眾所周知，線粒體是我們細胞中的發電廠，它利用呼吸作用來釋放我們食物中的能量，捕獲三磷酸腺苷（ATP）分子中的能量。

在發表于7月30日《細胞》（Cell）雜志上的兩篇研究論文中，來自麻省理工學院的研究人員揭示出了增殖細胞，包括腫瘤細胞需要線粒體呼吸作用的原因。盡管有許多其他的途經可以生成ATP，得不到呼吸作用提供的電子受體細胞無法進行增殖。

對于增殖細胞來說，必須要有足夠的天冬氨酸（aspartate）來生成新細胞的RNA、DNA和蛋白質。天冬氨酸是一種氨基酸，眾所周知氨基酸是蛋白質的基本構件。然而不同于其他的氨基酸，不容易在血液中獲得天冬氨酸，看起來身體似乎積極限制了血液中這一氨基酸的水平，因此每個哺乳動物細胞都必須生成自己的天冬氨酸。此外，為了生成天冬氨酸和核酸，細胞必須要有個地方放置多余的電子，因為相比于細胞攝取的食物這一終產物具有較少的電子。

麻省理工學院Koch綜合癌癥研究所成員、生物學副教授Matthew Vander Heiden說：“這是所有增殖細胞都必須解決的一個問題。此前，我從未思考過這一代謝問題，而細菌界的人們卻花費了大量的時間去解答它。”

過剩的電子

Vander Heiden和同事們調查了哺乳動物細胞解決這一問題，除去多余電子的途經。

他們利用了經遺傳改造線粒體無法進行呼吸作用的一些癌細胞。在無干預的情況下，這些細胞無法進行增殖，隨著一些細胞相繼死去它們的數量逐漸下降。但添加一些天冬氨酸，它們的數量則呈指數增長，表明沒有呼吸作用細胞無法生成自身的天冬氨酸。

研究人員通過實驗進一步揭示出了呼吸作用在天冬氨酸生成中所起的確切作用。如果將可以充當電子受體的一些營養物質如丙酮酸（pyruvate）添加到這些喪失能力的細胞中，即便沒有天冬氨酸它們也能夠進行增殖。這表明當無法獲得氧時，細胞可以將添加的丙酮酸作為放置多余電子的地方，由此能夠生成天冬氨酸。這一研究發現對于癌癥研究來說很重要，因為癌細胞可以利用這一漏洞來逃避對它們的呼吸作用發動的攻擊。

賓夕法尼亞大學細胞和發育生物學教授Celeste Simon（未參與該研究）說：“這是腫瘤的一種危險游戲。我們沒有認識到天冬氨酸是如此的重要。人們猜測它大概是在生成一些代謝組件。”

Simon和同事們主要從事腎癌代謝問題研究。“Matt的論文告訴論文我們，電子傳遞鏈有缺陷的細胞會變得依賴于丙酮酸，丙酮酸充當了替代電子受體來生成天冬氨酸，”她說。

由于腫瘤只能有限地獲取營養物質和氧氣，它們有可能以一種不同的方式生成了天冬氨酸。知道癌癥有可能依賴丙酮酸充當一種替代的電子受體，作為一種途徑繞過了對它們生長的檢查，這意味著研究人員可以尋找一些方法來關閉這一漏洞。