定义培养基揭示脂质清除在支持癌细胞增殖中的关键作用

本研究针对胎牛血清(FBS)在细胞培养中的功能不明确问题，通过活细胞成像和定量脂质组学技术，系统解析了血清中金属和脂质成分对癌细胞增殖的代谢支持作用。研究发现白蛋白结合脂质(FA/LPC/LPE)是癌细胞主要摄取来源，并开发出由胰岛素-转铁蛋白-硒(ITS)混合物和脂肪酸组成的无血清培养基配方，揭示了脂质清除通过质量作用机制主导癌细胞增殖的代谢规律，为建立标准化培养体系和靶向肿瘤脂代谢提供新思路。

　　

在生物医学研究中，胎牛血清(FBS)如同细胞培养的"神秘配方"，虽然被广泛使用，但其促进细胞增殖的具体机制却长期笼罩在迷雾中。这种成分复杂的添加剂不仅存在批次差异影响实验可重复性，还可能引入动物病原体，更关键的是——作为胎儿来源的血清，它是否真正模拟了人类疾病微环境？这些悬而未决的问题促使Fred Hutchinson癌症研究中心的Oliver J. Newsom团队开展这项揭开血清功能奥秘的研究。

研究人员创新性地结合活细胞成像和液相色谱-质谱(LC-MS)技术，构建了动态监测系统。使用核定位红色荧光蛋白标记的H1299非小细胞肺癌细胞(H1299 NucRFP)实时追踪增殖，同时通过定量脂质组学解析培养基成分变化。关键技术包括：1) 多浓度FBS梯度下的实时增殖动力学分析；2) 同位素标记脂质示踪技术；3) 基于CRISPR/Cas9的基因敲除验证；4) 跨4个商业批次FBS的脂质组学比较。样本来源于ATCC等标准细胞库，涵盖6种癌细胞系和3种非转化细胞。

血清提供可消耗因子支持细胞增殖

通过实时增殖曲线分析发现，FBS限制导致的增殖缺陷呈现典型的"耗竭表型"而非"速率限制表型"，提示血清通过提供可消耗成分支持增殖。当用含转铁蛋白和微量金属的ITS混合物替代时，能完全挽救低血清条件下的增殖缺陷，证实金属离子是血清的首要必需成分。

FBS脂质组及其在增殖过程中的消耗

脂质组学揭示不同批次FBS存在显著差异，但所有批次中白蛋白结合脂质(游离脂肪酸FA、溶血磷脂酰胆碱LPC、溶血磷脂酰乙醇胺LPE)均被选择性消耗，而脂蛋白运输的固醇酯(SE)、甘油三酯(TAG)等几乎不被摄取。在10% FBS中，癌细胞96小时内消耗>80%的白蛋白结合脂质，而复杂脂质消耗<5%。

被消耗的脂质种类可冗余满足血清的脂质需求

令人惊讶的是，在无血清条件下，FA混合物、LPC或LPE中任意一种与ITS联用，都能完全替代FBS的脂质功能，维持癌细胞持续增殖，证实这些脂质类别在功能上具有冗余性。

脂质消耗动力学受环境可用性调控

通过构建精确控制的脂质浓度梯度发现，FA和LPC的摄取速率均与培养基浓度呈正比，且不同脂质类别间不存在竞争抑制。改变棕榈酸与油酸比例的实验进一步证实，脂质清除遵循质量作用机制，对脂肪酸链结构和饱和度无选择性。值得注意的是，当脂肪酸与牛血清白蛋白(BSA)比值升高时，脂质摄取随之增加，这与游离脂肪酸理论预测一致。

脂质清除是癌细胞增殖的必要条件

使用脂肪酸合成酶(FASN)抑制剂GSK2194069抑制内源合成时，脂质摄取不受影响；而长链脂酰辅酶A合成酶(ACSL)抑制剂Triacsin C则显著抑制FA摄取。功能实验显示，单独抑制FASN对增殖影响微弱，但联合ACSL抑制时产生协同效应，在FASN敲除细胞中该表型被特异性消除，证明当清除途径受阻时，癌细胞才依赖内源合成。

这项研究首次系统解析了血清支持增殖的代谢基础，建立了由ITS和特定脂质组成的标准化无血清培养体系。其重要意义在于：1) 揭示了白蛋白结合脂质清除是癌细胞增殖的主要脂质来源途径；2) 阐明了浓度依赖的非竞争性脂质摄取规律；3) 证实ACSL介导的代谢捕获是清除途径的关键环节；4) 为靶向肿瘤脂代谢提供了新策略——相比抑制合成酶FASN，干预清除途径可能更具治疗潜力。该成果不仅解决了细胞培养的基础问题，更为肿瘤代谢研究提供了可精确调控的实验平台。