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癌细胞增殖靠糖分还是靠脂肪?

2016-04-19 08:39 大数据实验室

Gary Patti 教授发现,只有当正在扩增的癌细胞处于营养充足而脂类物质不足的标准细胞培养基的情况下,细胞才会利用葡萄糖来制造脂类。当科学家们提高培养基中脂类物质浓度后,癌症细胞更喜欢从培养基中直接摄取脂类而非自己合成。同时,相较于不分裂的细胞,这种环境下快速分裂的细胞不再摄入葡萄糖。


我们通常是通过癌细胞难以被控制的超强增殖能力来确认癌细胞的,它们由一个细胞迅速地变成两个,两个又变成许多,在过去超过80年的时间里,主流观点认为癌细胞通过吸收血液中的葡萄糖为自己的爆炸性数量增长提供能量,同时利用葡萄糖的能量和原子构成给癌细胞中的各类组成成分制造复制品。支撑这种观点的其中一个主要原因,就是有非常之多的葡萄糖被用来制造脂类物质或者油脂,而脂类物质是将细胞从它的周围组织环境中轻轻隔离开的细胞膜的组成部分。


这个理论也许说得通,但是就像其他许多能“说得通”的事情一样,这个理论也许并不正确。通过继续研究,Gary Patti教授发现只有当正在扩增的癌细胞处于营养充足而脂类物质不足的标准细胞培养基的情况下,细胞才会利用葡萄糖来制造脂类。当科学家们提高培养基中脂类物质浓度后,癌症细胞更喜欢从培养基中直接摄取脂类而非自己合成,同时相较于不分裂的细胞,这种环境下快速分裂的细胞不再摄入葡萄糖。该实验成果被发表于近期的 Cell Chemical Biology 杂志。




葡萄糖假说




上个世纪70和80年代,科学家们通过用标记放射性葡萄糖的方法,揭示了肿瘤细胞中所有脂类物质都是癌细胞通过从细胞外环境中吸收葡萄糖获得的。这一发现似乎印证了“葡萄糖假说”确实存在。


运用代谢组学思维来系统性地研究癌细胞的葡萄糖代谢行为是近几年才得到实现的,在此之前,能实现追踪所有葡萄糖的代谢通路的技术并不存在。诊断癌细胞的代谢标志是葡萄糖摄取量升高,这一观点深深地嵌在人们的科学思维中,同时,这也是人们在临床诊断和设计治疗方案时的知识基础。


运用正电子显像(FDG-PET)临床诊断癌症时,患者需要注射一些含有少量放射元素的葡萄糖类似物,然后扫描各个器官透射显像,潜在患癌区域图像会显示出亮点。




肿瘤细胞的脂类代谢效应




受到葡萄糖假说的影响,科学家们通常致力于研究如何通过葡萄糖代谢系统或者脂类合成系统来攻克癌症,但是如果葡萄糖假说是错误的,葡萄糖还会是阻碍葡萄糖代谢系统,使癌细胞生长减慢的关键吗?癌细胞会不会是受到周围环境影响而摄取脂类物质呢?


为了验证这种脂类代谢效应,科学家们单独分离培养了两种癌症细胞株,一种是著名的HeLa cells,另一种是被称为H460的肺癌细胞株。这两种细胞株对于培养基中的脂类物质浓度反应相似而不强烈。


科学家们试着用2-脱氧葡萄糖(2DG)处理了细胞株,由于2DG在被摄入后无法被有效分解,摄入了2DG的细胞组织的生长会被显著降低。他们发现,如果他们把脂类同时加入到存在有2DG的培养基内对相同的癌细胞做出相同的处理,2-脱氧葡萄糖对减缓癌细胞的生长的作用会变差。


2-脱氧葡萄糖(2DG):用一个羟基基团取代葡萄糖分子中一个氢原子,使得2DG在被摄入后无法进一步通过糖醇解得到分解,而会滞留在2-脱氧葡萄糖-6-磷酸状态。携带放射性或非放射性标记碳原子的2DG是一个测量细胞组织吸收葡萄糖以及己糖激酶活性的常用方法。2DG现在已经进入了临床试验阶段,但是Patti教授的这项发现严正挑战了我们使用2DG治疗癌症的合理性。


这项发现在提出癌细胞对阻碍摄取葡萄糖的药物的反应不如我们预期的那样有效的同时也提出,限制脂类的摄入对杀灭癌细胞也许是有效的。科学家们通过在培养基中加入一种抑制脂类物质直接摄入的药物SSO来验证这一猜想,SSO可以不可逆地与细胞膜转运蛋白上的脂质转运器结合。实验结果显示,被SSO处理的三种癌细胞株的发育和分裂速度都显著降低了。Patti教授认为,人们应该在今后的癌症治疗研究中多考虑如何通过阻止癌细胞对脂肪类物质的摄入来达到杀灭癌细胞的目的。




Patti 教授的警示




细胞培养基是一个高度人工化的系统,它给出的结果经常是存在误差的。无论将细胞培养结果转化为动物结论或者临床患者结论时,科学家们都需要多想一下这个结论是否真的可靠。就好比本文所涉及的这个实验,在标准化的癌细胞培养基中,人们普遍使用低脂肪含量,其结果是直接改变了癌细胞在培养基中所表现出来的性状。在这种情况下,就算我们都使用一样的细胞一样的方法,用这些获取的实验结果对临床治疗结果进行预测也是很危险的。


(来源:赛福基因)




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