来自加拿大不列颠哥伦比亚大学（UBC）医学院和不列颠哥伦比亚省癌症研究所的科学家运用CRISPR-Cas介导的全基因组基因敲除技术，发现了一种对癌细胞生存至关重要的酶的弱点，实体肿瘤癌细胞依赖这种酶在氧气水平低时的适应和生存。该酶就是碳酸酐酶IX(CarbonicAnhydraseIX，CAIX)。

最近发表在ScienceAdvances上的该研究结果将帮助研究人员开发新的治疗策略，以限制实体癌肿瘤的发展，实体癌肿瘤代表了体内出现的大多数肿瘤类型。

实体瘤依靠血液供应来输送氧气和营养来帮助它们生长。然而，随着肿瘤的生长，这些血管无法为肿瘤的每个部分提供氧气和营养，从而导致局部缺氧。缺氧启动全局适应性转录反应，它主要通过激活缺氧诱导因子（hypoxia-induciblefactor，HIF）触发对细胞存活至关重要的代谢转变，以增加对糖酵解的能源生产依赖。这会导致酸性副产物的积累并依赖pH调节酶和转运蛋白来维持细胞内碱性pH(pHi)以维持增殖和存活。由于乳酸和质子外流增加，细胞外环境酸化。类似于缺氧，酸性pH值也会导致代谢重新布局以满足细胞大分子和生物能量需求并维持生存。

碳酸酐酶是一类金属酶，可催化二氧化碳可逆地水合为碳酸氢盐和质子。CAIX是一种肿瘤相关的细胞表面糖蛋白，由缺氧诱导，通过单跨膜区域和短的细胞质尾部锚定在质膜中，其活性中心面向细胞外空间，通过加速CO2水合有助于跨质膜的pH调节，同时促进肿瘤组织中的CO2扩散和质子迁移，参与对酸中毒的适应。

一方面，CAIX可以与碳酸氢盐转运蛋白(bicarbonatetransporters，NBC)以及单羧酸转运蛋白(monocarboxylatetransporters，MCT)协作，从细胞内空间去除酸，以确保细胞内维持碱性的pH，从而有利于细胞的存活。其中，CAIX通过其胞外的活性中心催化胞外二氧化碳转化为质子和碳酸氢根离子。碳酸氢根离子由相邻的NBC转运至细胞质基质。在细胞内，碳酸氢盐在细胞质基质的CAII催化下，与质子结合发生逆反应，转化为CO2，CO2通过扩散离开细胞。这样有助于细胞内pH(pHi)值提高到代谢过程、信号传导和增殖所允许的值。另一方面，由相同的CAIX催化反应产生的细胞外质子留在细胞外，有助于细胞周围环境（pHe)的酸化，从而支持癌细胞侵入周围的正常组织，最终会成为一种更具侵略性的肿瘤形式，能够扩散到其他器官。

癌细胞依赖CAIX生存，这最终使它成为它们的“致命弱点”。通过抑制其活性，可以有效地阻止癌细胞生长。

主持该研究的资深作者、UBC医学系生物化学和分子生物学系教授、BC癌症中心杰出科学家ShoukatDedhar博士及其同事之前确定了一种称为SLC-独特的化合物，目前正在1期临床试验中进行评估——作为CAIX的强效抑制剂。虽然乳腺癌、胰腺癌和脑癌的临床前模型已经证明了这种化合物在抑制肿瘤生长和扩散方面的有效性，但其他细胞特性会降低其有效性。

在这项研究中，包括Dedhar博士实验室的研究助理ShawnChafe博士以及来自萨斯喀彻温大学的FrancoVizeacoumar博士和同事在内的研究团队着手检查这些细胞特性并确定其他弱点。CAIX使用基于CRISPR-Cas的称为全基因组合成致死筛选的强大工具。该工具查看癌细胞的遗传学，并一次系统地删除一个基因，以确定是否可以通过敲除CAIX和另一个特定基因来杀死癌细胞。

根据Dedhar博士的说法，他们的检查结果令人惊讶，并指出了蛋白质和控制一种称为铁死亡（ferroptosis）的细胞死亡形式的过程的意外作用。当铁积累并削弱肿瘤的新陈代谢和细胞膜时，就会发生这种形式的细胞死亡。

然而，CAIX可以阻止癌细胞发生铁死亡而死亡，将包括SLC-在内的CAIX抑制剂与已知会导致铁死亡的化合物相结合，会导致灾难性的细胞死亡并削弱肿瘤的生长。

目前正在进行一项大规模的国际努力，以确定可诱导铁死亡的药物。这项研究是朝着这一探索迈出的重要一步。