科学家揭示了防止癌症扩散的细胞过程的新细节

研究人员首次描述了程序性细胞死亡或细胞凋亡早期阶段的独特分子机制，这一过程在预防癌症中起着至关重要的作用。

这项研究于今天(2023 年 6 月 2 日，星期五)发表在《科学进展》杂志上，由牛津郡 STFC ISIS 中子和介子源 (ISIS) 的 Luke Clifton 博士以及于默奥大学的联合首席教授 Gerhard Gröbner 领导和瑞典欧洲散裂源的合作伙伴。这是该团队进行的一系列研究合作中的最新成果，旨在研究导致细胞凋亡的细胞蛋白。

细胞凋亡对人类生命至关重要，它的破坏会导致癌细胞生长并对癌症治疗无反应。在健康细胞中，它由两种具有相反作用的蛋白质调节，称为 Bax 和 Bcl-2。

可溶性 Bax 蛋白负责清除旧细胞或患病细胞，当它被激活时，它会穿透细胞线粒体膜形成孔，从而触发程序性细胞死亡。这可以被嵌入线粒体膜内的 Bcl-2 抵消，它通过捕获和隔离 Bax 蛋白来防止细胞过早死亡。

在癌细胞中，存活蛋白 Bcl-2 产生过多，导致细胞增殖不受抑制。虽然这一过程早已被认为对癌症的发展很重要，但 Bax 和线粒体膜在细胞凋亡中的确切作用直到现在仍不清楚。

STFC ISIS 中子和 Muon 源科学家兼共同主要作者 Luke Clifton 博士解释说：“这项工作既增进了我们对哺乳动物细胞基本过程的了解，也为未来的研究开辟了令人兴奋的可能性。了解细胞正常工作时的情况是了解癌细胞出了什么问题的重要一步，因此这可能为可能的治疗打开大门。”

该团队使用了一种称为中子反射计的技术(使用先进的 ISIS Surf和Offspec仪器进行)，这使他们能够研究 Bax 如何与线粒体膜中的脂质相互作用。这建立在他们之前对膜结合 Bcl-2 的研究之上。

在 SURF 和 OFFSPEC 上使用中子反射计，他们能够实时研究在细胞凋亡的初始阶段，蛋白质与线粒体膜中存在的脂质相互作用的方式。通过使用氘同位素标记，他们首次确定当Bax 产生毛孔时，它会从线粒体膜中提取脂质，在线粒体表面形成脂质 Bax 簇。

通过在 ISIS 生物实验室中结合使用时间分辨中子反射仪和表面红外光谱，他们能够看到这种孔隙的形成分两个阶段发生。Bax最初快速吸附到线粒体膜表面，随后缓慢形成膜破坏孔和 Bax-脂质簇，这两个过程同时发生。这种较慢的穿孔过程发生在几个小时的时间尺度上，与体内细胞死亡相当。

这是科学家首次发现线粒体脂质参与由 Bax 蛋白引发的细胞死亡的膜扰动的直接证据。

Luke Clifton 博士继续说道：“据我们所知，Bax 启动细胞死亡的这种机制以前是未知的。一旦我们更多地了解 Bax 和 Bcl-2 之间的相互作用以及它如何与这种机制相关，我们就会更完整地了解一个对人类生命至关重要的过程。这项工作真正展示了中子反射计在膜生物化学结构研究中的能力。”

该发现建立在该团队之前关于膜结合 Bcl-2 分子机制的研究的基础上，以便更全面地了解细胞凋亡的早期阶段。

于默奥大学科学家兼共同主要作者 Gerhard Gröbner 教授说：“这里的独特发现不仅将对细胞凋亡研究领域产生重大影响，还将为探索 Bax 及其相关基因作为癌症中有趣的靶标打开大门疗法，例如通过调整它们的细胞杀伤潜力。”

ISIS 计划进行未来的研究，以进一步阐明细胞凋亡的分子机制，特别是表征 Bax 和 Bcl-2 之间的相互作用。希望这将产生见解，从而开辟新的研究途径，以继续发展我们对人类生命所必需的细胞过程的理解。