這項突破來自清華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,結合兩人的專長,終於找到截斷癌細胞增生的方法。

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清華大學指出,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。

 

清華生技所副教授林愷悌(中)指導博士生王重良(右)、碩士生鄒明蓁進行蛋白質實驗,研究癌細胞的代謝機制。清華大學提供
清華生技所副教授林愷悌(中)指導博士生王重良(右)、碩士生鄒明蓁進行蛋白質實驗,研究癌細胞的代謝機制。清華大學提供

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進行糖解作用、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進行標記,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。」鄭惠春說。

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,在小鼠體內進行實驗,乳癌腫瘤生長果然受到抑制。她說,「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。」

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。清華大學提供
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。清華大學提供

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