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Science:重大发现!揭示作为细胞废弃物的氨竟促进乳腺癌生长

来源:本站原创 2017-10-21 18:18


图片来自Nephron/Wikipedia。

2017年10月21日/生物谷BIOON/---在一项新的研究中,来自美国哈佛医学院和布罗德研究所的研究人员报道,乳腺癌循环利用氨,即细胞代谢的一种废弃物,并且利用它作为氮源促进肿瘤生长。这些发现表明氨的存在加快体外培养的乳腺癌细胞增殖,而且抑制氨代谢能够阻止小鼠体内的肿瘤生长。相关研究结果于2017年10月12日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Metabolic recycling of ammonia via glutamate dehydrogenase supports breast cancer biomass”。

这些研究人员说,这一发现揭示了氨在癌症中所扮演的生物学角色,并可能有助于设计新的治疗策略来减缓肿瘤的生长。

论文通信作者、哈佛医学院细胞生物学副教授Marcia Haigis说,“传统上,氨被认为是一种代谢废弃物,这是因为它的毒性很高,所以它必须被清除。我们发现氨不仅对乳腺癌细胞没有毒性,而且它还能够作为肿瘤生长所需的氮源给肿瘤提供食物。

快速生长的细胞,尤其是癌细胞,会贪婪地消耗营养物,产生过多的代谢废弃物。作为其中的一种副产物,氨通常经血管运送到肝脏中,在那里,它被转化为毒性更小的物质,并且以尿素的形式从身体排泄出去。然而,肿瘤具有较少的血管,因此,氨以对很多细胞都是有毒性的浓度聚集在肿瘤的局部环境中。

追踪命运

为了研究肿瘤如何处理高浓度的氨,Haigis和她的同事们使用了一种对谷氨酰胺中的氮元素进行标记的技术。当谷氨酰胺在细胞代谢期间遭受降解时,含有标记的氮元素的氨作为副产物被释放出来。

为了追踪这种标记的氨的命运,这些研究人员分析了乳腺癌细胞和移植到小鼠体内的人肿瘤中的200多种细胞代谢物。

他们发现癌细胞高效地循环利用氨,将它整合到多种组分---主要是谷氨酸,即蛋白的一种基础的构成元件,以及它的衍生物---中。在癌细胞中,大约20%的谷氨酸含有这种标记的氮元素。

高浓度的氨似乎加快实验室培养的乳腺癌细胞生长。接触氨的癌细胞在7小时内的生长速度是没有接触氨的癌细胞的2倍。在三维培养---一种如身体中那样允许细胞在各个方向生长的技术---中,相比于未接触氨的癌细胞,氨接触让癌细胞的数量和细胞团的表面积增加高达50%。

在接受人乳腺癌移植的小鼠中,氨也加快肿瘤生长。这些研究人员阻断肿瘤中的谷氨酸脱氢酶(GDH)---一种特异性地对氨进行同化来发挥它的功能的酶---的活性时,它们的生长速度要比具有完整的GDH活性的肿瘤显著减慢。

论文第一作者、Haigis实验室研究生Jessica Spinelli说,“我们发现抑制氨代谢会阻止小鼠体内的肿瘤生长。因此,抑制氨同化或氨产生可能是开展药物设计的一种合理策略。”

这些研究人员的发现表明人们应当重新评估氨的生物学作用,从而为研究通过剥夺肿瘤的必需营养物来阻断肿瘤生长的新方法奠定基础。他们如今正在探究氨代谢对癌症的治疗意义。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Jessica B. Spinelli, Haejin Yoon, Alison E. Ringe et al. Metabolic recycling of ammonia via glutamate dehydrogenase supports breast cancer biomass. Science, Published online 12 Oct 2017, doi:10.1126/science.aam9305

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