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生物学家设计新的分子来帮助治疗肺癌

2019-04-23

  德克萨斯大学达拉斯分校的科学家们已经证明,大多数肺癌细胞的生长速度与一种关键的氧气代谢分子的可用性直接相关。

  在最近发表在《癌症研究》(Cancer Research)杂志上的一项临床前研究中,生物学家张莉(Li Zhang)博士和她的团队发现,当小鼠接触血红素(血红蛋白中的氧结合分子)受到限制时,它们肺部肿瘤的扩张速度会减慢。研究人员还发现,当血红素含量高于正常水平时,这些癌症的生长速度也会加快。

  为了利用癌症对血红素的依赖,张的生物科学系的两名研究生随后设计并广泛描述了新分子的特性,这些新分子旨在抑制癌细胞的生长,使癌细胞能够如此迅速地增殖。

  这一发现为治疗非小细胞肺癌(NSCLC)提供了一条潜在的新途径

  “我的整个职业生涯都在研究血红素,”张说,她于2007年加入德克萨斯大学达拉斯分校。“2013年,我开始研究肺癌。在那段时间里,我们的研究结果令人信服地证明了血红素与这种疾病的相关性。”

  张,Cecil H.和Ida Green,系统生物学杰出主席,自然科学和数学学院生物科学教授,2011年编辑了一本关于血红素生物学的教科书。她之前的研究证实,肺癌细胞消耗氧气的速度比正常的肺细胞要快,这表明血红素的关键作用。

  张说:“肿瘤细胞是如何利用它们所处的环境的,这很有趣。”“肺部富含氧气。但你需要血红素来使用它。”

  该团队强调,其潜在的治疗方法是为了配合化疗或其他形式的癌症治疗而设计的,而不是单独使用。

  “这种方法不会杀死肿瘤;这将延缓他们的成长,”张说。“因此,它不会是一种独立的治疗方法,但它可以取代依赖于抑制血管生成(即新血管的生成)的效果较差的治疗形式。”

  张的新研究结果强调,肿瘤利用葡萄糖以外的分子来产生能量。自20世纪20年代以来,人们就知道葡萄糖是一种用来喂养肿瘤的糖。血红素生成越多,消耗的氧气就越多,从而产生更多的三磷酸腺苷(ATP)——一种在活细胞中为许多活动提供燃料的能量携带分子。去掉血红素,癌细胞的生长就会减慢。

  “多年前,人们认为癌细胞不需要氧气,只需要葡萄糖来产生能量,”张说。“现在我们知道大多数癌细胞使用氧气,这种类型的肺癌细胞就是一个例子。它通过氧化葡萄糖来更有效地产生能量,每个葡萄糖分子大约产生30个ATP分子。”

  萨加尔·索霍尼(Sagar Sohoni)和普尔瓦·高希(Poorva Ghosh)是这项研究的共同第一作者,也是张实验室的博士生。香港治疗癌症,他们合作研究了一系列工程分子是如何阻止血红素进入癌细胞的。

  张说,这些血红素隔离肽(HSPs)能够从细胞之间的空间“劫持”血红素,使肿瘤能够进入细胞,同时将血红素留在健康细胞中。

  “血红素隔离对正常细胞没有负面影响,”张说。“它们自己合成所需的小血红素。而且,我们的肽不会进入细胞,所以不会引起很多副作用。”

  证明缺乏血红素的癌细胞的进展减少本身就是一个令人信服的例子。为了强调这一点,张的团队对非小细胞肺癌细胞进行了改造,使它们能够更快地获得血红素。这些细胞表现得和预期的一样——侵略性和侵入性,快速消耗氧气,产生更多ATP。

  “与周围的正常细胞相比,癌细胞的能量需求非常高,”张说。“当更多血红素可用时,NSCLC细胞以惊人的速度生长和繁殖。”

  下一步是继续改进HSPs的设计,创造出一种用于人类的版本,“进一步优化其功效,同时继续证明其毒性较低,”张说。

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