这项突破来自清华两位研究者的跨领域合作。林恺悌专研癌症细胞生物学,郑惠春则专精蛋白质结构分析,两人念大学时就是清华生科系同班同学,回到母校任教后仍经常一起讨论研究,结合两人的专长,终于找到截断癌细胞增生的方法。
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清华大学指出,德国科学家瓦尔堡百年前即发现了癌细胞特有的呼吸方式。正常细胞会利用氧气进行有氧呼吸并产生能量;但癌细胞即使在有充足的氧气的环境下,仍倾向以分解糖分为主要的新陈代谢方式,并从糖解作用中合成肿瘤快速生长所需的DNA、RNA及蛋白质。这项发现以他之名命名为「瓦氏效应」,并为瓦尔堡赢得了诺贝尔奖桂冠。
但癌细胞为何爱吃糖?百年来始终缺乏完整解释,直到林恺悌与郑惠春合力研究,破解谜团。
林恺悌指出,在缺氧的肿瘤环境中,癌细胞会分泌出硫化氢,对四聚体蛋白质丙酮酸激酶(PKM2)发出讯号,让它分解成分子较小的双聚体或单聚体,改变其活性,促使癌细胞摄取更多的葡萄糖来进行糖解作用、合成DNA,并迅速增生。
郑惠春补充,就像物流系统需要条码才能将货物送往目的地,硫化氢也会在蛋白质丙酮酸激酶的特定位置上进行标记,改变它的结构和活性。「只要改变物流条码,就能改变癌细胞的糖代谢路径。」郑惠春说。
研究团队进一步透过基因编辑技术,成功阻止硫化氢在丙酮酸激酶的特定位置做记号,让丙酮酸激酶维持原来较大分子的四聚体结构,就能引导癌细胞恢复有氧呼吸;不准它再靠吃糖来吸收养分,肿瘤就无法长大。
林恺悌表示,团队也用新发现的方法,在小鼠体内进行实验,乳癌肿瘤生长果然受到抑制。她说,「这套新的抗癌策略如果进一步发展为药物,就能应用于癌症的治疗,造福无数病患。」
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