揭秘癌细胞是这样获得能量的来源！

癌症可被认为是人类面临的所有疾病中最可怕的一种，否则也不会有“谈论癌变”的说法。

根据国际权威期刊《临床医师癌症杂志》2024年4月发布的数据，2022年全球新增癌症病例1996万例，死亡病例达974万例。

癌症之所以极难治愈，一个非常重要的原因是癌细胞具有很强的生命力。为了解决癌症治疗的医学问题，我们不断探索癌细胞是如何从哪里获得这种“活力”和外在能量的。

不久前，天津大学生命科学学院教授叶升团队在相关研究领域取得了重要进展。它们成功地解决了癌细胞如何获得能量的秘密，为新型抗癌药物的研发打开了一扇新的大门。

最近，这一成果在《中国药理学报》上公布。

特殊物质赋予癌细胞更强的生命力

现在，人们已经发现，癌细胞和普通人体细胞在能量获取途径上是有区别的。

“众所周知，葡萄糖是人类细胞获取能量的主要来源，但在具体的吸收方式上，正常细胞会随着周围氧含量的不同而采取不同的方式。”叶升团队成员、天津大学生命科学学院副研究员徐冰红在接受《中国科学报》采访时表示，人体细胞会将外部葡萄糖摄入转化为丙酮酸。当氧气充足时，丙酮酸会直接进入细胞内的线粒体，从而形成腺苷三磷酸。(ATP)，为细胞提供能量。但是，在无氧环境中，丙酮酸会继续转化形成乳酸，并在此过程中产生能够保证ATP持续生成的物质。

徐冰红说：“这就是为什么我们在剧烈运动后，肌肉会感到酸痛。

然而，与正常细胞相比，癌细胞有一种特殊的生存技能——即使在氧气充足的环境中，它们仍然会像发酵面团一样快速产生乳酸来为自己提供所需的能量。它们还可以通过一种叫做单羧酸转运蛋白质(MCT1)的物质将自己产生的乳酸输送到周围环境中。

一方面，这种做法可以为自己清理多余的“垃圾”，其排出的乳酸可以阻挡免疫细胞的攻击。更重要的是，这些乳酸可以再次被周围的一些癌细胞吸收，成为它们获得能量的直接来源，从而大大减少对葡萄糖的依赖。

正是因为这种机制，癌细胞才有了更强的生命力。然而，从另一个角度来看，这一发现也使科学家意识到，如果MCT1的运输能力受到破坏，它可以有效地打击癌细胞，这已经成为治愈癌症的重要途径。

完美的“分子舞蹈”安排

要想破坏MCT1的运输能力，首先要了解MCT1究竟是如何工作的，这已经成为叶升团队多年来的研究目标。

从2020年开始，团队试图像“侦探”一样，一层一层揭开MCT蛋白家族的秘密。首先，团队发现这种蛋白质运输工作具有协同作用，即当乳酸浓度高时，这种蛋白质的活性会增加，乳酸会立即带走细胞;当乳酸浓度低时，这种蛋白质会及时停止运行，从而保证一定浓度的乳酸存在于细胞内。

2022年，该团队还发现了MCT1如何帮助MCT1在细胞表面“安定下来”——首先将关键伴侣蛋白定位为细胞膜的正确位置，然后MCT1通过前者的“引导”在细胞膜上“安定下来”，从而发挥运输作用，“就像两个‘伴侣’手拉手合作”。徐冰红说。

然而，上述发现并没有完全理解这些“运输工人”是如何运输乳酸的。要理解这个问题，我们必须准确地捕捉到它们在不断变化的过程中的每一个细微动作，就像拍摄一些子世界的动作片一样。

经研究小组的不断攻关，今年三月，这一问题的谜底终于被揭开。

“我们发现MCT1需要完成一套精确的‘质子泵’运输乳酸。”叶升告诉《中国科学报》，MCT1首先会通过特定的氨基酸捕获质子，并像打开瓶盖一样打开运输通道;然后，乳酸分子会像“滑梯”一样进入指定位置;最后，通过电荷变化，这些乳酸分子会被“弹跳”出来。

叶升说：“在这个过程中，细胞内部的多个关键点之间要进行精确的配合，就像一场完美的“分子舞蹈”。

开发抗癌药物的新思路

这种“分子舞蹈”看似微妙，实则严重威胁着人体健康。因此，如何阻止“舞蹈”成为科研团队需要解决的重要问题。

幸运的是，经过大量的尝试和探索，研究人员在古代中医中找到了解决问题的办法。

叶升说：“通过多种选择，我们从传统的中药化合物库中发现了一种名为‘水飞蓟宾’的天然化合物。”，这种化合物的小分子可以准确地卡在MCT1的底部物体组合中心，从而阻止其“分子舞”，最终破坏MCT1的运输能力。

现在的实验表明，“水飞蓟宾”可以有效地抑制肝癌细胞的生长。

“这项研究不仅让我们对癌细胞的生命活动有了更深入的了解，也为靶向抗癌药物开发副作用较小提供了新的思路。”叶升表示，未来团队将继续优化药物设计，努力尽快为癌症患者带来更安全有效的治疗选择。

不过，徐冰红还表示，目前团队主要从事癌细胞能量获取方法的基础研究，距离开发成品药物还有很长的路要走。“比如目前我们只筛选出具有MCT1功能的前体化合物。如果我们想在后续真正发挥它的作用，我们需要进行大量的药物设计和改造。此外，癌症治疗需要许多不同的药物，在这方面需要许多研究。”