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清大揭開癌細胞愛吃糖的秘密 找到治療癌症關鍵

清大生技所副教授林愷悌(右)與生資所副教授鄭惠春發現抑制癌細胞增生的關鍵機制。(清大提供)
清大生技所副教授林愷悌(右)與生資所副教授鄭惠春發現抑制癌細胞增生的關鍵機制。(清大提供)

清華大學生技所副教授林愷悌、生資所副教授鄭惠春聯手破解困擾科學界近百年的謎團,解密癌細胞為何能快速生長的分子機制,並找到截斷細胞增生方法。研究發現,癌細胞會釋放硫化氫氣體,改變細胞內重要蛋白質的結構,讓癌細胞能大量吃進糖分,加速腫瘤生長。這項研究成果最近登上了國際期刊「自然通訊」(Nature Communications)。

清大指出,這項突破來自清大兩位研究者的跨領域合作。林愷悌專研癌症細胞生物學,鄭惠春則專精蛋白質結構分析,兩人念大學時就是清華生科系同班同學,回到母校任教後仍經常一起討論研究。

德國科學家瓦爾堡百年前即發現了癌細胞特有的呼吸方式。正常細胞會利用氧氣進行有氧呼吸並產生能量;但癌細胞即使在有充足的氧氣的環境下,仍傾向以分解糖分為主要的新陳代謝方式,並從糖解作用中合成腫瘤快速生長所需的DNA、RNA及蛋白質。這項發現以他之名命名為「瓦氏效應」,並為瓦爾堡贏得了諾貝爾獎桂冠。但癌細胞為何愛吃糖?百年來始終缺乏完整解釋,直到林愷悌與鄭惠春合力研究,破解謎團。

林愷悌指出,在缺氧的腫瘤環境中,癌細胞會分泌出硫化氫,對四聚體蛋白質丙酮酸激酶(PKM2)發出訊號,讓它分解成分子較小的雙聚體或單聚體,改變其活性,促使癌細胞攝取更多的葡萄糖來糖解、合成DNA,並迅速增生。

鄭惠春補充,就像物流系統需要條碼才能將貨物送往目的地,硫化氫也會在蛋白質丙酮酸激酶的特定位置上標記,改變它的結構和活性,「只要改變物流條碼,就能改變癌細胞的糖代謝路徑。」

研究團隊進一步透過基因編輯技術,成功阻止硫化氫在丙酮酸激酶的特定位置做記號,讓丙酮酸激酶維持原來較大分子的四聚體結構,就能引導癌細胞恢復有氧呼吸;不准它再靠吃糖來吸收養分,腫瘤就無法長大。

林愷悌表示,團隊也用新發現的方法,在小鼠體內實驗,乳癌腫瘤生長果然受到抑制,「這套新的抗癌策略如果進一步發展為藥物,就能應用於癌症的治療,造福無數病患。」

這項研究除了林愷悌及鄭惠春,還有兩位清大女科學家加入.分別是生科系特聘教授王雯靜提供關鍵蛋白質材料,分生所教授王慧菁協助顯微鏡分析,促成關鍵突破,為癌症治療開啟新的研究方向。

清華大學研究團隊進行實驗,發現癌細胞釋出的硫化氫氣體是影響癌細胞快速生長的關鍵。...
清華大學研究團隊進行實驗,發現癌細胞釋出的硫化氫氣體是影響癌細胞快速生長的關鍵。(清大提供)
清大研究團隊透過蛋白質垂直電泳實驗,研究硫化氫如何改變癌細胞的蛋白質結構。(清大...
清大研究團隊透過蛋白質垂直電泳實驗,研究硫化氫如何改變癌細胞的蛋白質結構。(清大提供)
清大生技所副教授林愷悌(前右)與生資所副教授鄭惠春(前左)領導的研究團隊,發現抑...
清大生技所副教授林愷悌(前右)與生資所副教授鄭惠春(前左)領導的研究團隊,發現抑制癌細胞增生的關鍵機制。(清大提供)

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