如果沒有足夠的氧支持子細(xì)胞，絕大多數(shù)細(xì)胞都不會分裂。不過，包括癌細(xì)胞在內(nèi)的一些細(xì)胞可以繞過這一限制持續(xù)增殖。日前，Johns Hopkins大學(xué)的研究人員揭示了這些細(xì)胞在低氧條件下的增殖策略，通過這一機(jī)制癌細(xì)胞可以在血液供給不充足的情況下持續(xù)分裂。這項研究于七月二十八日發(fā)表在美國國家科學(xué)院院刊PNAS雜志上。

在低氧條件下，細(xì)胞需要通過轉(zhuǎn)錄因子HIF-1α（低氧誘導(dǎo)因子1α）做出適應(yīng)性改變。低氧條件會促進(jìn)HIF-1alpha的生產(chǎn)和活化，并從兩方面為細(xì)胞提供保護(hù)。HIF-1alpha會啟動一些基因，合成能幫助細(xì)胞做出適應(yīng)的蛋白。此外，HIF-1alpha還能終止DNA復(fù)制，阻止細(xì)胞分裂，以免生成更多的耗氧細(xì)胞。

Gregg Semenza及其團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，HIF-1alpha能與Cdk1和Cdk2進(jìn)行互作。這兩種蛋白屬于細(xì)胞周期素依賴性蛋白激酶，參與了對細(xì)胞周期和細(xì)胞分裂的調(diào)控。

Semenza的團(tuán)隊原本推測，Cdk1和Cdk2可能決定著HIF-1alpha能否被蛋白酶體摧毀。但當(dāng)他們阻斷蛋白酶體功能時，HIF-1alpha的水平并沒有發(fā)生改變。研究顯示，在這一過程中起作用的不是蛋白酶體而是溶酶體，這也是首次發(fā)現(xiàn)溶酶體與細(xì)胞分裂進(jìn)程有關(guān)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，Cdk1會抑制HIF-1α的溶酶體降解，增強(qiáng)HIF-1α的蛋白穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)錄活性。相反，Cdk2能在G1/S的過渡期促進(jìn)HIF-1α的溶酶體降解。研究還表明，阻斷溶酶體的降解功能，會使細(xì)胞出現(xiàn)HIF-1α依賴性的細(xì)胞周期阻滯。

溶酶體中含有多種水解酶類，能夠分解很多種物質(zhì)，是在細(xì)胞中起消化作用的重要細(xì)胞器。溶酶體相當(dāng)于一個廢料回收中心，可以幫助細(xì)胞清除垃圾以維持自身的正常功能。這項研究揭示了溶酶體的另一種功能，在低氧條件下調(diào)控細(xì)胞周期的進(jìn)程。

值得注意的是，癌細(xì)胞中的Cdk2有著雙重作用，既能降低HIF-1alpha的水平，又能刺激其基因活性。最終的效果是，癌細(xì)胞能在應(yīng)對低氧條件的同時持續(xù)分裂。研究人員在體外培養(yǎng)的細(xì)胞中，通過抑制Cdk1的藥物，成功阻止了HIF-1alpha的減少，恢復(fù)它阻止細(xì)胞分裂的正常功能。研究指出，這類藥物將有望對相關(guān)癌癥進(jìn)行治療。