2018-12-21 05:36:01
开创性研究的癌症代谢主题

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无论癌症在体内采取何种形式,它都会从细胞水平开始,并通过新陈代谢生长。

据史密斯化学与生物分子工程学院的William C. Hooey主任和Gordon L. Dibble教授Abe Stroock所说,了解癌症代谢改变已经引起了新的研究兴趣。他的最新研究探讨了多种尺度的癌症代谢,并为未来的研究奠定了理论基础。

“从某种意义上说,癌症具有明显的新陈代谢,并且它是已确定的细胞和亚细胞规模的最早[疾病]特征之一,”Stroock说,“Warburg的多尺度计算研究”的高级作者效应,反向Warburg效应和谷氨酰胺成瘾在实体瘤中,“最近发表于PLOS计算生物学。

Mengrou Shan,博士,Stroock实验室的前Samuel C. Fleming家庭研究员,是第一作者。

近100年前,德国生理学家和诺贝尔奖获得者Otto Warburg假设癌症生长是由线粒体消耗异常量的葡萄糖引起的,即使在氧气存在的情况下也是如此。健康细胞仅在没有氧气的情况下消耗葡萄糖。这种癌症代谢改变的现象被称为Warburg效应。

Warburg推测癌症是一种代谢性疾病,首先是,但随后的研究提出了基因突变是癌症根源的观点。

“Warburg声称这种代谢缺陷是癌症的起源,在很重要的方面,今天已被驳回,”Stroock说。 “但我们仍然无法治愈癌症,所以关于与癌症遗传学相关的新陈代谢的问题又回到了谈判桌上。”

Stroock说,当癌细胞消耗葡萄糖时,他们通过称为糖酵解的过程来实现,其中大量的葡萄糖转化为乳酸。这是一种非常低效的使用葡萄糖的方法 - 当疲劳的肌肉厌氧消耗糖时会发生相同的现象,如果不加以控制会导致乳酸性酸中毒。

该研究的目标之一是找出癌症代谢中是否以及如何奇怪,如Warburg效应,帮助或伤害肿瘤生长。例如:鉴于糖酵解的内在无效率,肿瘤细胞相对于健康组织应该处于不利地位。

“这是一个迫切的问题的原因之一是,我们目前对肿瘤的理解是基于适者生存,”Stroock说。 “它[癌症]获胜是因为癌细胞违背了良好组织细胞的规则,即”做你被告知的事情“和”有遗传完整性“。在这样做时,肿瘤胜过健康组织。“

Stroock旨在确定这种重新连接的代谢过程的优势和劣势,在多种尺度 - 细胞内,细胞,多细胞 - 并创建这样做的工具。该小组在三种代谢情景中对这些过程进行了建模:

Warburg效应(有氧消耗葡萄糖);

谷氨酰胺成瘾,被视为癌症代谢的标志,并且;

逆向Warburg效应,其中癌细胞“劫持”肿瘤微环境中的非癌细胞并迫使它们像癌细胞一样消耗葡萄糖。

该小组使用的工具之一是通量平衡分析(FBA),一种用于确定单个细胞内整个代谢过程中营养素利用率的计算方法。

在实体瘤形式的细胞群模型中使用FBA的结果,该组证实Warburg效应为肿瘤提供了生长优势,但谷氨酰胺成瘾不利于肿瘤细胞的生长。 “我们证明,[对于肿瘤]对谷氨酰胺成瘾没有帮助,”Stroock说。 “社区将不得不寻找谷氨酰胺重要的其他方式。”

Stroock的团队还提供了在反向Warburg效应下健康细胞和肿瘤细胞之间关系的见解,这可以让更多氧气在资源有限的微环境中穿透癌细胞。

Stroock表示,该小组的工作虽然为未来的研究打开了大门,但也证实了近百年的理论。 “它将这一古老的假设置于更稳固的基础上,”他说,“我们现在更加定量地了解癌细胞如何使用这种Warburg机制。”

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