和體內的任何細胞一樣，癌細胞需要糖--即葡萄糖--來為細胞的增殖和生長提供燃料。特別是癌細胞代謝葡萄糖的速度比正常細胞要高得多。然而，南加州大學維特比化學工程和材料科學系的研究人員發現了一種常見癌細胞的弱點：糖缺乏靈活性。也就是說，當癌細胞接觸到一種不同類型的糖-半乳糖時，細胞無法適應，將會死亡。
該發現由化學工程和材料科學助理教授Nicholas Graham實驗室的博士生Dongqing Zheng領導，可能對癌症的新代謝療法具有重要意義。這項研究最近發表在《細胞科學》（Journal of Cell Science）雜誌上。
這篇論文描述了致癌基因，即導致癌症的基因，也可以導致癌細胞對糖供應的變化變得不靈活。正常情況下，細胞通過代謝葡萄糖生長，但大多數正常細胞也可以利用半乳糖生長。然而，研究小組發現，擁有普通致癌基因AKT的細胞不能處理半乳糖，因此暴露在這種糖中就會死亡。
鄭說，半乳糖在結構上與幫助癌細胞生長的葡萄糖非常相似，但有一些區別。Graham說，將細胞暴露在半乳糖環境下，會迫使細胞進行更多的氧化代謝，即利用氧氣將糖轉化為能量，而不是糖酵解代謝，即利用葡萄糖獲得能量。正常細胞可以代謝葡萄糖和半乳糖，但AKT信號通路被激活的癌細胞(通常在乳腺癌細胞中發現)則不能。
Graham說："我們還沒有看到在癌症背景下研究半乳糖的研究，看看特定的突變是否會導致癌症，導致細胞在處理糖酵解代謝和氧化代謝之間的轉換方面更好或更差。"
圖片來源：Journal of Cell Science
鄭說，這一發現並不意味著半乳糖本身就能有效治療AKT型癌細胞，但它確實揭示了這些細胞的一個根本缺陷，即氧化狀態導致細胞死亡。
"我們試圖做的是使用系統的方法來了解這一點，所以我們可以使用一些類型的靶向藥物或基因療法，可以誘導類似的效果，迫使細胞進入氧化狀態，"鄭說。
"半乳糖是一個模型系統，我們正在使用它來發現細胞中的這些弱點，從而引導未來的藥物開發，"Graham說。"我們的實驗室將專注於嘗試使用專門的藥物來做到這一點。"
研究小組的發現還表明，雖然半乳糖引起的氧化過程確實會導致AKT型癌細胞的細胞死亡，但當細胞被賦予不同的基因突變MYC時，半乳糖並沒有殺死細胞。
Graham說："如果你有一種藥物可以抑制糖酵解，你就應該給AKT突變的病人服用。但你不能把它給有MYC突變的病人，因為理論上它對那些MYC細胞不起作用。"
研究人員還發現，在半乳糖中大約15天後，一些癌細胞開始重新出現。
"也許有一個小的亞種群的細胞對半乳糖有抗性，"鄭說。"另一種可能是，一些癌細胞非常有彈性，在接受半乳糖治療兩周後，它們會自我適應並重新編程。"
圖片來源：Journal of Cell Science
癌症治療的系統生物學方法與傳統療法如化療和放療不同，因為它針對的是癌細胞的代謝過程。它的目標是找出那些沒有傳統化療副作用的藥物。傳統化療也會殺死健康細胞，導致脫髮等副作用。然而，在許多癌症的靶向代謝治療中，一些復發是常見的，這些治療在細胞部分復發之前顯示出強有力的初步結果。Graham說，AKT腫瘤可以通過這樣的代謝治療作為靶點，以便在初期縮小腫瘤，但這種治療需要伴隨另一種雞尾酒藥物治療，以防止復發，防止癌細胞突變和適應。
鄭和Graham說，如果沒有本科生Jonathan Sussman (生物醫學工程)和Matthew Jeon (化學工程和材料科學)的工作，最新的研究是不可能的。他們協助完成了細胞計數任務和蛋白質組學--參與癌細胞代謝的蛋白質的研究。
Graham說，下一步，研究小組最大的挑戰是找出對AKT基因的癌細胞進行測試的組合療法，從而產生更有效的治療方法。
責任編輯：WYL
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