控制电位差,控制肿瘤?

控制电位差,控制肿瘤?

癌症令人闻之色变,直觉认为它是坏东西。但从物理学家的角度看,它不见得坏,它很可能只是细胞一时误入岐途,或许还有逆转的机会,而这一切的关键可能都落在肿瘤细胞的电位差上头。

七月号的英国「物理世界」(Physics World)杂誌推出「癌症的物理面」(Physics of Cancer)专题报导,介绍了四组研究团队以物理学的角度研究癌症发生的原因。癌症是安全模式的结果?介绍了由Paul Davies领导的团队,推论癌症是十数亿年前多细胞生物刚产生的年代,就已经存在的一种生理机制下的产物,它的厌氧、高糖、低ph值特性正与那个年代的生物代谢特徵相同。不过今天这一篇又从另一个角度来看癌症的成因,说明了在早期阶段对肿瘤细胞施以高电极化可有效抑制其成长。

40年前后的理论与实验

电位差与癌症的关连,其实远自1930年代晚期就已开始研究,那时美国一位解剖学家Harold Saxton发现肿瘤组织与一般组织展现了不同的电属性。之后到1970年代,NASA的生物物理学家Clarence Cone,发现肿瘤细胞电极化的程度比一般细胞低,他认为施以不同程度极化,就像调节器一样可以控制细胞增殖的程度。

美国麻州塔夫茨大学(Tufts University in Medford, Massachusetts)教授Michael Levin与博士生Brook Chernet在40年后证实了Cone的理论。他们将带有能将正常细胞转变为肿瘤细胞讯息的「信使RNA」(mRNA)(注1)注入到蝌蚪体内,接着把蝌蚪浸入萤光染料中,这种染料会因为接触到高电位差而变亮,因此亮度的差异可以知道电位差的高低。

Levin与Chernet到目前为止还不知道哪些蝌蚪会长出肿瘤。接着他们把萤光色较为黯淡、也就是低电极化的蝌蚪分离出来观察,几天之后,他们发现这些蝌蚪都长出了肿瘤。他们确认低电极化与肿瘤成长有直接关係。

控制电位差,控制肿瘤?红点为肿瘤细胞部位,比起其他正常细胞,肿瘤细胞电位差较低。(Photo Credit: Brook Chernet; Tufts University School of Arts and Sciences)高电极化抑制肿瘤生成

细胞的电极化代表许多阳离子与阴离子在细胞膜内外穿梭移动,而电极化也控制细胞内负责运送物质的「运输蛋白」的运作:低电极化将使运输蛋白吸收丁酸。丁酸是一种脂肪酸,透过几种酶的协助可以有效控制基因增殖细胞的指令,也就是说,当丁酸不足时,细胞就会肆无忌惮地生长。

他们进一步设计实验以找出高电极化对癌细胞的影响。他们将这些蝌蚪分成两组,其中一组注入带有离子通道蛋白质的mRNA,可让蝌蚪的细胞里有更多阴离子,以提高电极化。实验结果,这些蝌蚪跟对照组比起来肿瘤的数量明显较少,这说明了至少在蝌蚪的世界里,高电极化有助于抑制肿瘤成长,接下来他们将在哺乳类动物身上进行下一阶段的实验。

换个角度思考癌症

这项实验将产生一个疑问是,肿瘤第一次产生的地方,是经由什幺条件决定的?Levin表示细胞里的电位差并不直接受到外部电磁辐射的影响,因此他的研究到目前为止既不支持也不否认「打手机有可能会引发肿瘤」之类的议题,但他强调细胞间的电子活动被干扰,确实会促成肿瘤增生,他认为细胞之间有一种「间隙连接」(Gap Junction)(注2),有可能是因为它受到干扰继而影响电子活动,最终让肿瘤如脱缰野马。

不过Levin觉得实验最重要的意义在于让科学家能换个角度思考,肿瘤或许并不是不可逆的疾病,甚至它可能并不是所谓的「坏基因」造成或「化学毒素」影响的结果。它也开启了另一种可能:「控制电位差也许就可以控制肿瘤」。是否真能如此,就等物理学家的动物实验结果了。

(Cover Photo Credit:  Emmons)

注释
1.信使RNA(messenger RNA, mRNA)由DNA转录而来,带有DNA上的遗传讯息,从细胞核送入细胞质,做为生成各种蛋白质的遗传讯息来源。(回到本文)

2.「间隙连接」(Gap Junction)是两个细胞间的通道,让体积较小的分子或离子可以自由在细胞质间移动。(回到本文)

相关资料
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