癌症是全球第二大死亡原因，每年造成1000多萬人死亡。

然而，如果及早發現並有效治療，許多癌症是可以治愈的。問題往往在于癌症的隱匿性。

一項新的研究表明，可能有一種方法可以在原子水平上識別癌症的“指紋”，這種技術在地質學上比在醫學上更常用。

這一發現可能會爲研究癌症的生長提供新的方法，並可能爲早期發現提供新的選擇。

“這項研究爲醫學增加了一個全新的層面，讓我們有機會在原子水平上研究癌症，”首席作者、科羅拉多大學博爾德分校的生物地球化學家阿什利·馬洛尼說。

爲了做到這一點，馬洛尼和她來自美國和瑞士的同事利用了氫同位素分布的自然變化 —— 同一元素的不同版本，其原子具有相同的質子總數，但中子數不同。

氘是氫的兩種穩定同位素中較重的一種，它與傳統的氫的區別在于它多了一個中子。它在地球上的數量較少，地球上氫原子的數量大約是氘的6000比1。

這些同位素的分布在地球科學中很有用，它掌握著古代岩石或冰蓋等事物的秘密。

但我們體內也存在不同排列的氫原子，馬洛尼想看看這些同位素是否能揭示我們體內的奧秘。從她父親作爲皮膚科醫生的工作中獲得靈感，她特別想了解氫同位素可能揭示的癌症。

馬洛尼說：“他一直在清除人們身上的皮膚癌細胞。我想知道這些細胞的新陳代謝與它們旁邊生長的細胞有什麽不同。”

在實驗室實驗中，研究人員培養了酵母和小鼠肝細胞，然後分析了它們的氫同位素。他們發現，生長速度非常快的細胞 —— 比如癌細胞 —— 氫和氘的比例有很大的不同。

馬洛尼和她的同事指出，這仍然是初步的，關于氫同位素如何以及是否可能暗示人體癌症的許多問題仍然存在。

科羅拉多大學博爾德分校的地質科學家塞巴斯蒂安·科普夫（Sebastian Kopf）說，但考慮到早期檢測可能挽救生命，這值得進一步研究。

“如果你在早期發現癌症，你的生存機會會高得多，”科普夫說。“如果這個同位素信號足夠強，你可以通過血液測試等手段檢測到它，這可能會給你一個重要的提示，說明有些東西不對勁。”

酵母和老鼠的細胞通常通過細胞呼吸産生能量，吸收氧氣並釋放二氧化碳。但當氧氣不能自由獲取時，大多數細胞至少可以暫時轉向發酵，將糖分解成能量。

“在人類中，如果運動員的表現超出了他們的有氧極限，他們的肌肉也會開始發酵，這不需要氧氣，”科普夫說。“這能快速提升你的能量。”

許多癌症也通過發酵來促進其生長，這是沃伯格效應的一部分。知道了這一點，科學家們長期以來一直在尋找監測代謝異常的方法，這些異常可能預示著患者體內的癌細胞。

在這項新研究中，馬洛尼和她的同事們試圖通過分析氫的同位素來追蹤這些代謝變化。

細胞從一種叫做煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）的酶中獲得氫原子。它身兼數職，但NADPH的職責之一是將氫原子分配到某些分子中，作爲脂肪酸生産的一部分。

根據細胞中其他酶的活性，NADPH可以將不同比例的氫原子和氘原子拼湊在一起。

考慮到癌症傾向于重新配置細胞的新陳代謝，研究人員希望了解癌症是否也改變了細胞獲得氫的方式，從而影響了它們的原子組成。

他們的實驗涉及酵母菌落（通常作爲研究癌症的模型），以及健康和癌變小鼠肝細胞的菌落。

研究人員從這些菌落中取樣脂肪酸，然後使用質譜儀揭示每個樣品的氫同位素比例。

“當我們開始這項研究時，我想，‘哦，我們有機會看到一些很酷的東西，’”馬洛尼說。“它最終産生了一個巨大的信號，這是我沒想到的。”

研究發現，發酵酵母細胞（代替癌細胞）的氘原子比正常酵母細胞少50%左右。癌變的老鼠細胞也顯示出類似但不那麽明顯的氘含量下降。

“不幸的是，癌症和其他疾病是許多人生活中的一大主題。看到阿什利的數據是一個特殊而深刻的時刻，”普林斯頓大學環境微生物學家、論文合著者張新甯（音譯）說。

“這意味著用于跟蹤行星健康狀況的工具，也可以用于跟蹤生命形式的健康和疾病，希望有一天能應用于人類。”

這項研究發表在《美國國家科學院院刊》上。

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