研究小组发现宫颈癌细胞中细胞相互作用的新型全局合作现象

Scientific Reports：Causal interaction of metabolic oscillations in monolayers of Hela cervical cancer cells: emergence of complex networks

　　

一个日本研究小组在宫颈癌细胞中发现了一种新的细胞相互作用的全球合作现象。他们的发现表明，这些细胞在代谢方面是通过一个功能网络联系在一起的。他们在研究中使用的框架可能对调查一组细胞的隐藏状态有用。

这项研究发表在2025年3月3日的《科学报告》杂志上。

研究小组发现了一种新的全球合作现象，一种隐藏的因果相互作用网络，在HeLa宫颈癌细胞的单层中表现出代谢振荡。HeLa细胞是从1951年从一名癌症患者身上提取的宫颈癌细胞中提取出来的人类细胞。它们是第一个不朽的人类细胞系，是医学研究的重要工具。

癌细胞中的这些代谢振荡描述了有节奏的波动。它们发生在糖酵解途径中代谢物的浓度中，即葡萄糖转化时发生的反应。科学家们经常在癌细胞中观察到这种节律性波动，尤其是那些糖酵解活性高的癌细胞。这些振荡可以深入了解癌细胞的代谢活动及其与肿瘤微环境中其他细胞的潜在相互作用。横滨国立大学教授Takashi Amemiya说：“了解这些‘癌细胞中心’可能会为新的癌症治疗铺平道路。”

术语全局协作现象描述了当系统中的单个元素交互时发生的模式或行为。研究小组发现的全球合作现象表现出大规模网络的特征。Amemiya说：“这表明关键细胞在网络中发挥着枢纽般的功能，HeLa细胞群形成了一个代谢连接的功能网络，而不是一个随机连接的网络。”该团队通过使用一种称为收敛交叉映射的统计方法分析振荡细胞之间的因果关系，发现了隐藏的网络结构。

Amemiya说：“在这项研究中提出的框架对于调查一组细胞的隐藏状态很有用，并且可以加速对细胞代谢现象的研究，包括朗格汉斯胰岛内β细胞的代谢振荡。”朗格汉斯胰岛是一群共同调节人体血糖水平的细胞。该团队的框架也可以应用于可能包含隐藏合作现象的弱耦合振荡器系统。

关于癌细胞的代谢，还有很多有待了解的地方。在该团队于2017年研究HeLa宫颈癌细胞之前，没有研究报告单个细胞水平上癌细胞代谢振荡的证据。细胞独立振荡，振荡不同步。“我们假设细胞-细胞相互作用太弱而无法诱导同步，然而这种微弱和隐藏的细胞-细胞相互作用可以通过收敛交叉映射方法对振荡因果关系的分析来揭示。”该方法基于时间序列数据的相空间重构。研究人员用它来寻找非线性动力系统弱耦合组件的因果关系。

展望未来，研究小组指出，无宽带网络的特点可以应用于癌症的因果代谢相互作用。他们认为HeLa细胞中糖酵解振荡的因果相互作用可能是由于乳酸盐的交换。因此，一个复杂的乳酸介导的共生网络可能在人体内的癌症微环境中出现。此外，已知代谢共生通过为癌细胞提供从其他细胞有效获取能量或适应组织微环境的机会来增强癌症恶性。“我们的目标是找到一种基于‘癌细胞中心’知识的癌症治疗的新方法，它可以打破癌症中可能的能量共生网络，”Amemiya说。

研究团队包括来自横滨国立大学的Takashi Amemiya， Ikuma Fujita和Kenichi Shibata；来自横滨国立大学和东芝电子器件与存储公司的Shuto sumu；明治大学的中村和之、山口智彦；以及三重大学的Masatoshi Watanabe。

该研究由JSPS KAKENHI和next促进独特联合研究中心计划以及横滨国立大学的合作研究项目资助。