近日，范先群教授團(tuán)隊在開發(fā)腫瘤納米診療試劑的研究中取得重要進(jìn)展。該研究首次發(fā)現(xiàn)納米材料可提高葡萄膜黑色素瘤（Uvealmelanoma，UM）細(xì)胞內(nèi)的活性氧自由基（Reactive Oxygen Species，ROS）水平，不同濃度納米材料介導(dǎo)的ROS對UM細(xì)胞的惡性生長能力影響不同，一定量的ROS可激活UM細(xì)胞mTOR信號通路，增強(qiáng)氨基酸代謝。該研究對于納米材料腫瘤診斷和治療應(yīng)用中安全濃度的合理選擇具有十分重要的參考價值。研究結(jié)果以“Dose Dependent Carbon Dot Induced ROS Promote Uveal Melanoma Cell Tumorigenicity via Activation of mTOR Signaling and Glutamine Metabolism”為題于2021年4月22日正式發(fā)表于國際頂級學(xué)術(shù)期刊《Advanced Science》。
ROS主要為細(xì)胞代謝所產(chǎn)生的副產(chǎn)物（例如超氧陰離子、H2O2、羥自由基、羥離子等）。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的ROS與抗氧化物（例如抗壞血酸、谷胱甘肽等）之間的平衡被打破時，便會產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，過氧化細(xì)胞內(nèi)生物大分子，從而損傷細(xì)胞。由于腫瘤細(xì)胞代謝旺盛，因此ROS在諸多類型的腫瘤中顯著上升。為此，大量研究利用納米材料調(diào)控腫瘤細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生過量的ROS殺傷腫瘤。然而，ROS亦可作為誘導(dǎo)或信號分子在腫瘤形成、惡性轉(zhuǎn)化、化療耐藥中發(fā)揮重要作用。納米材料誘導(dǎo)產(chǎn)生的ROS是否會對腫瘤發(fā)生發(fā)展產(chǎn)生未知影響，這一關(guān)鍵問題對于應(yīng)用納米材料診療腫瘤具有重要的作用，因此亟待明確。
UM是成人最常見的眼內(nèi)惡性腫瘤，惡性程度高，易轉(zhuǎn)移，預(yù)后差，嚴(yán)重威脅患者視力和生命安全。葡萄膜黑色素瘤起源于脈絡(luò)膜、睫狀體或虹膜的黑色素細(xì)胞。由于紫外線的暴露及黑色素的生成，相較于其他正常細(xì)胞，黑色素細(xì)胞更易受ROS的調(diào)控影響而增加黑色素瘤的發(fā)生風(fēng)險。若利用納米材料介導(dǎo)的ROS技術(shù)早期檢測或協(xié)同治療UM，就存在加強(qiáng)腫瘤發(fā)生發(fā)展的風(fēng)險。因此，該團(tuán)隊利用不同濃度的碳點(diǎn)納米材料誘導(dǎo)UM細(xì)胞產(chǎn)生不同水平的ROS，全面分析其是否能起到信號分子的作用，對腫瘤細(xì)胞發(fā)生發(fā)展產(chǎn)生不同作用，并基于腫瘤代謝角度闡述了這一現(xiàn)象背后的機(jī)制。
研究團(tuán)隊首先結(jié)合ROS熒光顯示技術(shù)及細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)檢測技術(shù)分析了UM細(xì)胞在接受碳點(diǎn)（C-dots）短期刺激后胞內(nèi)ROS水平、抗氧化能力和細(xì)胞表型變化，結(jié)果表明不同濃度C-dots處理的UM細(xì)胞抗氧化能力皆然不同，低劑量（25-100 μg/mL）的C-dots可增強(qiáng)UM細(xì)胞內(nèi)ROS水平，同時細(xì)胞抗氧化能力增強(qiáng)，氧化還原水平得到再平衡，UM細(xì)胞增殖、遷移、侵襲、體外成瘤能力增強(qiáng)，在加入抗氧化劑NAC或Toc以消除ROS的影響后，C-dots的促進(jìn)作用消失，而高劑量（200 μg/mL）C-dots產(chǎn)生的ROS由于打破細(xì)胞的氧化還原平衡，過氧化生物大分子，導(dǎo)致UM細(xì)胞凋亡，該結(jié)果在斑馬魚移植瘤模型及眼內(nèi)原位荷瘤小鼠模型都得到相同驗證結(jié)果。為了探索這一現(xiàn)象背后的機(jī)制，研究團(tuán)隊?wèi)?yīng)用非靶向代謝組學(xué)技術(shù)（LC-MS）聯(lián)合谷氨酰胺代謝相關(guān)基因mRNA表達(dá)圖譜發(fā)現(xiàn)C-dots誘導(dǎo)的ROS通過激活A(yù)kt/mTOR通路，促進(jìn)谷氨酰胺代謝，加速谷氨酰胺水解成谷氨酸，為谷胱甘肽的合成提供原料，從而調(diào)控細(xì)胞氧化還原平衡。同時，谷氨酸可進(jìn)一步經(jīng)轉(zhuǎn)氨酶作用生成α-酮戊二酸，進(jìn)入三羧酸循環(huán)生成更多ATP，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長。
第九人民醫(yī)院眼科丁伊博士和俞杰博士為該論文共同第一作者，范先群教授、KamW.Leong教授、阮靜研究員為共同通訊作者。論文獲國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金委、國家留學(xué)基金委、上海市科學(xué)技術(shù)委員會等資助。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202002404
