Science：促進癌細胞快速生長的“奸細”

行為就像貪食的怪物，腫瘤需要供給充足的細胞構件例如氨基酸和核苷酸來確保在惡劣的生存環境下保持快速地生長。然而科學家們對于腫瘤如何滿足這些迅速生長的要求還沒獲得充分地理解。現在來自加州理工學院（Caltech）的化學家們證實一種稱作GlcNAc （"glick-nack"）的特殊糖類，在維持癌性怪物的“喂養”中發揮了關鍵性作用。這一研究發現為癌癥的治療干預提供了新的潛在靶點。新的研究結果發表在本周出版的《科學》（Science）雜志上。

在加州理工大學化學教授Linda Hsieh-Wilson的領導下，研究小組發現腫瘤細胞通過改變糖基化，添加碳水化合物（在這種情況下是GlcNAc）到蛋白質上，來對它們的環境做出反應。這zui終將幫助癌細胞生存。當科學家們在小鼠中阻斷GlcNAc添加到一種特殊蛋白質上時，腫瘤細胞的生長受到了損害。

研究人員利用實驗室開發的化學工具和分子建模技術確定GlcNAc抑制了糖酵解（一個涉及10個酶驅動步驟的代謝信號通路）的一個步驟。在正常細胞中，糖酵解是生成細胞功能所需高能量化合物的一個中心過程。然而Hsieh-Wilson的研究小組發現當GlcNAc附著到磷酸果糖激酶1（phosphofructokinase l,PFK1）上時，它在早期階段抑制了糖酵解，將前面步驟的產物改變路線到一條不同的信號通路上，生成了腫瘤生長需要的核苷酸，以及保護腫瘤細胞的分子。因此GlcNAc使得腫瘤細胞做成了一筆交易，它們以生成較少的高能化合物來換取生長和生存所需的產物。

“我們發現了一條新分子機制，癌細胞采用它來生成可讓它們更快速生長，并幫助它們對抗氧化應激的中間體，”Hsieh-Wilson說。

這并非科學家們確定腫瘤細胞利用了一種機制可能生成了它們生存所需的中間體。但大多數其他機制均涉及遺傳改變或突變——例如*的改變導致了少活性形式的酶。“這里的*之處在于GlcNAc的添加是動態的和可逆的，這使得癌細胞能夠隨它所遭遇的環境而更迅速地改變它的代謝。”

當研究人員分析人類乳腺癌和肺腫瘤組織時，他們發現大部分來自同一患者的腫瘤相比正常組織GlcNAc相關的糖基化增高了2-4倍。隨后，利用注入人類肺癌細胞的小鼠，研究人員用正常的PFK1酶或不能被糖基化的突變形式替換了現有的PFK1酶。具有突變形式PFK1的小鼠顯示腫瘤生長減少，表明阻斷糖基化損害了癌細胞生長。

該研究表明未來的抗癌研究至少有兩條可能的途徑。一條是與當前研究中突變PFK1酶相似的，開發出阻止PFK1糖基化的化合物。另一條就是激活PFK1酶以使糖酵解正常運行，幫助防止癌細胞改變細胞代謝支持癌性生長。

Hsieh-Wilson研究小組過去在腦中研究GlcNAc相關的糖基化。例如他們曾證實將GlcNAc添加到稱作CREB的蛋白上可抑制該蛋白開啟長期記憶儲存所需基因的能力。另一方面，他們還證實在前腦中顯著低水平的GlcNAc導致了神經退行性變。“目前的想法是在太少和太多糖基化之間取得一個平衡。處于任何一個都會讓事情出差錯，不論是在腦中還是在癌細胞中，”Hsieh-Wilson說。

在他們的研究中，Hsieh-Wilson研究小組發現這種將GlcNAc添加到PFK1的糖基化在與腫瘤相關的條件下，例如低氧水平時增強。他們還發現PFK1的糖基化對于營養物質的獲得敏感。如果缺乏某些營養物，糖基化就會增高，腫瘤通過改變細胞的代謝能夠補償營養物的缺乏。