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饿死癌细胞的治疗策略

来源/作者:yufan   发表时间:2008-12-11 11:31:53  
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  癌细胞对葡萄糖上瘾,它们利用葡萄糖作为常规的能量来源来支持生长和发展。尽管在90多年前德国生理学家Otto Warburg就观察到了这一现象;当前仍未找到可以有效利用这种特殊能量需求的治疗策略。基本方法看似简单:葡萄糖缺乏可以特异地诱导癌细胞死亡。

在发表于《自然细胞生物学》(Nature Cell Biology)杂志上的一项新研究中,西班牙国立癌症研究中心(CNIO)的研究人员现在证实了,阻断糖酵解尤其能够破坏癌细胞的细胞分裂,特异性作用于这一基于能量的特性结合紫杉醇一类的化疗药物可以有效地治疗癌症。

细胞代谢改变

癌细胞有一个显著的特点:它们能够以一种不受控制、几乎是无限制的方式进行分裂。“目前有许多的治疗药物,诸如紫杉醇都是通过阻碍有丝分裂来精确阻止癌细胞分裂,”这项研究的共同领导者、西班牙国立癌症研究中心研究员María Salazar Roa说。

研究人员提出了一个问题:癌细胞是如何获得它们所需的能量来维持高速率的细胞分裂的。利用分子生物学和生物化学技术,作者们描述了在有丝分裂过程中AMPK和PFKFB3蛋白显著活化,导致细胞代谢转向糖酵解的机制。

在紫杉醇存在的情况下,癌症对葡萄糖更加上瘾

研究人员还分析了用紫杉醇处理、有丝分裂被阻断的癌细胞对于葡萄糖的需求。“我们可以看到紫杉醇一类的抗有丝分裂治疗提高了癌细胞对葡萄糖的需求,”Salazar说。
基于用紫杉醇处理时癌细胞需要更多葡萄糖这一事实,抑制糖酵解应该可以提高抗有丝分裂药物的抗癌效应。在某种程度上,有点像迫使它们需要更多的葡萄糖,同时又阻止它们利用葡萄糖。由于无法获得它们所需的能量来实现重要功能,癌细胞将会饿死。

癌细胞被饿死
 
作者们利用乳腺癌细胞模型和小鼠证实,实际上当用PFKFB3抑制剂来除去细胞代谢葡萄糖的能力时,紫杉醇一类的有丝分裂药物更加有效。

“人们常常讨论抑制PFKFB3的治疗价值;然而却没有提出适当的基于细胞的治疗方法来实现临床应用。我们的研究结果表明,联合使用PFKFB3抑制剂和抗有丝分裂药物极其的有效,”Malumbres说。

紫杉醇是一种来自紫衫树皮的化合物,是过去的25年里化疗历史中最更革命性的元素。现在,其他的紫杉烷类如紫杉酚和多烯紫杉醇成为了提供给某些癌症,如肺癌、乳腺癌和卵巢癌标准治疗的组成部分。其他的抗有丝分裂药物有来自长春花的生物碱类,如长春碱、长春新碱和长春瑞滨,被广泛地用来治疗白血病、淋巴瘤和黑色素瘤。根据该研究小组所说,未来的方向将是鉴别出数组肿瘤患者,通过阻断肿瘤的能量来源来提高这些抗有丝分裂的疗效。

原文摘要:
AMPK and PFKFB3 mediate glycolysis and survival in response to mitophagy during mitotic arrest

Blocking mitotic progression has been proposed as an attractive therapeutic strategy to impair proliferation of tumour cells. However, how cells survive during prolonged mitotic arrest is not well understood. We show here that survival during mitotic arrest is affected by the special energetic requirements of mitotic cells. Prolonged mitotic arrest results in mitophagy-dependent loss of mitochondria, accompanied by reduced ATP levels and the activation of AMPK. Oxidative respiration is replaced by glycolysis owing to AMPK-dependent phosphorylation of PFKFB3 and increased production of this protein as a consequence of mitotic-specific translational activation of its mRNA. Induction of autophagy or inhibition of AMPK or PFKFB3 results in enhanced cell death in mitosis and improves the anti-tumoral efficiency of microtubule poisons in breast cancer cells. Thus, survival of mitotic-arrested cells is limited by their metabolic requirements, a feature with potential implications in cancer therapies aimed to impair mitosis or metabolism in tumour cells.


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