【科學講堂】構建變種癌細胞 揭癌症轉移策略

癌症的嚴峻性之一在於其能夠擴散至身體不同部位。其英文名稱「Cancer」源自古希臘語中「螃蟹」一詞，用以比喻其在體內侵襲與擴散的特性。然而，癌細胞究竟是依據何種規律選擇轉移至特定器官？有觀點認為，癌細胞會追隨特定營養物質的分布而擴散，事實是否如此？本文將結合近期研究成果，對此問題進行探討。

癌細胞要成功擴散至身體其他部位並非易事：它們需要侵入鄰近組織、通過血管或淋巴系統遷移至遠處，並在新的組織微環境中成功定植。

這一系列步驟要求癌細胞具備高度的代謝可塑性。營養物質如何影響癌細胞的轉移方向，可能是一個複雜的過程。

以往基於小鼠模型和人類數據的研究表明，某些特定代謝物，例如天門冬醯胺（asparagine）與丙酮酸（pyruvate），可能影響癌細胞向肺部的轉移傾向；而腦部微環境所能提供的營養物質相對有限，因此癌細胞向腦部轉移的能力，可能取決於其自身合成絲氨酸（serine）等胺基酸的能力。那麼，是否真是特定的營養素或代謝產物引導了癌細胞的轉移方向？

為探究此問題，一個研究團隊近期在實驗小鼠模型中研究了乳腺癌細胞的轉移行為。團隊首先確定了乳腺癌細胞可擴散至的六種組織（包括腦、肺、肝、腎、骨和卵巢），並定量分析了腦脊液及其他五種組織間質液中超過120種代謝物的濃度水平。

同時，研究人員對乳腺癌細胞進行了基因改造，構建了多個不同的細胞「變種」，使每個變種均依賴於一種其自身無法合成的特定外源營養素。隨後，這些細胞被直接注射入小鼠的心臟血管中，以便它們能隨血液循環分布至前述的六個目標組織。

體外實驗表明，這些改造後的癌細胞株的生長確實依賴於相應胺基酸的供應；然而，在活體動物模型中，並未觀察到某種特定的營養物質會顯著促進癌細胞向某個特定器官轉移。

這表明，適宜的養分供應固然是重要因素，但其他因素（如癌細胞自身的遺傳差異）可能同樣發揮着不可忽視的作用。

在轉移過程中，癌細胞需要消耗大量能量在宿主體內遷移，這可能影響其在遠處器官成功定植的能力。為了區分「轉移能力」與「定植後生長能力」，研究人員將癌細胞直接注射到小鼠的各個目標器官中，觀察其原位生長的速度。

結果發現，與那些經歷「長途跋涉」才抵達器官的癌細胞相比，兩者在生長速度上並無顯著差異。這意味着，若癌細胞未能出現在某個器官，很可能直接與其在該處微環境中能否順利存活和增殖有關，而與長途遷移過程本身關係較小。

癌細胞能適應惡劣營養環境

研究還發現，腦部微環境對癌細胞生長的調控機制似乎與其他器官不同。數據顯示，位於腦內的乳腺癌細胞，其自身合成的胺基酸量甚至超過了從周圍環境中攝取的量。這表明癌細胞能夠高度適應局部的惡劣營養環境，因此，簡單地切斷其外源胺基酸供應，可能並不足以有效抑制其在腦部的生長。

小結

癌細胞在體內的擴散機制是一個複雜的科學問題。本研究通過在實驗小鼠模型中探索乳腺癌細胞的轉移與生長特性，為理解器官趨向性提供了新的線索。未來仍需進一步研究其他類型癌細胞在不同動物模型乃至人體內的行為，以更全面地揭示癌症轉移的普遍規律。

●杜子航 教育工作者

早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。