ملخص: كشفت دراسة حديثة أن سرطان الدماغ الخبيث المعروف بـ glioblastoma (الورم الدبقي النخاعي) – وهو أكثر أنواع الأورام الدماغية عدوانية – ينمو بشكل مكثف من خلال استخدامه للسكر بطرق فريدة تختلف تمامًا عن الخلايا الدماغية السليمة. بينما تستغل الأنسجة الدماغية الطبيعية السكر لإنتاج الطاقة والناقلات العصبية، فإن خلايا الورم الدبقي تحوّل مسار السكر نحو تصنيع الحمض النووي DNA والحمض النووي الريبي RNA، مما يغذي نمو الورم بشكل لا يتوقف.

أظهر الباحثون أن تقييد تناول أحماض أمينية معينة في النظام الغذائي للفئران أدى إلى إبطاء تقدم الورم وتحسين استجابته للعلاج، مما يفتح آفاقًا واعدة لعلاجات قائمة على التحكم في عملية الأيض. وتشير هذه النتائج إلى إمكانية أن تصبح الأنظمة الغذائية المتخصصة والتدخلات الدوائية الموجهة في المستقبل جزءًا من استراتيجية علاجية متكاملة لتمديد حياة المرضى المصابين بهذا المرض المدمر.

حقائق رئيسية

• مفترق الأيض: الدماغ السليم يستخدم السكر لإنتاج الطاقة، أما الأورام فتحوّله إلى تصنيع DNA وRNA لدعم النمو.
• استراتيجية غذائية: تقييد تناول الحمضين الأمينيين serine وglycine لدى الفئران حسّن استجابة الأورام للعلاج.
• الإمكانيات السريرية: تشير النتائج إلى أن الأنظمة الغذائية المتخصصة قد تُستخدم يومًا ما لدعم علاجات glioblastoma.

المصدر: جامعة ميشيغان

يُعد الورم الدبقي النخاعي (glioblastoma) أخطر أشكال الأورام الدماغية الخبيثة، ويُقدّر أن معظم المرضى المصابين به لا يعيشون سوى سنة أو سنتين بعد التشخيص.

في هذه الأورام، تتحول الخلايا العادية في الدماغ إلى خلايا عدوانية تنمو بسرعة وتنتشر في الأنسجة المحيطة.

وتميل هذه الخلايا السرطانية إلى التمثيل الغذائي (metabolic) المختلف عن الخلايا السليمة المجاورة لها.

لكن سرطان الدماغ يشبه طريقًا سريعًا مزدحمًا، مما يمنح الباحثين فرصة لاستهداف الورم بشكل انتقائي. المصدر: neuroscience News

في دراسة نُشرت في مجلة Nature، تابع فريق من جامعة ميشيغان كيفية استخدام خلايا ورم glioblastoma للجلوكوز (glucose).

واكتشف الفريق، الذي يضم باحثين من مركز روغل للسرطان وقسم جراحة الأعصاب وقسم الهندسة الطبية الحيوية، أن الأورام الدماغية تختلف في طريقة استهلاكها لبعض العناصر الغذائية الموجودة في النظام الغذائي.

قال الدكتور دانيال وال، المؤلف المشارك في الدراسة والبروفيسور المساعد في طب الأورام الإشعاعي: “قمنا بتعديل النظام الغذائي في نماذج الفئران، وتمكنا من إبطاء نمو هذه الأورام بشكل كبير، بل وحتى منعه في بعض الحالات”.

وأضاف: “قد تساعد دراستنا في فتح آفاق جديدة للعلاج في المستقبل القريب”.

تشمل العلاجات التقليدية جراحة متبوعة بالعلاج الإشعاعي والعلاج الكيميائي. لكن الأورام غالبًا ما تعود وتصبح مقاومة للعلاج.

وقد أظهرت أبحاث سابقة أن مقاومة الأورام تنتج عن إعادة تنظيم مسارات الأيض داخل الخلايا السرطانية.

تستخدم خلايا سرطان الدماغ السكريات بشكل مختلف عن الخلايا السليمة

يُعرف الأيض (metabolism) بأنه العملية التي تُفكك فيها أجسامنا الجزيئات مثل الكربوهيدرات والبروتينات، لتستخدمها الخلايا في إنتاج الطاقة أو بناء جزيئات جديدة.

رغم أن الخلايا الدماغية السليمة والخلايا السرطانية تعتمد على السكر، إلا أن الفريق أراد معرفة ما إذا كانت تستخدمه بطرق مختلفة.

لذلك، قام الباحثون بحقن كميات صغيرة من سكر مُوسوم (labelled sugar) في فئران، وفي مرضى مصابين بأورام دماغية، لمتابعة مسار استخدامه داخل الجسم.

