研究小组确定了癌细胞渴望的营养素

精氨酸是一种由我们的身体自然产生的氨基酸，在我们吃的鱼、肉和坚果中含量丰富。但正如《科学进展》最近的研究表明，精氨酸也是癌细胞的必需营养素。让他们挨饿可能会使肿瘤更容易受到身体自然免疫反应的影响。

洛克菲勒大学Sohail Tavazoie系统癌症生物学实验室的研究人员发现，在各种人类癌症中，这种氨基酸变得有限，促使这些细胞寻求一种聪明的遗传解决方法：当精氨酸水平下降时，它们操纵蛋白质，更有效地吸收精氨酸和其他氨基酸。值得注意的是，为了保持增长，它们诱导突变，减少对它的依赖。

“这就像你有一个乐高套装，你试图建造一架花哨的模型飞机，你用完了合适的砖块，”第一作者Dennis Hsu说，他是Tavazoie实验室的前成员，现在是匹兹堡UPMC希尔曼癌症中心的医生科学家。“建造飞机的唯一方法是，如果你修改了不需要缺失砖块的蓝图。

精氨酸与癌症的联系

在细胞水平上，精氨酸在从氮废物处理到蛋白质合成的各种过程中发挥作用。Hsu说，它也是少数几种被证明可以调节免疫细胞对癌症和其他免疫触发因素反应的氨基酸之一。

例如，它的缺陷与克罗恩病、溃疡性结肠炎、炎症性肠病或幽门螺杆菌感染患者的发炎组织有关，这些人的组织可能具有低水平的精氨酸。如果患有这些疾病的人没有得到治疗，他们患胃癌或结肠癌的风险就会更高。

研究人员发现了精氨酸 - 癌症的联系，作为对密码子的更大研究的一部分，密码子是DNA碱基的三重体，每个都包含产生单个氨基酸的配方。在梳理癌症基因组图谱时，Hsu记录了数千个密码子突变实例，但其中一种在所有癌症中脱颖而出：精氨酸密码子，它们在突变过程中丢失的远远超过应有的程度。胃癌和结直肠癌表现出最明显的缺陷。

“这是一个非常令人惊讶的发现，这是我们没有预料到的，”Tavazoie说。

研究人员不知道最初的精氨酸滴剂是如何产生的。“我们认为一些癌症在低精氨酸条件下发展，并在其DNA中携带这一历史，”Hsu说。

细胞营养不良

Hsu和他的合著者花了几个月的时间在实验室里培养癌细胞，然后让它们缺乏精氨酸。当他们让细胞经历多轮细胞营养不良时，癌细胞开始变异，因为他们尝试了不同的方法来确保获得新的膳食必需品供应。并非所有这些策略都奏效。

一种成功的方法是增加氨基酸转运蛋白的量，以便细胞可以更有效地吸收精氨酸和其他氨基酸。但即使是这些功能仿冒品也往往是微不足道的来源。同时，随着细胞的复制，错误加剧，导致基因组发生变化，如突变基因和畸形蛋白质。

在另一项实验中，Hsu发现密码子的突变数量增加，这些密码子产生在癌细胞环境中更丰富的氨基酸。这些突然变得对癌细胞更开胃，癌细胞似乎试图凑合它们所拥有的东西——就像用冰箱里的一些随机物品拼凑一顿饭。

Tavazoie说，通过这种所谓的定向进化将特定的营养素与特定的DNA变化联系起来“以前没有报道过”。

从红旗到靶心

有趣的是，这种诱导密码子听从命令的能力可能会导致癌细胞的毁灭。这是因为在营养不良的情况下试图保持自己的生命的过程中，细胞积累了如此多的突变，以至于它们可能开始对免疫系统看起来非常奇怪。

“由于所有的突变，你有一堆随机的，看起来异常的蛋白质，这些蛋白质更有可能被免疫系统识别为不应该属于那里的东西，”Hsu说。曾经深度突变的精氨酸饥饿癌细胞可能已经能够在免疫系统的雷达下飞行，现在可能正在向它挥舞着一面破烂的红旗。

这些发现对免疫疗法具有潜在的意义。“通过饿死癌细胞，也许你可以促进新突变的获得，然后可以被免疫系统识别，”Hsu说。“我们还没有测试过这个，但这将是一件非常酷的事情。