J Mol Cell Biol：低氧可促进肿瘤细胞生长

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J Mol Cell Biol：低氧可促进肿瘤细胞生长
2012-05-11
根据乔治亚大学的一项新研究，细胞内的低氧水平可能是导致某些癌症发生瘤体不可控生长的首要原因。该作者的发现与基因突变导致肿瘤生长这一被广泛接受的观点背道而驰。如果缺氧，即细胞内低氧水平，被证实是某几种癌症的关键驱动因素，那么针对于恶性细胞生长的治疗方案将会发生巨大的变化，徐英如此说道。徐英既是摄政王乔治亚研究联盟杰出学者，同时又是法兰克林艺术与科学学院生物信息学和计算生物学的教授。

该研究组分析了来自于公开发布的数据库中的七个不同癌症种类的信使RNA数据——也被称为转录组数据。他们发现长期的细胞内缺氧可能是癌生长的一个关键驱动因素。这篇研究发表在早先的分子细胞生物学杂志的网上版本。过去的研究将细胞内低氧水平看作癌症进展的促进因素之一，但并没有认为其是癌细胞生长的主要动力因素。徐说，仅仅基因突变概率自身是无法解释全世界的癌症高发病率的。他又说，融合了生物学和计算科学两个学科的生物信息学使得研究者可以用一种新的眼光看待癌症。基因水平的突变或许可以使肿瘤细胞获得健康细胞所没有的优势，但是这样的话新生癌细胞的生长模式就不会需要例如原癌基因突增，即癌细胞前兆这类的常见机能失调出现。

“癌症治疗药物力求从根源上——在分子水平上——解决一个确切的突变问题，然而这对癌症常常没有作用，”徐说。“所以我们认为或许基因突变可能不是癌症的主要驱动因素。”目前多数的肿瘤研究着力于研制出能够对抗与某一种特定癌症相关的基因突变的治疗药物。研究中，研究者们通过软件程序从斯坦福微阵列数据库下载了相关数据通过分析来查明七种癌症中反常的基因表达模式，这七种癌症包括：乳腺癌，肾癌，肝癌，肺癌，卵巢癌，胰腺癌及胃癌。

网上数据库使科学家能够对来自微阵列芯片上的信息进行仔细的考查。微阵列是一块能够容纳大量基因材料/信息的小玻片。徐依靠基因HIF1A作为一个细胞内氧分子数量的生物标记。所有七种癌细胞中HIF1A的数量都是不断增长的，表明癌细胞中的氧含量水平是不断降低的。

细胞内低氧水平导致氧化磷酸化的中断，氧化磷酸化是细胞将食物转化为能量的一种高效途径。随着氧含量的降低，细胞切换到糖酵解途径来生产其能量单位，即ATP。糖酵解是一种极低效率的能量获得方式，所以癌细胞必须更加努力的工作来获取更多的食物，尤其是葡萄糖，来维持生存。当氧含量水平下降到危险程度，血管新生——或者说生成新血管的过程——将开始。新生血管提供新鲜的氧气，从而提高细胞内和肿瘤的氧含量水平延缓癌细胞的生长——但仅仅是暂时的。

当一个癌细胞得到更多的食物，他就会生长；这就会导致整个肿瘤的生物质能的增长从而导致其更加缺氧。反过来，能量转换效率将更加低下，从而使细胞更加饥饿，促使细胞从血液循环中获得更多的食物，形成一个恶性循环。这或许是肿瘤形成的一个关键驱动因素，”徐说。徐解释说，这一新的癌细胞生长模式可能有助于解释为什么许多肿瘤这么快就变得耐药——通常在三到六个月之内。如果这一模式经得住论证，研究者们将首先需要探索防止细胞内低氧的办法，这可能将导致肿瘤治疗的巨大变化。他强调了未来通过实验室癌症研究论证这一新模式的重要性。

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相关文献
Hypoxia and miscoupling between reduced energy efficiency and signaling to cell proliferation drive cancer to grow increasingly faster.
J Mol Cell Biol 2012;:

Cui J Mao X Olman V Hastings PJ Xu Y

Computational Systems Biology Lab, Department of Biochemistry and Molecular Biology and Institute of Bioinformatics, University of Georgia, USA.