揭秘乳腺癌细胞在极端环境中如何顽强生存的秘密

加州大学洛杉矶分校的科学家们对乳腺癌细胞中一种关键生存蛋白的结构和功能进行了表征，这有助于解释这些肿瘤如何抵御环境压力，并在通常对健康细胞有毒的酸性、低氧环境中生存和繁殖。该论文发表在Nature Communications期刊上。

NBCn1如何帮助癌细胞生存

乳腺癌细胞依赖一种称为NBCn1的转运蛋白将碱离子带入细胞，并维持有利的内部pH值。研究人员使用先进的冷冻电子显微镜结合计算建模，展示NBCn1通过一种高效的“电梯式”运动将两个钠离子和一个碳酸根离子移动，从而最小化能量消耗。这使得NBCn1每秒能运输约15,000个离子，帮助肿瘤细胞维持促进生存、分裂和抵御酸性压力的内部pH值。

肿瘤微环境因为氧气水平低和代谢活动高，通常呈酸性。健康细胞在这些条件下难以生存，但癌细胞通过调节其内部化学环境来适应。NBCn1是一种已知有助于控制细胞pH值的质膜转运蛋白，但到目前为止，人们对其精确结构或如何实现高效离子转运了解得很少。

蛋白质结构研究的进展

为了理解这种蛋白质的工作原理，研究人员使用冷冻电子显微镜拍摄了人类NBCn1的第一个原子级三维结构。然后，他们应用计算建模研究蛋白质的动态以及与离子的相互作用。这种结合的方式使团队能够可视化NBCn1的结构变化，并识别离子通过转运蛋白时所经过的路径。

通过理解NBCn1的结构和功能，这项研究为设计能够阻断这一转运蛋白、破坏癌细胞所依赖的内部化学平衡的药物提供了蓝图。专门针对癌细胞中的这种蛋白质，可能会提供一种更精确的削弱肿瘤的方法，同时最小化对正常组织的伤害。

“这项工作通过提供NBCn1的第一个原子级模型，推动了癌细胞代谢和膜转运生物学的研究进展，NBCn1是细胞pH值的主要调节因子，”加州大学洛杉矶分校脑研究所的医学杰出教授、分子肾脏病学Factor讲席教授Ira Kurtz博士表示。

“通过将蛋白质的结构、离子能量和功能联系起来，这项研究展示了小分子运动是如何实现高运输效率的。这些见解填补了基础生物物理学和癌症治疗之间的关键知识空白，并为针对肿瘤细胞中pH调节这一脆弱性的新策略奠定了基础。”

更多详情： Weiguang Wang等，冷冻电子显微镜和计算建模提供的pH调节器NBCn1的结构见解，《自然通讯》（2025）。DOI: 10.1038/s41467-025-64868-z