达拉斯-2020年2月24日-UT西南研究人员利用人类肺癌细胞发现了细胞一般如何根据周围环境调节能量消耗，此外，癌细胞如何超越这些线索以最大程度地利用能量。这项发现发表在本周的《自然》杂志上，延续了去年的报告。去年，同一小组发现该细胞的骨骼可以促进癌细胞在转移或化学疗法攻击下的生长。

“癌细胞在肿瘤生长和扩散过程中会经历可变的机械状态，因此我们想知道机械状态是否还会影响糖酵解-细胞的能量利用。增强的糖酵解是癌症的标志，” Gaudenz Danuser博士说。细胞生物学和Lyda Hill生物信息学系主任。

Danuser说，细胞微环境的机理影响着细胞的功能，例如生长，存活，死亡和细胞形状的改变。所有这些行为都需要能量，但是Danuser说，从未研究过细胞如何根据其微环境改变能量使用。

他说，细胞可以通过构成骨骼的蛋白质来感知周围组织/材料的刚度。肺细胞尤其在每次呼吸时都会伸展和收缩;但是，在某些情况下，例如肺纤维化或癌症，肺组织会变硬。Danuser的团队着手研究能量使用与组织僵硬之间的相互作用。他们首先在坚硬和柔软的表面上分别生长正常的肺细胞-涂有硬质胶原的玻璃杯或涂有较软，胶状的胶原蛋白的玻璃杯。他们通过测量分解代谢产物发现，在柔软表面上生长的细胞通常会减少其能量消耗：坚硬的表面-代谢产物更多;表面柔软-代谢物少。

然后，研究小组研究了如何控制这种情况，特别是询问细胞是否生产出与葡萄糖代谢所需数量相同的一种关键酶磷酸果糖激酶(PFK)。通过标记PFK，使其发出绿色光，并且在柔软和坚硬的表面上生长包含该标记酶的细胞，该团队发现最初制造了相同量的酶，但在柔软表面上生长的细胞中发现的酶数量却少得多。他们得出结论，必须先感测到柔软的表面，然后在制成PFK之后清除掉。

接下来，研究小组想知道肺癌细胞的行为是否类似。因此，他们在相同的硬质和软质表面上生长着癌性肺癌细胞。他们发现在坚硬的表面上会消耗大量能量，就像健康的细胞一样。但是他们还发现，再次基于测量分解代谢产物，在软表面上会消耗大量能量。

为了确认这是否确实发生在完整的肺部，研究小组测量了从患者体内取出的健康和肿瘤组织中相同的代谢产物。使用基于计算机的测量工具，他们能够估算在肺部较软的中心，靠近气道的分支附近以及肿瘤中生长的单个细胞中的PFK水平。正如实验室培养细胞实验所预测的那样，来自肿瘤的细胞和在气道分支附近生长的细胞通常比在肺中心生长的细胞具有更高的PFK水平。

“这些实验使我们得出结论，确实存在某种细胞代谢的机械调节，癌细胞可以超越这种调节。”基础生物医学科学Patrick E. Haggerty杰出主持人Danuser说。

接下来，研究人员认为，刚度感测必须以某种方式与细胞的骨架有关，而骨架本身可以根据细胞的功能从刚性动态变为柔韧性。他们使用显微镜和计算机软件编写了自己的文章，检查了在硬和软表面上生长的细胞的骨骼。在坚硬的表面上，他们发现细胞骨架包含更长，更粗的蛋白质电缆。在柔软的表面上，骨架材料更短，更不捆扎且更弯曲。

他们从实验中知道，如果细胞在较软的组织上生长，则糖酵解的限制酶PFK在制造后会以某种方式被去除。这一发现促使研究人员寻找细胞骨架与其系统之间的联系，以进行所谓的蛋白质降解或去除不需要的酶。研究小组系统地从细胞中消耗掉了他们在生物信息学分析中鉴定为靶向降解PFK的18种蛋白质中的每一种。他们问到那些候选物中的哪一种被去除后会增加细胞的能量消耗，从而模仿在肺肿瘤细胞中观察到的过度使用。

他们发现了TRIM21蛋白。

研究人员发现，较厚的细胞骨架束会隔离TRIM21，并阻止其靶向其他蛋白质进行破坏。Danuser说，当细胞在较软的表面上生长时，其束会变薄，释放出TRIM21并使其与PFK相互作用，从而使酶降解，从而降低了葡萄糖的代谢。癌细胞对骨骼的调节方式不同：TRIM21停留在骨骼上，无法靶向代谢酶进行降解并保持高代谢。