，他是麻省总院癌症中心的科学联合主任，也是哈佛医学院肿瘤(医学)的劳雷尔·施瓦茨教授。近15年来，研究人员一直试图解释为什么癌细胞会这样做。
在这篇论文中，莫斯托斯拉夫斯基的团队通过研究结肠癌肿瘤来了解更多。他们开发了一种荧光报告器，只对肿瘤细胞中的糖酵解标记物进行染色。利用该报告者和布里格姆妇女医院的Nathalie Agar开发的质谱成像方法，研究人员发现，并非结肠癌细胞中的所有细胞都依赖于Warburg糖酵解。
Mostoslavsky说:“我们发现这种代谢适应并不发生在整个肿瘤中，只是发生在没有分裂的异质组中。”他的团队已经在鳞状细胞癌中发表了这种异质特征，但这是第一次在结肠癌和非分裂细胞中出现。
“真正让我们惊讶的是，当我们用细胞增殖的标记染色肿瘤细胞时，它们是相互排斥的，”Mostoslavsky补充道。在完全转化的结肠癌中，进行瓦氏糖代谢的细胞没有分裂。
“这完全挑战了华宝效应的教条，”他补充道。在过去的10到15年里，大多数从事癌症代谢研究的研究者都认为，癌细胞通过Warburg糖酵解将葡萄糖输送到生物质生产或快速增殖。“相反，我们发现他们这样做的主要原因是为了减少活性氧(ROS)。”活性氧在葡萄糖分解和能量产生过程中损害细胞:“细胞进行瓦伯格代谢以防止ROS的积累。”
这项研究表明，Warburg糖酵解确实存在，并作为一种必要的适应作用在癌细胞中发挥作用。莫斯托斯拉夫斯基说:“但这不是我们过去认为的原因。”“这意味着我们需要重新思考研究癌症代谢的方式。”在过去10年里，研究癌症代谢的许多进展都来自代谢组学的质谱分析，这需要很多细胞。问题是缺乏分析细胞异质性的方法。
他说:“如果新陈代谢适应在某些癌细胞中发生，或者在其他细胞中没有发生，你将无法用现有的技术确定这一点。”“我们现在知道Warburg糖酵解是发生在肿瘤中的一种异质性特征，所以我们需要开发工具，使我们能够以单细胞的方式研究肿瘤。”
在这篇论文中，该团队使用了一种新型的质谱成像工具，几乎以单细胞分辨率获取数据。Mostoslavsky说:“很明显，癌症的代谢是高度异质性的，所以我们需要像这样的新工具来研究和定义肿瘤的代谢特征。”
该研究的其他作者包括Carlos Sebastian, Christina Ferrer, Maria Serra, Jee-Eun Choi, Nadia Ducano, Alessia Mira, Manasvi Shah, Sylwia Stopka, Andrew Perciaccante, Claudio Isella, Daniel Moya-Rull, Marianela Vara-Messler, Silvia Giordano, Elena Maldi, Niyata Desai, Diane Capen, Enzo Medico, Murat Cetinbas, Ruslan Sadreyev，丹尼斯·布朗，米格尔·里维拉，安娜·萨皮诺，大卫·布雷特。
这项工作得到了美国国立卫生研究院、2011年MIUR每千人FPRC 5、2014年MIUR每千人FPRC 5、2018年Ministero della Salute委员会和欧盟地平线2020研究和创新计划的资助。
这是改编自马萨诸塞州总医院的新闻稿。
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文章旨在传播新闻信息，原文请查看https://news.harvard.edu/gazette/story/2022/03/closer-look-at-cancer-cells-ability-to-rewire-thrive-survive/