Cancer Res：决定癌细胞存亡的分子

　　

生物通报道：最近，生物学家与工程师及物理学家们合作，发现了一个分子，他们称，这个分子可以帮助确定耐抗雌激素疗法的乳腺癌细胞“存亡”。

他们将这项研究结果发表在本月的国际著名学术期刊《Cancer Research》，代表了Georgetown Lombardi综合癌症中心和弗吉尼亚理工大学之间独特合作的一个重大发现，这一合作项目旨在研究作为一种信息处理系统的活细胞。

本项目的首席研究员、乔治城大学医学中心主任Robert Clarke博士指出：“我们需要一种工程方法来解决生物学问题，在这之前没有人构建过这样一种模型。”

该研究小组包括来自于Georgetown Lombardi的遗传学研究人员，以及来自于弗吉尼亚理工大学的电气和计算机工程师以及生物信息学专家。

科学家们制备了一种数字模型，使用迄今为止有关雌激素受体阳性乳腺癌的已知生物学数据，来理解肿瘤细胞根据来自其周围环境和内部状态的信号，所作出的确保自己生存的决定。该项目受到一项750万美元的联邦资金资助。

本文共同作者、弗吉尼亚理工大学电气工程师、Bradley 电气和计算机工程系副教授William T. Baumann博士解释说：“与国家电网或复杂集成电路这样的工程系统相比，细胞模型更难构建，因为其组件之间存在数量惊人的相互作用。我们只是刚刚开始模拟一个完整的细胞。”

这种方法可能是理解“为什么大多数被诊断为雌激素受体阳性的乳腺癌患者（意味着他们的肿瘤生长受激素刺激），开始对抗雌激素治疗（例如三苯氧胺、氟维司群和芳香化酶抑制剂）产生耐药性”的关键。

在过去30年当中，由于这些治疗方法已被广泛使用，这一问题并没有得到解决。Clarke补充说：“结果是，许多雌激素受体阳性肿瘤会复发为不可治愈的、内分泌激素抵抗的癌细胞。”延伸阅读：克服HER2靶向癌症治疗耐药性的关键。

该研究小组使用他们的模型，发现了一个关键分子组件，决定着乳腺癌细胞是将打开自噬过程（在这个过程中，细胞吞噬并消除有害的蛋白质，以保持存活状态），还是启动细胞凋亡——使细胞死亡。这种分子——干扰素调节因子1（IRF1），在一个细胞处于压力的时候起作用，例如抗雌激素治疗。

Clarke说，IRF1缺失可促进抗雌激素耐药性，而沉默IRF1则会恢复癌细胞对药物的敏感性。

Clarke表示：“这个模型可帮助我们找到你仅用直觉不会发现的重要事情。这些电路的分子逻辑很难通过直观推理得以理解，我知道，如果我们没有这个模型，我们就不会发现IRF1信号的重要性。”

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Interferon Regulatory Factor-1 signaling regulates the switch between autophagy and apoptosis to determine breast cancer cell fate
Abstract: Interferon regulatory factor-1 (IRF1) is a tumor suppressor that regulates cell fate in several cell types. Here we report an inverse correlation in expression of nuclear IRF1 and the autophagy regulator ATG7 in human breast cancer cells that directly impacts their cell fate. In mice harboring mutant Atg7, nuclear IRF1 was increased in mammary tumors, spleen, and kidney. Mechanistic investigations identified ATG7 and the cell death modulator Beclin-1 (BECN1) as negative regulators of IRF1. Silencing ATG7 or BECN1 caused estrogen receptor-α (ERα) to exit the nucleus at the time when IRF1 nuclear localization occurred. Conversely, silencing IRF1 promoted autophagy by increasing BECN1 and blunting IGF-1 receptor and mTOR survival signaling. Loss of IRF1 promoted resistance to anti-estrogens, whereas combined silencing of ATG7 and IRF1 restored sensitivity to these agents. Using a mathematical model to prompt signaling hypotheses, we developed evidence that ATG7 silencing could resensitize IRF1-attenuated cells to apoptosis through mechanisms that involve other estrogen-regulated genes. Overall, our work shows how inhibiting the autophagy proteins ATG7 and BECN1 can regulate IRF1 dependent and independent signaling pathways in ways that engender a new therapeutic strategy to attack breast cancer.