癌症细胞的合作

写的:Mylan Blomquist

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有氧呼吸:一种细胞在获得氧气时产生能量的方式;一个葡萄糖分子(一种糖)被用来制造36个能量分子(ATP)。

无氧呼吸:一种细胞在没有氧气的情况下产生能量的方式;糖酵解就是这类过程的一个例子。

ATP:三磷酸腺苷。ATP是所有细胞的能量携带分子......更多的

癌症:一种从一小组细胞的不受控制的生长开始的疾病。

进化:随着时间的推移,是任何生长,变化或开发的过程。

糖酵解:一种在细胞内产生的不需要氧气的能量;细胞使用一个葡萄糖分子(一种糖)来帮助生成两个能量分子(ATP)和两个乳酸分子。

代谢:什么生物要保持活力。这包括饮食,饮酒,呼吸,摆脱废物......更多的

肿瘤:组织的异常生长

故事里有什么?

经过一个令人惊叹的哈希追踪并逃避一个月的捕获,警方最终捕获了两个疑似钻石盗贼。在乘车到派出所后,他们被审讯到了单独的监狱细胞,并且不允许互相交谈。不幸的是,珠宝商店的相机只能以伪装形式向他们展示,因此警方可能没有足够的证据将犯罪分子发送给监狱。

警察的灯

如果警察抓住了两个盗贼,他们会保持沉默或互相转向更好吗?由matty环的图像。

为了解决这个问题,警方试图让每个小偷成为一笔交易。他们告诉每个小偷,他们可以承认,转向他们的犯罪伴侣,没有监狱的时候被释放;他们的伴侣,如果他们不承认,那将在监狱中服务3年。如果两个盗贼都转向他们的合作伙伴,他们将每次参加2年的监狱。但是,如果两个盗贼都保持沉默,他们每个人只能在监狱中只能1年。在这种情况下,如果两个盗贼保持沉默,那么惩罚最小,但如果一个小偷想要更好的交易,他们可能是自私的,然后转向他们的伴侣。

这个场景被称为“囚徒困境”(The Prisoner’s Dilemma),听起来像是犯罪电视剧的情节,但这是描述人类社会和自然界合作的一种常见方式。囚犯们可以选择是自私还是乐于助人。每个囚犯都有充分的理由“欺骗”,选择背叛他或她的犯罪伙伴的自私选择,以获得自由。尽管背叛对个体囚犯有好处,但保持沉默是有益的、合作的选择。对两个囚犯来说,沉默是最好的选择,因为他们都可以少坐牢。

虽然肿瘤中的癌细胞不会像囚犯一样选择自己的命运,但每个细胞都有帮助和自私的策略,就像囚犯的两个选择一样。PLOS ONE的文章"癌症代谢中的囚徒困境“辩称,癌细胞是否合作取决于全部细胞的环境。

癌细胞,背叛和沉默

癌细胞的卡通

肿瘤细胞在健康器官中生长失控。单击以获取更多信息。

癌症是一种疾病,细胞,我们的身体由我们的身体组成的最小单位的生命单位逐渐失控。他们而不是工作正常的身体函数,而是经过他们的界限,并开始针对身体工作。

细胞,像任何生物一样,利用它们的能量生存和繁殖。癌细胞需要从环境资源中产生能量来生存、生长和分裂。这就是“囚徒困境”的由来:癌细胞可以利用两种策略从它们的“食物”——肿瘤环境中的糖分子——中获取能量。一种是有氧呼吸,即细胞同时使用糖分子和氧气来产生能量。另一种被称为糖酵解,在这个过程中,没有氧气的细胞(厌氧)使用糖来产生能量——这比有氧呼吸产生的能量要少得多。

尽管糖酵解产生的能量不如有氧呼吸,但使用糖酵解的细胞会释放有毒的乳酸。这种毒素的积聚会杀死附近的健康细胞。健康细胞的清除为癌细胞提供了更多的空间。只有当许多细胞而不是少数细胞使用糖酵解时,毒素才会积聚。如果有足够多的细胞进行糖酵解,它们产生的能量就会减少,但它们会合作杀死健康的细胞。使用糖酵解的细胞帮助其他癌细胞生长和分裂。如果更多的细胞使用有氧呼吸,这种自私的策略,它们会为自己制造更多的能量,但不会合作去杀死健康的细胞。

葡萄糖

这就是葡萄糖,一种糖分子,健康细胞和癌细胞都用它来制造能量,以生长和繁殖。无论有无氧气,细胞都能分解葡萄糖。当氧气不存在时,这个过程就会产生有毒分子。

就像两个囚犯选择保持沉默一样,糖酵解通常是整个肿瘤的最佳,最有用的选择。然而,如果所有癌细胞使用糖酵解,乳酸量也可能对它们变得毒性。当许多细胞使用糖酵解时,它有助于癌细胞生长,但过多的糖酵解细胞可以产生太高的毒素水平,即使是癌细胞。因此,使用糖酵解的细胞太多可导致“进化自杀”,或所有癌细胞的死亡。这使得癌细胞的困境比囚犯的困境有点不同。

有氧呼吸就像囚犯的背叛:自私的选择,只帮助单个细胞,而不是整个群体。有氧呼吸的使用并不会使所有的癌细胞处于进化自杀的危险中,但它也不会帮助癌细胞合作杀死健康细胞。所以我们看到糖酵解和有氧呼吸相比有成本和收益。有时细胞使用有氧呼吸,它们只对自己有益,有时它们使用糖酵解,它们对整个癌细胞群有益。

哪种癌症策略会胜出?

