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两篇PNAS文章:发现癌症的“阿基里斯腱”

2020-02-20

深圳子科生物(https://show.guidechem.com/zikerbio/)报道:希腊神话中有一位伟大的英雄阿基里斯(Achilles),他有着超乎普通人的神力和刀枪不入的身体,在激烈的特洛伊之战中无往不胜,取得了赫赫战功。但就在阿基里斯攻占特洛伊城奋勇作战之际,帕里斯一箭射中了伟大的阿基里斯。

原来这支箭射中了阿基里斯的脚后跟,这是他全身唯一的弱点。一组科学家提出了一种另类的抗癌策略:通过增强癌细胞的硬度,阻止它们扩散到机体其他部分。他们通过筛选找到了具有这种作用的化合物,并且测试了该化合物对胰腺癌的治疗潜力。这就像是找到了癌症的“阿基里斯腱”。

“许多癌症药物面临着副作用大和癌症抗性的问题,而这种全新的治疗方案可以在很大程度上避免这些问题,”Johns Hopkins大学医学院的Douglas Robinson教授说。“另外,我们开发的筛选系统也可以帮助人们寻找治疗其他疾病的潜在药物。”
 
Robinson指出,细胞形态改变与多种疾病有关,包括癌症、神经退行性疾病、慢性阻塞性肺病等等。能影响细胞形态的化合物将有望阻止这些疾病的发展。2008年,Alexandra Surcel博士加入了Robinson的实验室,并且开始筛选这种化合物。
 
此前绝大多数药物筛选是在寻找能影响疾病相关通路的小分子,而Surcel是基于整个细胞的最终表现进行筛选。他用小分子处理与哺乳动物细胞很像的盘基网柄菌(Dictyostelium),然后检测拥有多个细胞核的细胞。正常情况下,盘基网柄菌只在分裂的时候出现两个细胞核。如果多核细胞所占的比例比较高,就意味着小分子影响了细胞分裂的过程。(延伸阅读:Cell子刊:自噬为癌症治疗带来新机遇)
 
研究人员在成千上万的小分子中找到了25个有上述作用的化合物,其中4-HAP能影响细胞骨架成分肌球蛋白II。在胰腺癌的发展过程中,癌细胞从原发瘤扩散到其他位置是关键的一步。研究显示,侵袭性的胰腺癌细胞更容易变形,而这种特性与肌球蛋白II有关。
 
研究人员发现,4-HAP能通过肌球蛋白使胰腺癌细胞变硬,降低这些细胞的侵袭性阻止它们迁移。“我们相信,柔软有助于癌细胞扩散到新的位置,”Surcel说。“就像章鱼比龙虾更容易钻过小空隙一样。而4-HAP能让癌细胞变得更僵硬。”
 
目前,4-HAP正在小鼠中进行测试。这种药物已经被某些国家用来治疗黄疸,如果小鼠实验成功,那么4-HAP将能以较快的速度进入临床。

这一发现公布在PNAS杂志上,同期另外一个研究小组发现,癌细胞彼此协作是治疗药物失效的原因。

研究显示,癌细胞能够合作生产生长因子,这些扩散性分子是肿瘤发展所必需的。正因如此,癌症很容易对靶标生长因子的癌症疗法产生抵抗并在治疗后复发。不过,人们可以利用这一点开发新型癌症疗法,比如将基因改造的癌细胞重新注入肿瘤。
 
这篇文章的第一作者Dr Marco Archetti说:“组成肿瘤的癌细胞往往拥有不同的特性,比如形态、基因表达或扩散能力。这种被称为肿瘤异质性的现象,是癌症诊断和治疗的一大难题。”
 
“目前我们还不清楚肿瘤异质性为何存在,不过理解肿瘤异质性的来源和动态是治疗癌症的基础。”(延伸阅读:肿瘤异质性VS靶向性治疗)
 
UEA团队对胰腺癌细胞进行研究,并通过计算模型分析了肿瘤异质性。肿瘤中的一些癌细胞能生产自己的分子(生长因子)来刺激生长。无法生产生长因子的癌细胞,也能利用这些因子帮助自身生长。这些癌细胞不用生产生长因子,因而具备了更强的增殖潜力。
 
癌症可以看作是一个进化过程,如果药物改变了可用的生长因子,那么癌细胞也会随之发生演化。异质性的肿瘤很容易就能适应生长因子含量的改变,这就是为什么现有的癌症疗法效果不稳定,而且治疗后容易出现癌症复发。
 
研究人员已经在其它类型的癌细胞中重复了自己的实验,目前正在筛查大量的癌症类型和生长因子。
 
Dr Archetti等人准备打造一种新型的细胞疗法:对癌细胞进行基因改造,去除控制生长因子生产的基因,再将这些细胞重新注入肿瘤。在正确的条件下,这些改造过的细胞能像“瘤中瘤”一样扩散,打破之前的癌细胞协作,最终使肿瘤因为生长因子缺乏而瓦解。