科学家发现氨基酸为肿瘤细胞提供了大部分构成要素

新的研究表明，氨基酸（而不是葡萄糖）在增殖的哺乳动物细胞中占大部分细胞质量。

癌细胞臭名昭著，因为它们具有无法控制的速度和产生成群的新肿瘤细胞的能力。这些迅速增殖的细胞消耗的大部分燃料是葡萄糖（一种糖）。

科学家相信，组成新细胞的大多数细胞团（包括癌细胞）都来自葡萄糖。但是，麻省理工学院的生物学家现在惊奇地发现，新细胞材料的最大来源是氨基酸，而细胞消耗的氨基酸量要少得多。

这些发现为研究癌细胞的新代谢提供了一种新的途径，科学家们希望该研究领域能够生产出能够切断癌细胞生长和成皮能力的新药物。

“如果要成功地靶向癌症代谢，则需要了解一些有关如何使用不同途径实际产生质量的方法，”艾森·张职业发展生物学副教授，麻省理工学院科赫研究所成员马修·范德·海登（Matthew Vander Heiden）说。用于综合癌症研究。

范德·海登（Vander Heiden）是这项研究的资深作者，该研究于3月7日发表在《发育细胞》杂志上。该论文的主要作者是麻省理工学院的研究生亚伦·霍西奥斯（Aaron Hosios）。

烧起来了

自1920年代以来，科学家就知道癌细胞产生的能量与正常细胞不同，这种现象被其发现者德国生物化学家奥托·沃伯格（Otto Warburg）称为“沃堡效应”。人体细胞通常使用葡萄糖作为能源，通过一系列需要氧气的复杂化学反应将其分解。Warburg发现，肿瘤细胞转换为效率较低的代谢策略，即发酵，该方法不需要氧气，并且产生的能量要少得多。

最近，科学家提出了理论，即癌细胞利用这种替代途径为新细胞创造了结构单元。但是，反对这一假设的一个理由是，许多葡萄糖都转化为乳酸，这是一种对细胞无用的废物。此外，关于新癌细胞或任何种类的快速定居的哺乳动物细胞的确切成分的研究还很少。

范德·海登说：“由于哺乳动物吃了如此多的食物，因此，关于哪些食物对质量的哪个部分起作用似乎是一个悬而未决的问题。”

为了确定包括肿瘤中的细胞在内的细胞在哪里获得所需的构件，研究人员在培养皿中培养了几种不同类型的癌细胞和正常细胞。他们为细胞提供了不同的营养物质，这些营养物质上标注了碳和氮的不同形式，从而使它们能够追踪原始分子的最终位置。他们还称量了细胞在干pid之前和之后的重量，从而使它们能够计算出每种可用营养素贡献的细胞质量百分比。

尽管细胞消耗葡萄糖和氨基酸谷氨酰胺的速度非常快，但研究人员发现这两个分子对新细胞的贡献很小-葡萄糖占细胞中碳的10％至15％，而谷氨酰胺约占细胞中碳的10％碳的百分比。相反，对细胞质量最大的贡献是组成蛋白质的氨基酸。作为一个整体，氨基酸（不包括谷氨酰胺）贡献了新细胞中发现的大部分碳原子，占总质量的20％至40％。

犹他大学生物化学教授贾里德·鲁特（Jared Rutter）表示：“这些实验揭示了重要的细节，这些细节加强了我们对分子生物合成和细胞增殖的代谢基础的基本理解。”“麻省理工学院的团队已经对葡萄糖，谷氨酰胺和其他分子对培养的哺乳动物细胞增殖的贡献进行了严格而定量的评估。”

范德·海登说，尽管起初令人惊讶，但这些发现还是有意义的，因为细胞主要由蛋白质组成。

他说：“采用更简单，更直接的方法来制造您的产品，可以节省一些经济。”“如果您想用砖建造房屋，那么周围有一堆砖并使用这些砖比从泥土开始制造新砖要容易得多。”

重新关注问题

为什么增殖的人类细胞消耗如此多的葡萄糖仍然是个谜。与先前的研究一致，研究人员发现这些细胞燃烧的大部分葡萄糖以乳酸的形式排泄。

Hosios说：“这使我们得出结论，高血糖消耗的重要性并不一定是碳使您能够制造细胞团，而对于它提供的其他产品（例如能量）则更多。”

范德·海登（Vander Heiden）的实验室现在正在对沃堡效应如何帮助细胞繁殖进行更全面的了解。他说：“它重新聚焦了这个问题。”“沃伯格效应如何帮助细胞将葡萄糖放入细胞团中并不一定，但更多地解释了为什么葡萄糖到乳酸的转化可以帮助细胞利用氨基酸来构建更多的细胞。”

该论文的其他作者包括前麻省理工学院研究生Vivian Hecht。科赫研究所博士后Laura Danai；斯科特·马纳利斯（Scott Manalis），安德鲁（1956）和麻省理工学院生物工程与机械工程系的Erna Viterbi教授，也是科赫研究所的成员；范德比尔特大学医学院教授Jeffrey Rathmell；范德比尔特大学博士后马克·约翰逊（Marc Johnson）；哈佛医学院和布莱根妇女医院的医学助理教授Matthew Steinhauser。

该研究由美国国立卫生研究院，Burroughs Wellcome基金会和Damon Runyon癌症研究基金会资助。

出版物：Aaron M. Hosios等人，“氨基酸而不是葡萄糖解释了增生哺乳动物细胞中大多数细胞的质量”，《发育细胞》，2016年； doi：10.1016 / j.devcel.2016.02.012