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一般来说，细胞微环境的改变会影响细胞的生长发育、形态变化等，而且这些行为都需要消耗能量，但少有人研究，细胞究竟是如何根据微环境的改变而调整自身的能量使用。近日，UT西南医学中心的研究者们利用人体肺癌细胞对该问题展开研究，结果发表在《Nature》期刊上。
DOI:10.1038/s41586-020-1998-1
细胞可以通过骨架蛋白来感知周围组织的刚度，为了研究能量消耗与组织僵硬之间的相互作用，研究者在坚硬和柔软的表面上分别培养正常的肺细胞，代谢产物的测量结果显示，软表面上的代谢产物较少，细胞的能量消耗相对也减少了。
糖酵解增强是癌症的标志，磷酸果糖激酶（phosphofructokinase,PFK）是葡萄糖代谢所需的关键酶。研究者发现，人支气管上皮细胞从硬表面到软表面的转移，是通过蛋白酶体降解PFK从而引起糖酵解下调。而PFK的降解又是由应力纤维的分解触发的，后者可释放靶向PFK的E3泛素连接酶——tripartite motif (TRIM)-containing protein 21(TRIM21)。之后，研究者发现转化后的非小细胞肺癌细胞在任何环境下，都能维持较高的糖酵解速率，并通过下调TRIM21、同时将螯合的TRIM21留在对基质刚度不敏感的应力纤维上，从而保持PFK表达。
机械调节糖酵解模型
本研究的通讯作者Danuser总结到，这项研究表明，细胞通过PFK的TRIM21降解途径来机械调节糖酵解，这涉及细胞骨架，并最终影响正常细胞和癌细胞的能量使用。而恶性肿瘤可能是由于癌细胞通过螯合抑制TRIM21所致，使其表现出不随环境而变的高糖酵解速率。
