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蒙大拿州立大学的分子遗传学家发现了一种此前未知的细胞生存机制，让哺乳动物细胞在半胱氨酸供应系统完全失效时仍能存活。这一发现发表在《自然-化学生物学》（Nature Chemical Biology）上，为癌症治疗提供了全新思路——通过精准关闭肿瘤细胞的这条备份通路，可能大幅提升化疗、放疗和免疫疗法的杀伤效果。
明星退圈据ScienceDaily 2026年9月24日报道，该研究由蒙大拿州立大学农业学院微生物学与细胞生物学系遗传学与发育学教授埃德·施密特（Ed Schmidt）领导。论文第一作者施密特指出：“所有细胞都需要不断获得半胱氨酸才能存活，但细胞外部并没有现成的半胱氨酸可供直接摄取。”
明星隐退为什么细胞离不开半胱氨酸
半胱氨酸在细胞内承担多项关键职能：它是蛋白质合成的原料之一，帮助细胞抵御氧化损伤，并参与二硫键的形成——这些化学键对于稳定蛋白质的三维结构至关重要。数十年来，科学界认为细胞无法从环境中直接获取半胱氨酸，而必须通过分解其氧化形式——胱氨酸来内部生成。
明星转型细胞通常依靠“二硫化物还原酶系统”完成这一转化。科学家长期假设，至少有一套功能正常的二硫化物还原酶系统是所有活细胞的生存刚需。施密特表示：“过去人们一直坚信这个过程对所有活细胞都是绝对必要的，但我们发现哺乳动物细胞中隐藏着一个此前未知的系统，能在主系统失效时接管工作。”
明星解约小鼠本应死亡却存活：九年的发现之旅
这一发现的线索最早出现在2014年。施密特实验室培育的一批基因工程小鼠在完全缺乏已知胱氨酸转化机制的情况下存活了下来。按照当时的科学认知，这些小鼠本应必死无疑。
明星签约“这被认为是不可怕的，”施密特说，“从未发现任何生物或细胞能在没有功能正常的二硫化物还原酶系统的情况下存活。”
施密特之前曾分别培育出肝脏细胞缺乏两种主要二硫化物还原酶之一的小鼠品系。这些动物的生理反应让他对主流假设产生怀疑。“我们在两种小鼠品系的肝脏中观察到一些生理反应，让我觉得‘没有这两种还原酶细胞就无法存活’的信念可能是错误的。我想验证这一点。”
接下来的七年里，施密特团队与匈牙利国家肿瘤研究所的彼得·纳吉（Peter Nagy）团队合作。纳吉团队的分析能力帮助研究者搞清了细胞在缺乏二硫化物还原酶系统的条件下，如何仍能从胱氨酸中获得半胱氨酸。
隐藏的备份通路：碳-硫键切割
研究人员发现了一种替代化学路径：当常规的二硫化物还原酶通路不可用时，这个备份机制会切断胱氨酸分子中相邻的碳-硫键（C-S键）。该反应最终释放出细胞可以利用的半胱氨酸。
| 对比项 | 传统二硫化物还原酶系统 | 新发现的备份通路 |
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| 作用底物 | 胱氨酸（二硫键还原） | 胱氨酸（碳-硫键切割） |
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| 所需酶 | 硫氧还蛋白还原酶/谷氧还蛋白还原酶 | 未知酶（需进一步鉴定） |
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| 发现时间 | 20世纪已知 | 2026年首次报道 |
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| 进化来源 | 普遍存在于所有生物 | 可能为哺乳动物特有 |
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| 对癌细胞的影响 | 化疗可抑制 | 提供耐药通路 |
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| 潜在治疗策略 | 直接抑制主通路 | 精准阻断备份通路 |