قال الدكتور واجد الحلو، المؤلف المشارك والجراح العصبي المتخصص في أورام الدماغ: “لكي نفهم حقًا طبيعة هذه الأورام الدماغية ونحسن العلاجات، كان علينا بذل الجهد الكبير لدراسة الأورام داخل المرضى أنفسهم، وليس فقط في المختبر”.

على الرغم من أن كلًا من الأنسجة الطبيعية وخلايا الورم تستهلك كميات كبيرة من السكر، إلا أنها تستخدمه لأغراض مختلفة.

قال الدكتور أندرو سكوت، الباحث في مختبر وال: “إنها بمثابة مفترق طرق في مسار الأيض”.

وأضاف: “الدماغ يوجه السكر نحو إنتاج الطاقة والناقلات العصبية الضرورية للتفكير والوظائف الحيوية، أما الأورام فتحوّل مسار السكر لتصنيع مواد تُبنى منها خلايا سرطانية جديدة”.

وجد الفريق أن الأنسجة السليمة تستخدم السكر لإنتاج الطاقة وتصنيع مواد كيميائية ضرورية لوظائف الدماغ.

أما glioblastoma، فقد أوقف هذه العمليات واستخدم السكر بدلًا من ذلك في تصنيع جزيئات مثل النوكليوتيدات (nucleotides) – وهي الوحدات البنائية للـ DNA والـ RNA – مما ساعد الورم على النمو والانتشار في الأنسجة المحيطة.

يمكن للأنظمة الغذائية المقيدة بالحمضين الأمينيين أن تحسّن نتائج العلاج لدى الفئران

كما لاحظ الباحثون فروقًا مهمة أخرى.

فالدماغ السليم يستخدم السكر لتصنيع أحماض أمينية – وهي الوحدات البنائية للبروتينات. لكن الأورام الدماغية تبدو وكأنها تُوقف هذه المسار، وبدلاً من ذلك تعتمد على استخلاص هذه الأحماض الأمينية من الدم.

وقد دفع هذا الاكتشاف الفريق إلى التساؤل: هل يمكن أن يؤثر تقليل مستويات بعض الأحماض الأمينية في الدم على نمو الورم دون الإضرار بالدماغ السليم؟

لذلك، اختبر الباحثون ما إذا كانت الفئران التي تتغذى بنظام غذائي مقيد بالأحماض الأمينية تُظهر استجابة أفضل للعلاج.

قال الدكتور ديباك ناغرات، المؤلف المشارك والبروفيسور في الهندسة الطبية الحيوية: “عندما قمنا بإزالة الحمضين الأمينيين serine وglycine من غذاء الفئران، تحسّنت استجابتهن للعلاج الإشعاعي والكيميائي، وكان حجم أورامهن أصغر مقارنة بالفئران الضابطة التي تناولت serine“.

بناءً على قياساتهم في الفئران، قام الفريق أيضًا ببناء نماذج رياضية يمكنها تتبع كيفية استخدام الجلوكوز في المسارات المختلفة، مما قد يساعد في تحديد أهداف دوائية جديدة.

قارن البروفيسور كوستاس ليسوتيسيس، المؤلف المشارك والمتخصص في الفسيولوجيا الجزيئية والتكاملية، مسارات الأيض بالطرق، والعقاقير بالحواجز المرورية.

قال: “وضع حاجز على طريق سريع مزدحم سيكون له تأثير أكبر من إغلاق طريق ريفي بسيط وقليل الحركة”.

وبالمثل، في الدماغ السليم، يكون امتصاص الحمض الأميني serine من الدم كأنه طريق ريفي بطيء.

أما سرطان الدماغ، فهو كطريق سريع مزدحم، مما يوفر للباحثين فرصة ذهبية لاستهداف الورم بشكل انتقائي دون التأثير الكبير على الخلايا السليمة.

ويُعمل الفريق حاليًا على إطلاق تجارب سريرية قريبًا لاختبار ما إذا كانت الأنظمة الغذائية المتخصصة التي تقلل من مستويات serine في الدم يمكن أن تفيد أيضًا مرضى glioblastoma.

قال وال: “هذا جهد متعدد التخصصات من مختلف أقسام الجامعة”.

وأضاف: “إنها دراسة لا يستطيع باحث واحد إنجازها بمفرده، وأنا ممتن لأنني أشارك في فريق يعمل معًا لتحقيق اكتشافات مهمة يمكن أن تحسّن علاجات مرضانا”.

المؤلفون المشاركون: أنجالي ميتال، بهاران ميهدادي، ألكسندرا أوبراين، جوستين بيليل، سرافيا بالافالاسا، أبهيناف أشارجا، ويهوا تشو، جي شو، أنجيليكا لين، كاري ويلدر-رومانز، نينغنينغ ليانغ، آيشا يو. كوثاري، نافياتا كوريميرلا، دونا إدواردز، زهه وو، جيان فنغ، صوفيا سو، لي زهانغ، بيتر ساجاكولنيكوت، أنتوني أندرين، جونيانغ بارك، يوهانا تين هويف، فيجاي تارنال، كيمبرلي ريديك، ناثان كي، جوشوا فيشر، إيثان يانغ، مايكل ريجان، سيلفيا ستوبكا، جيرارد باكير، كريتيكا سوريش، جان إن. سركاريا، ثيودور إس. لورانس، سريام فينيتي، ناثالي واي. آغار، وإرينا فلاشي.

