《科學》：癌細胞的“加油泵”
日期：2012-05-30 08:09:29
我們的細胞需要呼吸和消化，是一個整體有機體，這種有機體利用氧氣將攝取營養物質中包含的能量提取出來，然后丟棄廢物，比如二氧化碳和水。葡萄糖是細胞首選的營養物，卻是在缺氧的細胞質環境中被消化的，這樣會形成丙酮酸，以及少量能量，之后丙酮酸就會被運送到線粒體——細胞的發電廠，進行充分燃燒，從而獲得最大的能量釋放。
多年來科學家們對線粒體展開了廣泛的研究，發現存在一種特殊的線粒體丙酮酸載體：pyruvate carrier（MPC），但是至今這種載體的分子識別機制，仍然不清楚，而且研究人員也發現在癌細胞中需要更多的能量，那么這些能量又從何而來呢？
來自瑞士日內瓦大學細胞生物學系，英國醫學研究理事會等處的研究人員發表了題為“Identification and Functional Expression of the Mitochondrial Pyruvate Carrier”的文章，解析了這一謎團，分析了腫瘤細胞能量充沛的原因，相關成果公布在Science雜志上。
腫瘤細胞的能量生產
領導這一研究的是日內瓦大學Jean-Claude Martinou教授，他表示，“與健康細胞相反，腫瘤細胞主要在細胞質中產生它們所需的能量，其中的緣由目前還并不清楚，這些細胞很少用到線粒體”。
但是癌細胞并不缺乏能量，它們通過增加葡萄糖的消耗，來補充低能量產出，這種方法幫助它們在缺少氧氣的情況下，最大程度的獲取能量。并且癌細胞通過繞過線粒體的“捷徑”，也能避開有毒分子的有害影響，比如細胞線粒體呼吸過程中產生的自由基。
如何將“燃料管道”恢復到正常途徑上？
“三十年來，生物學家都在嘗試了解丙酮酸如何從細胞質中運輸到線粒體內的，我們的這項研究最終找到了這種載體——稱為線粒體丙酮酸載體（Mitochondrial Pyruvate Carrier, 縮寫為MPC）”，文章第一作者，日內瓦大學Sébastien Herzig補充道。
MCP是一種普遍存在的載體，在從酵母到人類中，這種載體都很相似，“今后，我們將深入探討，這些細胞如何根據其能量需求，調控這種載體的活性”，Jean-Claude Martinou教授說，下一步的挑戰就是恢復腫瘤細胞中線粒體的正常功能，這可以通過激活運送丙酮酸到線粒體中的載體來實現。
癌癥線粒體研究
癌細胞的快速增殖等特點使得其代謝遠高于正常細胞且需要獲取更多的能量，線粒體DNA參與編碼了有氧呼吸的關鍵組成部分——呼吸鏈的多個復合體，因此通過對癌組織中線粒體DNA的突變模式及其產生機制的研究，有助于深入理解伴隨著癌細胞能量獲取方式的轉變所可能帶來的適應性變化。
在這一領域近期也獲得了一些成果，比如去年國內昆明動物研究所的孔慶鵬研究員分析了186例食管癌癌組織及癌旁正常組織的線粒體基因組序列，并將其與已報道的來自各種癌組織樣本的1235條線粒體全基因組序列以及3639條來自一般人群的線粒體基因組序列進行了充分的比較研究。
結果表明，無論是在食管癌還是其它類型的癌組織中，其線粒體DNA突變模式與一般人群的均明顯不同。這說明了大多數癌線粒體DNA突變很可能僅僅只是選擇壓力放松所產生的結果，對于線粒體DNA在癌發生發展過程中的真正作用需要有新的認識。
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