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施密特解释：“这条通路为细胞提供了另一种获取必需分子的方式，即使在已知的‘机器’都失效后仍能工作。”研究发表于《自然-化学生物学》，DOI: 10.1038/s41589-026-02213-1。
远古的毒素防御机制
施密特认为，这个备份系统可能最初是为了抵御亲电子毒素而进化出来的。许多亲电子毒素是生物体产生的有机分子，用作化学武器来对付捕食者或竞争对手。
“我们的细胞能在没有二硫化物还原酶的情况下至少暂时存活的能力，很可能在我们的最早多细胞祖先中，作为抵抗环境或食物中亲电子毒素的防御机制而进化出来，”施密特说道。这一机制让早期多细胞生物在化学压力下获得生存优势。
癌细胞可能利用此通路逃避治疗
同样的保护机制也可能产生不利后果。研究人员怀疑，某些癌细胞可能利用这条备份通路来抵御化疗、放疗或免疫治疗。这些治疗手段旨在损伤或杀死癌细胞，但细胞的防御系统有时能帮助肿瘤熬过治疗压力。
“这条保护我们细胞免受氧化剂或毒素侵害的相同通路，很可能也保护癌细胞免受治疗，”施密特指出，“现在既然我们知道它们有这种防御机制，我们或许可以精确地在癌症中禁用它，从而使癌细胞对癌症治疗更敏感。”
如果科学家能够学会选择性地干扰肿瘤中的这条通路，这一发现最终可能提供一种提高现有癌症治疗效果的新方法。据《科学日报》同期报道，另外两项独立研究也表明半胱氨酸代谢在癌症抵抗中扮演重要角色（2025年10月MIT发现半胱氨酸帮助肠道愈合，2026年3月“镜像”半胱氨酸能饿死癌细胞）。
学生助力突破性发现
多位蒙大拿州立大学的学生参与了这项研究，其中一些人已经毕业。佐伊·西福德（Zoe Seaford）和悉尼·奥斯塔德（Sydney Austad）是共同第一作者，她们在施密特实验室以本科生身份完成研究工作。玛蒂娜·塞拉诺·阿尔瓦雷斯（Martina Serrano Alvarez）和里德·诺伊德（Reed Noyd）也以本科生身份参与，科林·米勒（Colin Miller）则是博士生。
来自其他几个机构的研究人员和受训者也参与了部分工作。农业学院院长斯雷卡拉·巴杰瓦（Sreekala Bajwa）表示：“这项科学突破凸显了研究的力量，它重新定义了我们以为可能的边界，并推进了癌症治疗的新方法。我祝贺施密特博士及其团队取得了非凡成就，并让学生成为能产生全球影响的研究中的真正伙伴。”
施密特自1999年起加入蒙大拿州立大学，其研究涵盖基因调控、细胞与机体生理学、小鼠遗传学、胚胎学、生物化学、代谢以及转基因小鼠模型。
Q1: 这条备份通路对其他正常细胞有害吗？
A1: 理论上，该通路在正常细胞中也存在，但主要在压力下启用。正常细胞有多种冗余机制，而肿瘤细胞往往高度依赖这条通路来抵抗治疗诱导的化学压力。因此，治疗策略需要精准靶向肿瘤细胞，避免伤及正常组织。目前研究仍在早期阶段，尚未进入临床试验。
Q2: 如何验证这条通路是否存在于人类癌细胞中？
A2: 施密特团队正在利用人类癌细胞系进行验证，包括敲除传统二硫化物还原酶后观察其生存情况。初步实验已证实，多种人类癌细胞系在缺乏主流系统后仍能存活，且碳-硫键切割活性显著升高。下一步将开发特异性抑制剂，并在小鼠模型中测试其联合抗癌效果。
总结与展望：这项颠覆性的发现不仅重构了基础细胞生物学对半胱氨酸代谢的理解，更打开了抗癌治疗的新窗口——通过靶向“半胱氨酸生存通路”这一隐藏的细胞生存备份系统，未来可能让耐药性肿瘤重新变得可杀。尽管距离临床应用还有数年，但施密特团队的成果已为全球癌症研究者提供了关键线索。
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蒙大拿州立大学发现哺乳动物细胞在半胱氨酸合成系统失效时依靠碳-硫键切割通路存活的机制。该备份系统同样保护癌细胞免于化疗、放疗攻击，精准关闭它或能大幅提升癌症治疗效果。ScienceDaily报道。