التمويل/الإفصاحات: دعمت المعاهد الوطنية للسرطان (NCI) سكوت (K99CA300923؛ F32CA260735).

تم دعم وال من قبل NCI (K08CA234416؛ R37CA258346)، المعهد الوطني لاضطرابات الجهاز العصبي والسكتة الدماغية (R01NS129123)، مؤسسة دامون رانيون للسرطان، مؤسسة سونتاغ، مؤسسة أييفي لسرطان الدماغ، معهد فوربس لاكتشاف السرطان، مؤسسة أليكس ليمونيد ستاند، ومؤسسة تشاد توغ ديفيت دي بي جي.

تم دعم وال ولورانس من قبل NCI P50CA269022. وتم دعم ناغرات من قبل NCI (R01CA271369).

تم دعم وو وفنج وكي من قبل NIDDK MMPC-Live (1U2CDK135066). وتم دعم تشو من قبل منحة التعافي من الجائحة في كلية الطب بجامعة ميشيغان (U083054).

تم دعم الحلو من قبل NINDS (K08NS12827101)، الجمعية الأمريكية للسرطان (CSDG-23-1031584-01-MM)، والجمعية الأمريكية لأورام الدماغ. تم دعم بالافالاسا من قبل الجمعية الأمريكية للسرطان (PF-23-1077428-01-MM). تم دعم فينيتي من قبل NINDS (R01NS110572 وR01NS127799) وNCI (R01CA261926). تم دعم فلاشي وبيليل من قبل NCI (CA251872 وCA251872-S1).

تم دعم بيليل من خلال جائزة زمالة UCLA JCCC.

تم دعم بارك من قبل المعهد الوطني للعلوم الطبية العامة (R35GM143127).

تم دعم سركاريا من قبل عيادة مايو وكلية ويليام إتش. دونر.

تم دعم آغار من قبل صندوق دانيال إي. بونتون، والجمعية الوطنية لأورام الدماغ، ومركز ماس للعلوم الحيوية، وNCI (U54CA283114).

عن هذا الخبر العلمي حول أبحاث ورم glioblastoma

الملخص

إعادة توجيه أيض الجلوكوز في القشرة الدماغية يغذي نمو سرطان الدماغ البشري

يستهلك الدماغ الجلوكوز بكثافة لتغذية وظائفه العصبية. أما الأورام الدماغية مثل glioblastoma، فتتخلى عن وظائفها الفسيولوجية الطبيعية وتكسب القدرة على الانقسام والانتشار في الأنسجة السليمة.

وما زال من غير الواضح كيف تعيد هذه الأورام توجيه استخدام الجلوكوز لدفع نموها العدواني. في هذه الدراسة، قمنا بحقن الجلوكوز الموسوم بذرة الكربون-13 (¹³C-labelled glucose) في مرضى وفئران مصابين بأورام دماغية، ودمجنا ذلك مع تحليل كمي لتدفق الأيض، لرسم مسارات ذرات الكربون المشتقة من الجلوكوز في الأنسجة السرطانية مقارنة بالقشرة الدماغية.

من خلال قياسات مباشرة وشاملة لذرات الكربون والنيتروجين الموسومة في أنسجة القشرة والورم الدبقي، حددنا تحولات أيضية عميقة.

في القشرة الدماغية البشرية، تُستخدم ذرات الكربون المشتقة من الجلوكوز في عمليات فسيولوجية أساسية، مثل أكسدة دورة حمض الستريك (tricarboxylic acid cycle) وتصنيع النواقل العصبية.

على النقيض، تُقلّص الأورام الدبقية هذه العمليات وتستخلص مصادر كربون بديلة مثل الأحماض الأمينية من البيئة المحيطة، بينما تعيد استخدام الكربون المشتق من الجلوكوز لتصنيع الجزيئات الضرورية للانقسام والانتشار.

ومن خلال استهداف هذه إعادة توجيه الأيض لدى الفئران عبر تعديل النظام الغذائي من حيث الأحماض الأمينية، تمكّن الفريق من تغيير أيض glioblastoma بشكل انتقائي، وإبطاء نمو الورم، وتعزيز فعالية العلاجات القياسية.

تكشف هذه النتائج كيف تستغل الأورام الدماغية العدوانية الجلوكوز لقمع الوظائف الفسيولوجية الطبيعية وتعزيز التوسع الخبيث، وتفتح آفاقًا علاجية جديدة لتحسين نتائج العلاج.