分解蛋白质饥饿的癌细胞如何转换食物来源

癌细胞通常在营养含量低的环境中生长，它们通过将新陈代谢转变为使用蛋白质作为替代“食物”来应对这一挑战。在基因筛选的基础上，一个国际科学家团队可以将蛋白质LYSET确定为允许癌细胞进行这种转换的途径的一部分。他们的发现现在发表在《科学》杂志上。

氨基酸是蛋白质的组成部分，也是细胞生长和增殖的关键营养素。了解细胞如何在不同环境中利用氨基酸是基础生物学和癌症研究的核心问题。肿瘤组织的血液供应通常有限，为了在这种条件下生长，癌细胞会改变其代谢活动。特别是，它们从吸收血管输送的营养物质转变为利用替代营养物质，例如在面临饥饿时分解周围的蛋白质作为食物来源。然而，使癌细胞进行这种转换的机制在很大程度上仍然难以捉摸。

为了更好地了解癌症中这种营养转换背后的分子途径，两组具有相同专业知识的科学家合作：海德堡德国癌症研究中心(DKFZ)的WilhelmPalm是癌症代谢方面的领先专家，该研究的JohannesZuber维也纳分子病理学研究所(IMP)在功能性癌症遗传学方面带来了丰富的经验。科学家们在严格控制营养条件的情况下建立了他们的研究，以模拟许多肿瘤中发生的氨基酸饥饿。然后他们使用“基因剪刀”CRISPR-Cas9破坏了基因组中几乎每个基因的表达，这使他们能够确定涉及营养转换的几个途径。

其中，科学家们发现了一种未鉴定的基因，该基因仅在癌细胞以细胞外蛋白质为食时才需要细胞存活。科学家将这个基因重新命名为“LYSET”(溶酶体酶转运因子)，结果证明对溶酶体的功能至关重要，溶酶体是消化蛋白质的细胞胃的小细胞器。对LYSET功能的进一步实验表明，该基因是所谓的6-磷酸甘露糖途径的核心成分，该途径是用消化酶填充溶酶体所必需的。在没有LYSET的情况下，癌细胞的溶酶体中缺乏酶，不再能够消化蛋白质。

然后科学家们转向小鼠模型来研究LYSET在真实肿瘤中的功能。他们发现LYSET的缺失严重损害了几种癌症的肿瘤发展，而在正常的营养条件下却可以很好地耐受。

威廉·帕姆(WilhelmPalm)的实验室是最早描述癌细胞以细胞外蛋白质为食的能力的人之一，他说：“通过LYSET，我们发现了代谢途径的核心成分，它能够适应不同的营养物质，这是癌症的关键能力。细胞在严峻的肿瘤环境中生存和生长。”

“这就是让这一发现如此令人兴奋的原因，”JohannesZuber说。“LYSET和6-磷酸甘露糖通路对癌细胞特别重要，因此可能成为攻击癌症主要代谢瓶颈的分子切入点。”