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首頁 > 癌症最新科學新知 > 談細胞隙流與剪力

國家衛生研究院電子報 第 247 期       (許醫師評論在最後)


剪力遏止腫瘤細胞週期及轉移之分子機制
Tumor cell cycle arrest induced by shear stress: Roles of integrins and Smad


國衛院醫學工程研究組血管分子生物工程實驗室(Vascular molecular bioengineering lab)近期在有關腫瘤組織間隙流(Interstitial fluid flow)所引起的剪力(Shear stress)遏止腫瘤細胞週期(Cell cycle arrest)及轉移(Metastasis)的研究上,獲得具體的成果。這項研究成果已於今年三月發表於國際知名的「美國國家科學院刊(Proc. Natl. Acad. Sci. USA)」。


《文/圖:醫學工程研究組裘正健博士》

力學微環境(Mechanical microenvironment)對於組織及細胞的生長、功能及致病的病理機制密切相關。組織間隙流會改變組織周邊及內部的力學微環境,刺激細胞反應及功能調節。近年來的研究發現,間隙流所引起的剪力與壓力對腫瘤細胞的轉移、侵入,和抗腫瘤藥物的療效上,有重要的影響。美國哈佛醫學院Rakesh K. Jain教授的研究團隊於2007年指出,腫瘤組織內部中心因壓力較大,其組織間隙流之流動速度及剪力幾乎趨近於零,而越靠近腫瘤組織周邊,間隙流速度及剪力越大,此現象被認為有助於腫瘤細胞脫離主腫瘤而進行轉移作用,亦影響抗腫瘤藥物傳送釋放(Drug delivery)至腫瘤部位的效率。臨床顯示,腫瘤細胞的轉移常發生在如肝臟等特定組織或器官,但其他器官如心臟和主動脈等具有高剪力作用的區域(約每平方公分12達因以上),則不易發生腫瘤轉移。高剪力是否會影響腫瘤細胞的生長及轉移過去尚無相關文獻報導,故為本項研究進一步探討之重點所在。

醫學工程研究組血管分子生物工程實驗室首次發現高剪力可遏止腫瘤細胞的細胞週期及轉移,並發現相關的分子機制。研究中利用四種不同的腫瘤細胞(人類MG63和SaOS2骨癌細胞、SW1353軟骨癌細胞,和SCC25口腔鱗狀癌細胞),施予每平方公分12達因之剪力,發現剪力會遏止此四種腫瘤細胞的細胞週期,令其停止在G2/M階段而不致惡化,而此細胞週期的遏止與其調控因子(包含Cyclin A/B1、Cdk1,及p21)的表現與活性受到剪力的調節有關(見圖)。這項結果發現高剪力對腫瘤細胞週期的調控作用與許多治療並抑制腫瘤生長的抗癌藥物相似。研究進一步發現剪力會造成腫瘤細胞膜上的αvβ3及β1Integrin蛋白與骨型態發生蛋白(Bone morphogenetic protein)的第一型受體A進行交互作用,進一步活化細胞內骨型態發生蛋白專一的訊息蛋白Smad1和Smad5;Smad1和Smad5會各自對不同細胞週期調控因子的表現與活性產生調控作用。有趣的是,對於控制G2/M階段最重要的Cdk1蛋白活性會受到Smad1和Smad5的抑制而導致細胞週期遏止。研究中亦探討剪力對腫瘤細胞分化及轉移的影響,發現與骨骼生成及腫瘤轉移有關的主要轉錄因子Runx2的活性,會受到剪力作用而抑制,研究結果亦證實此Runx2活性的抑制主要是受到Smad5蛋白的調控。

本項研究闡明剪力對於抑制腫瘤細胞分化、控制細胞週期、及轉移具有調控作用,並示範其相關分子調控機制,提出力學微環境中剪力具備自然調節作用的看法。本項研究結果有助於提供研發新型抗腫瘤藥物的理論基礎,藉以調節腫瘤細胞間隙流所引起的力學微環境,以達成最佳化抗癌藥物輸送及治療的目的。

原文:Shun-Fu Chang, Cheng Allen Chang, Ding-Yu Lee, Pei-Ling Lee, Yu-Ming Yeh, Chiuan-Ren Yeh, Cheng-Kung Cheng, Shu Chien, and Jeng-Jiann Chiu*.Tumor cell cycle arrest induced by shear stress: Roles of integrins and Smad. PNAS 2008 105: 3927-3932

許 醫師評論

  癌細胞就像是家裡的孩子 一樣,孩子出生時都非常可愛,長大後變壞不聽話,很多家長都以打罵來管教孩子,第一次打罵還會有效,第二次就沒效了,以後越打罵,孩子表面上會服從,內心早就懷恨在心。時間一久,導致家長與孩子的心越來越遠,關係冷淡或甚至破裂。最後孩子離家出走,喚不回來了! 所有的小孩子都是很純真、很可愛,是一張白紙,為甚麼變壞不聽話?原因在家長、在環境。所以要檢討的要反省是家長、是社會。

 人的細胞是永不罷工、永不失業的,是合作無間,遇到狀況都是集體總動員來保護身體!這麼好的細胞會提供給身體 保護系統、免疫系統及自癒系統。因此只要我們好好照顧身體,大家都可以長命百歲!只可惜大家都在破壞自己,殘害細胞:大魚大肉、工作壓力、熬夜失眠、菸酒檳榔、環境污染、負面情緒、把藥當飯吃!一旦罹癌後,到醫院求診,加上醫院所提供的化療、放療、手術,更不斷的在破壞! 因此所有癌友,都是一邊治療、 一邊惡化!到最後死路一條!

科學家發現癌細胞旁的組織間隙流(Interstitial fluid flow)所引起的剪力(Shear stress)會遏止腫瘤細胞週期(Cell cycle arrest)及轉移(Metastasis)。所謂「隙流」就像是家庭裡的關係與氣氛,代表著家長與孩子的關係,這是長時間培養出來的。關係好孩子 不會變壞 !關係不好的家庭, 孩子就會變壞!

所謂「剪力」就是關係所營造的向心力或離心力。關係好向心力強,大家互相關心,互相合作。關係不好,就產生離心力,於是互不關心、要求獨立,原本三代同堂變成二代、二代變一代,甚至互不來往、反目成仇!

正常細胞長期在環境惡化之下、為了生存,當然企圖改變,原本良好的關係(隙流)惡化,向心力變成離心力(剪力),當然就離家出走(轉移),自立門戶(復發)

所以罹癌之後,所要努力的方向不是天天到醫院去接受破壞的治療,而是要努力做好身心靈之修練,把細胞關係(隙流)恢復過來,讓離心力轉變成向心力(剪力),如此癌細胞就不會想轉移或復發!就可以與癌共存,甚至可以讓癌細胞改邪歸正,逆轉回來。科學家已經在發展『再生醫學』,相信有一天醫師們不再用有毒的治療來殘殺癌細胞,而是能『尊重生命、保護細胞、提升免疫力、發揮自癒力』,癌症就迎刃而解!

 



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