Science：促进癌细胞快速生长的“奸细”

行为就像贪食的怪物，肿瘤需要供给充足的细胞构件例如氨基酸和核苷酸来确保在恶劣的生存环境下保持快速地生长。然而科学家们对于肿瘤如何满足这些迅速生长的要求还没获得充分地理解。现在来自加州理工学院（Caltech）的化学家们证实一种称作GlcNAc （"glick-nack"）的特殊糖类，在维持癌性怪物的“喂养”中发挥了关键性作用。这一研究发现为癌症的治疗干预提供了新的潜在靶点。新的研究结果发表在本周出版的《科学》（Science）杂志上。

在加州理工大学化学教授Linda Hsieh-Wilson的领导下，研究小组发现肿瘤细胞通过改变糖基化，添加碳水化合物（在这种情况下是GlcNAc）到蛋白质上，来对它们的环境做出反应。这zui终将帮助癌细胞生存。当科学家们在小鼠中阻断GlcNAc添加到一种特殊蛋白质上时，肿瘤细胞的生长受到了损害。

研究人员利用实验室开发的化学工具和分子建模技术确定GlcNAc抑制了糖酵解（一个涉及10个酶驱动步骤的代谢信号通路）的一个步骤。在正常细胞中，糖酵解是生成细胞功能所需高能量化合物的一个中心过程。然而Hsieh-Wilson的研究小组发现当GlcNAc附着到磷酸果糖激酶1（phosphofructokinase l,PFK1）上时，它在早期阶段抑制了糖酵解，将前面步骤的产物改变路线到一条不同的信号通路上，生成了肿瘤生长需要的核苷酸，以及保护肿瘤细胞的分子。因此GlcNAc使得肿瘤细胞做成了一笔交易，它们以生成较少的高能化合物来换取生长和生存所需的产物。

“我们发现了一条新分子机制，癌细胞采用它来生成可让它们更快速生长，并帮助它们对抗氧化应激的中间体，”Hsieh-Wilson说。

这并非科学家们确定肿瘤细胞利用了一种机制可能生成了它们生存所需的中间体。但大多数其他机制均涉及遗传改变或突变——例如*的改变导致了少活性形式的酶。“这里的*之处在于GlcNAc的添加是动态的和可逆的，这使得癌细胞能够随它所遭遇的环境而更迅速地改变它的代谢。”

当研究人员分析人类乳腺癌和肺肿瘤组织时，他们发现大部分来自同一患者的肿瘤相比正常组织GlcNAc相关的糖基化增高了2-4倍。随后，利用注入人类肺癌细胞的小鼠，研究人员用正常的PFK1酶或不能被糖基化的突变形式替换了现有的PFK1酶。具有突变形式PFK1的小鼠显示肿瘤生长减少，表明阻断糖基化损害了癌细胞生长。

该研究表明未来的抗癌研究至少有两条可能的途径。一条是与当前研究中突变PFK1酶相似的，开发出阻止PFK1糖基化的化合物。另一条就是激活PFK1酶以使糖酵解正常运行，帮助防止癌细胞改变细胞代谢支持癌性生长。

Hsieh-Wilson研究小组过去在脑中研究GlcNAc相关的糖基化。例如他们曾证实将GlcNAc添加到称作CREB的蛋白上可抑制该蛋白开启长期记忆储存所需基因的能力。另一方面，他们还证实在前脑中显著低水平的GlcNAc导致了神经退行性变。“目前的想法是在太少和太多糖基化之间取得一个平衡。处于任何一个都会让事情出差错，不论是在脑中还是在癌细胞中，”Hsieh-Wilson说。

在他们的研究中，Hsieh-Wilson研究小组发现这种将GlcNAc添加到PFK1的糖基化在与肿瘤相关的条件下，例如低氧水平时增强。他们还发现PFK1的糖基化对于营养物质的获得敏感。如果缺乏某些营养物，糖基化就会增高，肿瘤通过改变细胞的代谢能够补偿营养物的缺乏。