運用可穿透細胞的螢光蛋白破解癌症轉移機制

2019 年 8 月底的 Nature 期刊封面,刊登了關於癌症轉移的重要研究成果。癌症對於人體的危害與高度致死性,很大的原因正是癌細胞發生了「轉移」,為什麼癌細胞會跑離最初發病位置,並進展到身體其他部位繼續生長作惡?英國研究團隊開發的新螢光蛋白技術,看出了癌症轉移機制的一些端倪。

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撰文|楊朝傑

●目前只能依靠定期檢查預防癌症復發及轉移

現今的醫藥發達,雖已讓癌症不再是絕症,但仍然無法完全攻克,理由是癌症有很高的機率會出現復發和轉移,這也是造成許多患者難以存活的重要因素,假如癌細胞出現擴散並轉移到遠端部位,此一階段也被稱為「癌症末期」。若要讓癌症獲得良好的控制,目前臨床的作法只能透過定期回診追蹤來預防,以利早期發現與及時治療。

癌細胞是否會轉移不僅取決於細胞本身,還取決於遠端部位的微環境 (microenvironment),不過只有少數癌細胞在抵達新位置後,能在那裡成功落腳並增殖。然而,關於繼發位置如何幫助癌細胞生長的早期過程仍然知之甚少,部分原因是缺乏合適的分析工具,經由 Luigi Ombrato 等人組成的英國研究團隊,開發出的新技術成功克服這道難題,接著來看看具體方法是怎麼做的。

●研究癌細胞轉移的利器:可滲透細胞的螢光蛋白

想像一下,在伸手不見五指的黑暗中,如果有一盞明燈,除了能照亮周遭的事物,也能夠在遠處輕易的追蹤燈光的移動位置。科學家們開發出一套標記系統就類似這樣的想法,運用了一種新的「螢光蛋白」,其特殊之處在於能夠滲透脂質 (細胞膜的成份),這使得螢光蛋白能以可溶形式從癌細胞中釋放出來,並被相鄰的細胞吸收。簡單來說,帶有此特殊螢光蛋白的癌細胞,能夠使其周遭的健康細胞被染上相同的螢光。

建立這套標記系統後,科學家接著模擬癌細胞是如何轉移的。首先將帶有此特殊螢光蛋白的小鼠乳癌細胞,注射到小鼠尾巴的靜脈中隨著血液流動,如果乳癌細胞在小鼠體內某處停留並生長成腫瘤,則代表出現轉移,也能進一步觀察腫瘤周遭被染上螢光的健康細胞。研究結果顯示,從尾巴進入小鼠體內的乳癌細胞,在肺部發生了轉移,藉由分析相鄰著癌細胞被染色的肺部細胞,就能了解遠端部位的微環境是怎麼與癌細胞互相作用,最終導致轉移發生。

●癌細胞在轉移處,使得相鄰健康細胞具有類似幹細胞特性

研究發現被染色的健康細胞主要是一種肺泡第二型細胞 (alveolar type II cell),簡稱為 AT2 細胞,而奇怪的是這些 AT2 細胞具有類似幹細胞特性,因為肺部大多數 AT2 細胞應該是沒有幹細胞特性的。此結果代表著幾種可能性:癌細胞可能更喜歡落腳在肺幹細胞附近?或者能將肺幹細胞募集到自身周圍?又或者,癌細胞會驅動相鄰的 AT2 細胞呈現類似幹細胞特性?

研究透過體外細胞培養實驗,證實一旦有癌細胞存在,AT2 細胞就會表現出類似幹細胞的特性,這也意指上述最後一種推測才是正確的。這也產生更糟糕的後果,因為幹細胞特性又會促進癌細胞增殖,最終陷進了癌症轉移和腫瘤生長的「惡性循環」泥沼裡。

這套標記系統成功觀測了癌細胞如何轉移,但稍微可惜的是螢光蛋白被細胞吸收後只能維持穩定約 48 小時,因此僅可評估轉移部位的初始變化,並不適合長期追蹤。不過未來還是有望解答,為什麼某類癌細胞會傾向轉移到特定器官?例如攝護腺癌最容易發生骨骼轉移。隨著醫學界對癌症轉移機制了解得越清楚,將來越有機會阻止癌細胞使出轉移的致命殺手鐧,以及避免癌細胞侵害相鄰健康細胞隨其為非作歹,進而形成繼發性腫瘤。畢竟,如果能限制癌細胞的轉移行動,無法傾巢而出的癌細胞就變成了籠中之鳥,這樣藥物治療也可更有效地將其一網打盡。

 

參考資料:

  1. Asselin-Labat ML. Nature. 2019 Aug;572(7771):589-590. Cells tagged near an early spread of cancer.
  2. Ombrato L, et al. Nature. 2019 Aug;572(7771):603-608. Metastatic-niche labelling reveals parenchymal cells with stem features.

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作者
:楊朝傑  成大微免所碩士,曾著有《圖解醫學》一書,樂於將醫學新知以淺白文字讓更多人了解。

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