震驚！乳酸竟能協助黑色素瘤轉移？

　　腫瘤轉移是指惡性腫瘤細胞從原發部位，經淋巴道，血管或體腔等途徑，到達其他部位繼續生長的過程。以往研究表明，惡性腫瘤的轉移往往是腫瘤治療失敗的主要原因。事實上，腫瘤轉移是一個非常低效的過程，只有少數的腫瘤細胞能夠最終存活下來，因為限制腫瘤成功轉移的因素有很多，而氧化壓力(Oxidative stress)則是其中之一。基于這一思路，科學家們一直努力嘗試通過增加腫瘤細胞的氧化壓力來遏制腫瘤的進程。

　　乳酸很長一段時間以來一直被認為是一種糖酵解過程當中產生的代謝廢物，然而，近幾年的研究則表明乳酸也可以充當能源物質被某些腫瘤細胞所利用。比如說，有研究報道肺癌和胰腺癌細胞可以通過乳酸轉運蛋白MCT1從血液循環中吸收乳酸作為碳源供給TCA循環。此外，有研究指出乳酸吸收水平與腫瘤惡性程度直接相關。這些發現提出了一個十分重要的科學問題：乳酸消耗是否可以作為惡性腫瘤的分子標志物并且會直接促進腫瘤的進程？

　　2019年12月19日，來自達克薩斯西南醫學中心的Sean J. Morrison教授研究團隊在Nature上發表了題為Metabolic heterogeneity confers differences in melanoma metastatic potential的研究，報道了高表達MCT1的黑色素瘤可以通過攝取循環系統中的乳酸來抵御氧化壓力，從而獲得更強的轉移能力。此外，他們的研究還揭示了MCT1表達水平不同是導致黑色素瘤轉移過程異質性的主要原因。

　　首先，為了探究高轉移黑色素瘤和低轉移黑色素瘤之間的代謝差異，作者分別從這兩種轉移類型的腫瘤患者體內將黑色素瘤細胞分離出來并通過皮下注射的方式接種到NSG小鼠體內，待腫瘤長到直徑約2cm大小時，分別給荷瘤小鼠注射13C全標的[U-13C]Glutamine和[U-13C]Glucose。作者發現，當給小鼠注射[U-13C]Glucose之后，高轉移黑色素瘤來源的腫瘤細胞內被標記的乳酸水平顯著升高，更有趣的是，其絕對豐度甚至超過了3PG(3-phosphoglycerate)。這提示：高轉移黑色素瘤除了糖酵解途徑產生乳酸之外似乎還可以吸收血液循環中的乳酸。為了證實這一現象，作者將13C全標的[U-13C]lactate注射到小鼠體內，結果同樣表明高轉移黑色素瘤細胞內被標記的lactate絕對豐度超出3PG和pyruvate，這說明該類型黑色素瘤的確可以吸收循環系統中的乳酸。此外，作者通過[2-2H]lactate(可以產生非標記的pyruvate)處理小鼠證實乳酸的確可以被腫瘤直接吸收利用，而不是先代謝成pyruvate再被吸收進去。

　　乳酸轉運主要依賴MCT1和MCT4。作者發現MCT1在高轉移黑色素瘤細胞中是高表達的，但MCT4表達量在兩種類型的黑色素瘤細胞中卻沒有顯著差異。為了證明高轉移黑色素瘤細胞攝取乳酸依賴MCT1,作者用MCT1的選擇性抑制AZD3965去處理荷瘤小鼠，結果表明AZD3965可以顯著減少血液循環中的黑色素瘤細胞，但是對皮下接種的腫瘤生長幾乎沒有影響。這說明抑制MCT1的確可以抑制黑色素瘤細胞的轉移。此外，作者在高轉移黑色素瘤細胞中敲低MCT1和低轉移黑色素瘤細胞中過表達MCT1也進一步驗證了這一結論。

　　那么，MCT1促進黑色素瘤細胞轉移的分子機制是什么呢？之前的研究指出，對于培養的腫瘤細胞，如果抑制掉MCT1和MCT4活性會抑制乳酸排出細胞從而減弱糖酵解過程，導致細胞的氧化壓力增加。作者發現用AZD3965處理黑色素瘤細胞的確會增加細胞內ROS的水平，更有意思的是，用NAC(N-acetyl cysteine)處理小鼠可以顯著的削弱AZD3965對于血液循環中黑色素瘤細胞的殺傷作用。這說明抑制MCT1的確可以降低轉移黑色素瘤細胞抵御氧化壓力的能力。進一步，作者通過[1,2-13C]標記的Glucose進行代謝流示蹤實驗證明抑制MCT1不僅可以直接抑制磷酸戊糖途徑，還可以減少lactate轉變成pyruvate過程中NADH的生成。

　　最后，為了探究MCT1表達水平是否可以直接影響黑色素瘤細胞轉移能力，作者用流式細胞儀分別將MCT1high(MCT1高表達)和MCT1-/low(MCT1低表達)細胞分選出來，然后分別通過皮下注射和靜脈注射的方式接種到小鼠體內。結果表明，皮下注射組中兩種細胞的生長速度和形成腫瘤大小幾乎沒有差異，而靜脈注射組MCT1high黑色素瘤細胞形成腫瘤的能力則顯著增加。這說明MCT1表達水平不同是導致黑色素瘤轉移過程異質性的直接原因。

　　綜上，Sean J. Morrison教授的研究工作不僅闡明了黑色素瘤轉移過程的異質性取決于MCT1表達水平的差異，并揭示了其中的分子機制是在于MCT1高表達的黑色素瘤可以利用血液循環中的乳酸來抵御氧化壓力，從而獲得更強的轉移能力。更為重要的是，作者發現MCT1的小分子抑制劑AZD3965能夠非常有效的抑制腫瘤轉移，未來很有希望用于臨床。