鉴于这两个乐于乐于助人和自私的策略对癌细胞的成本和益处,我们如何知道癌细胞将使用哪种策略?研究人员假设,如果环境减少糖酵解的缺点,糖酵解将是主导策略。研究人员使用数学模型来测试该假设,以确定在不同环境中将“赢得”的策略。

微环境如何影响癌细胞生长的图表

这张图显示了在环境条件下需氧细胞和糖酵解细胞的生长速率。单击以获取更多信息。

这个数学模型考虑了糖酵解细胞和有氧细胞吸收的糖量,并测量了这两种细胞的生长。该模型可以根据细胞环境的不同特征而改变,比如糖和氧的可用性。该模型还考虑了细胞的死亡率以及使用每种策略的细胞数量。

在该模型中,使用有氧呼吸的细胞受氧水平的限制和糖可用性。使用糖酵解的细胞仅受糖可用性的限制。根据该模型,每个单元将使用允许它们在每个环境条件下生长最大的策略。在患者的真实肿瘤中不能在不同环境中进行建模细胞生长。难以改变真实肿瘤中的条件,甚至更难以看出单一细胞的表现。

成本和福利取决于环境

这项研究发现,如果环境中有更多的糖分子可用,那么使用糖酵解的模型中的细胞就有优势。如果周围有很多糖分子,就会有更多的细胞使用糖酵解。虽然细胞在糖酵解过程中产生的能量更少,但如果有更多的食物,它们就不必太担心寻找能量来源,而可以专注于合作杀死附近的健康细胞。如果可用的氧气较少,也会出现同样的结果。

这张图显示了癌细胞的生长与可用糖的关系

该图显示了与可用糖相关的癌细胞生长。单击以获取更多信息。

另一方面,如果糖和氧气等资源不受限制,肿瘤细胞就会面临囚徒困境。在这个模型中,只有当足够多的癌细胞进行糖酵解时,它们才会互相帮助,所有这些细胞都会产生有毒的乳酸来杀死健康的细胞,并在环境中腾出更多的空间来生长。然而,如果过度使用糖酵解,环境就会变得有毒,甚至癌细胞都会死亡,宿主也会随之死亡。随着时间的推移,自私的有氧呼吸的选择更稳定,但这项研究表明,环境条件如何决定糖酵解对细胞是否值得,尽管过量乳酸可能导致死亡。

癌细胞通常被认为是骗子,它们曾经是正常的细胞,但现在已经超出了它们的界限,从仍然健康的细胞中夺走了资源。然而,在这个囚徒困境中,癌细胞可能会使用一种有益的策略,允许它们与其他癌细胞合作,或者一种自私的策略,让它们为自己制造额外的能量。就像囚犯寻求尽可能短的刑期一样,在这个数学模型中,如果癌细胞使用对所有细胞都有利的策略,它们可能会获得最大的好处。这种效益是由环境条件决定的。对于癌细胞来说,是环境让它们交易,而不是警察。


EvMed编辑是由亚利桑那州立大学的进化和医学中心赞助的。

其他图片通过维基共享。监狱的栏杆图片由Josh Estey/AusAID拍摄。

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书目细节:

  • 文章:癌症细胞的合作
  • 作者:Mylan Blomquist
  • 出版商:亚利桑那州立大学生命科学院问生物学家188金宝搏取钱快吗
  • 网站名称:ASU -询问生物学家188金宝搏取钱快吗
  • 发布日期:2016年12月6日
  • 访问日期:2021年11月2日
  • 链接://www.bldeurope.com/evmed-edit/cancer-cooperation

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Mylan Blomquist。(2016年12月06)。癌症细胞合作。问生物学家。188金宝搏取钱快吗检索于2021年11月2日//www.bldeurope.com/evmed-edit/cancer-cooperation

美国心理协会。有关更多信息,请参阅http://owl.english.purdue.edu/owl/resource/560/10/

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Mylan Blomquist。“癌细胞的合作”。ASU -问188金宝搏取钱快吗生物学家。2016年12月6日。亚利桑那州立188金宝搏取钱快吗大学-问问生物学家,网络,2021年11月2日。//www.bldeurope.com/evmed-edit/cancer-cooperation

“囚徒困境”指的是一种行为场景,它让人们在自私和合作之间做出抉择。研究人员正将这一想法应用于癌细胞的生长。

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