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【纳米】光催化二氧化碳为一氧化碳用于增敏癌症治疗
出处:X一MOL资讯  录入日期:2018-01-11  点击数:486

      癌症是世界上最严重的公共健康问题之一,化疗、光动力疗法和光热疗法等直接疗法已被广泛用于癌症治疗。然而,这些疗法都面临一个共同问题,那就是对癌细胞杀伤力有限,并且对正常细胞具有毒副作用。这些缺点严重阻碍了这些疗法在癌症治疗中的有效使用。一氧化碳(CO)是一种内源性气体信号分子,可以对细胞内的各种信号通路,尤其是细胞凋亡以及炎症反应相关的过程,进行有效的调控。而之前已有报道证明CO的直接使用能对癌细胞产生细胞促凋亡作用,同时减少化疗药物对正常细胞的毒性。
      最近,武汉大学张先正教授课题组报道了一种能够将内源性二氧化碳(CO2)转化为CO的新型光催化纳米材料,即二氧化碳捕获肽修饰的磷酸银及碳量子点掺杂的氮化碳纳米粒子(HisAgCCN和LysAgCCN)。这两种纳米材料在630 nm的光照下,均可实现CO2到CO的选择性转换。该光催化纳米材料的示意图及其化疗强化过程的机理如下图所示。

 

 


      首先,作者证明了在光照后,这一材料可以在细胞内产生大量的CO。而之前的研究发现,CO主要通过促进线粒体合成和增强活性氧(ROS)的产生来影响细胞行为。为此,作者使用DCFH-DA测定法进行验证,发现两种纳米材料都能使PC-3细胞大量生成ROS。而HisAgCCN在CO的产量以及ROS产生的效率都高于LysAgCCN,这可能是因为相比多聚赖氨酸,多聚组氨酸对CO2具有更好的捕获效果。

 

 


      为了进一步探讨HisAgCCN的抗癌机制,作者利用iTRAQ蛋白质组学研究了HisAgCCN处理前后PC-3细胞的蛋白质组变化。通过HisAgCCN处理产生的CO诱导靶向线粒体蛋白质的上调,与线粒体合成增加的特征相一致。这一结果表明,HisAgCCN产生的CO主要影响线粒体功能。而蛋白质组学与代谢组学研究也发现材料处理后,细胞内的氧化应激水平发生了明显的提升。
      根据上述结果,作者进一步提出了HisAgCCN对癌细胞和正常细胞的影响机制。如下图所示,对于具有强大线粒体功能的正常细胞,HisAgCCN可激活线粒体生物合成,进一步提高其抗凋亡能力。而对于线粒体本身就有严重损伤的肿瘤细胞,增加线粒体的合成导致了更多的ROS的产生,从而促进了肿瘤细胞凋亡的发生。作者还利用蛋白质印迹法和免疫荧光图像研究了该途径中一些重要蛋白质的变化,结果与蛋白质组学检测结果一致。在随后的动物实验中,这样材料也被发现可以显著的增敏化疗药物阿霉素(DOX)对肿瘤的治疗效果。

 

 


      本研究提供了一种在光催化的作用下,将丰富的内源性CO2转化成CO的方法。作者发现HisAgCCN产生的CO可以显著提高肿瘤细胞对抗肿瘤药物(DOX)的敏感性,同时保护正常细胞免受化疗的影响,极大提高化疗的治疗效果。蛋白质组学和代谢组学研究表明,HisAgCCN可以增强线粒体的生物合成,特异性地增强癌细胞的氧化应激反应。动物实验进一步表明HisAgCCN/DOX联合治疗具有协同抑癌作用,可为临床癌症治疗提供新的方向。
      这一成果近期发表在Advanced Materials 上,该研究的第一作者为武汉大学博士研究生郑迪威和李彬。

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