还原性胁迫诱导肿瘤细胞凋亡过程的小分子光学传感研究

For decades, much attention has been focused on oxidative damage to body tissues and organs, and many researches are carried out on tumor apoptosis induced by oxidative stress. However, few people have paid attention to another way of unbalance in body, that is, reductive stress-induced tumor apoptosis. In this study, we will focus tumor apoptosis process induced by selenide and vitamin C, and we will grasp two key aspects to begin our research: first, a different survival environment of tumor cells (hypoxia) and normal cells (normoxia); second, lack of monitoring methods for reductive metabolites of anticancer drugs. Firstly, we will design and synthesize a series of molecule-nano fluorescence probes for reductive metabolites: selenol, hydrogen selenide, 4- hydroxyl-2-oxo- butaldehyde and mercapto propaldehyde, etc. Secondly, we will develop visualized methods to trace the concentration changes of reductive metabolites and apoptosis-related factors, and study the molecular mechanism of tumor apoptosis induced by selenide and vitamin C. These results will reveal the signal path of drug-induced tumor apoptosis under hypoxia and mild acid, and provide a new way to find new anticancer drugs and new methods of tumor therapy.

几十年来，人们一直关注氧化胁迫对人体的损伤，并基于此开展了众多氧化胁迫诱导肿瘤细胞凋亡的研究。然而，另一种失衡方式：还原性胁迫诱导肿瘤细胞凋亡，却很少引起人们的关注。本项目着眼于硒化物、维生素c等抗肿瘤药物诱导肿瘤细胞凋亡过程，抓住肿瘤细胞生存微环境（乏氧）不同于正常细胞（常氧）及药物代谢关键性小分子缺乏检测方法两个关键问题，开展还原性代谢物（硒醇、硒化氢、4-羟基-2-氧代丁醛及巯基丙醛等）分子与纳米探针的设计、合成与细胞荧光成像分析，同时开展药物诱导肿瘤细胞凋亡过程中这些代谢物与细胞凋亡相关因子的动态可视化分析，揭示乏氧、弱酸环境下这一类药物诱导肿瘤细胞凋亡的信号通路，为抗肿瘤新药的发现及肿瘤治疗提供新的途径。

还原性胁迫对人体的损伤一直缺乏人们的关注。本项目以还原性胁迫诱导肿瘤细胞凋亡过程研究为课题切入点，开展了引发胁迫的还原性分子及相关分子高灵敏、高选择性分析方法的构建及还原性分子累积触发细胞凋亡的分子机制研究。1）基于新发现的反应基团及新型Au-Se纳米平台的构建，开发了一系列高灵敏、特异性识别硒醇、硒化氢、NAD(P)H、Caspase家族、MMP家族及同时检测与之相关分子的荧光可视化分析方法，并成功用于特定分子事件过程中相关分子细胞及活体内的实时成像分析。2）利用所构建的方法，研究了还原性胁迫诱导肿瘤细胞凋亡过程中还原性分子累积程度与细胞凋亡、自噬、迁移、浸润过程的相关性。发现乏氧环境下亚硒酸钠诱导肿瘤细胞死亡过程中硒化氢浓度累积导致靶蛋白HMGB1被还原，还原型的HMGB1分泌到细胞外触发肿瘤细胞自噬相关性死亡。3）借助NAD(P)H荧光探针，进一步探究了天然抗氧化剂诱导肝癌细胞产生还原胁迫的作用。小鼠体内实验结果显示，三种天然抗氧化剂（白藜芦醇、姜黄素和雷公藤红素）诱导肝癌细胞产生还原性胁迫的同时可以抑制肝癌肿瘤的生长，其抗肿瘤作用可归功于还原胁迫。进一步借助转录组学发现多个与还原胁迫相关的基因。在不同氧气条件下表达上下调相反的基因可作为还原胁迫研究的靶点。总之，在该基金资助下，发表第一作者及通讯作者SCI 论文22篇，其中20篇发表于Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Sci., Biomaterials 及Anal. Chem. 等一区专业期刊上，且部分探针已产品化。培养硕士生8人博士生1人。参加国内学术会议12人次。圆满完成项目预定研究目标和任务。