Characterization of Chlorogenic Acid as a Two-Photon Fluorogenic Probe that Regulates Glycolysis in Tumor Cells under Hypoxia
這篇論文研究了綠原酸（Chlorogenic Acid）作為一種雙光子熒光探針，在缺氧條件下調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞糖酵解的特性。
研究背景
1、癌癥的標(biāo)志性特征之一是高水平的穩(wěn)態(tài)線粒體活性氧（ROS）和糖酵解。
2、研究腫瘤能量代謝與線粒體ROS調(diào)節(jié)之間的相互作用對于開發(fā)新的抗癌策略非常重要，但傳統(tǒng)的生化方法難以捕捉到癌細(xì)胞代謝激活過程中瞬時的亞細(xì)胞ROS變化。
3、現(xiàn)有的研究主要集中在通過轉(zhuǎn)錄或蛋白質(zhì)表達(dá)水平分析來研究癌細(xì)胞中的能量代謝和ROS穩(wěn)態(tài)，但這些方法無法實(shí)時、直接地觀察活細(xì)胞和體內(nèi)組織中的ROS變化。
研究方法
1、光物理性質(zhì)評估：綠原酸在體外對超氧陰離子（O?•-）表現(xiàn)出熒光開啟響應(yīng)。通過紫外-可見光譜和熒光光譜實(shí)驗(yàn)，研究了綠原酸在不同濃度O?•-下的光物理性質(zhì)。綠原酸在330 nm處有最大吸收峰，加入O?•-后移至410 nm，熒光強(qiáng)度在480 nm處線性增強(qiáng)。
2、細(xì)胞成像實(shí)驗(yàn)：使用A375黑色素瘤細(xì)胞，預(yù)先用2-甲氧基雌二醇（2-ME）處理以誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，綠原酸在活細(xì)胞中特異性地積累在線粒體中，并對O?•-表現(xiàn)出熒光增強(qiáng)響應(yīng)。通過共聚焦顯微鏡觀察，綠原酸的熒光與MitoTracker Green高度共定位，皮爾遜共定位系數(shù)為0.79。
3、細(xì)胞活力和集落形成實(shí)驗(yàn)：在常氧（20% O?）和缺氧（1% O?）條件下，評估不同濃度綠原酸對A375黑色素瘤細(xì)胞活力的影響。綠原酸在缺氧條件下表現(xiàn)出顯著的抗癌活性，而在常氧條件下則無顯著影響。集落形成實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了綠原酸在缺氧條件下的抗癌活性。
4、西方印跡分析：在體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)中，綠原酸處理顯著降低了腫瘤組織中AMPKα的磷酸化水平。
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
1、細(xì)胞實(shí)驗(yàn)：A375黑色素瘤細(xì)胞在不同氧濃度下培養(yǎng)，評估綠原酸對其糖酵解表型的影響。使用MTT法測定細(xì)胞活力，集落形成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證綠原酸的抗癌活性。
2、動物實(shí)驗(yàn)：建立A375黑色素瘤細(xì)胞的異種移植模型，評估綠原酸在體內(nèi)的抗癌效果。小鼠分為對照組和不同劑量的綠原酸處理組，監(jiān)測腫瘤體積和體重變化。
3、生物能量測量：使用Seahorse XF分析儀測定細(xì)胞外酸化率（ECAR）、氧消耗率（OCR）和ATP生成，評估綠原酸對癌細(xì)胞能量代謝的影響。
結(jié)果與分析
1、綠原酸在缺氧條件下顯著抑制了腫瘤細(xì)胞的糖酵解表型，降低了AMPK的激活，使代謝從糖酵解轉(zhuǎn)向氧化磷酸化（OXPHOS），從而抑制了腫瘤細(xì)胞的增殖。
2、在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，綠原酸有效抑制了腫瘤生長，且對體重?zé)o明顯影響。綠原酸處理組的腫瘤組織中AMPKα磷酸化水平顯著降低。
3、生物能量測量結(jié)果顯示，綠原酸處理組在缺氧條件下的ECAR和ATP生成顯著降低，而OCR顯著增加。
總體結(jié)論
1、綠原酸作為一種基于咖啡酸的雙光子熒光探針，可以實(shí)時、靈敏地檢測活細(xì)胞和組織中的線粒體O?•-水平。
2、綠原酸通過降低細(xì)胞內(nèi)ROS水平，調(diào)節(jié)代謝，抑制腫瘤細(xì)胞在缺氧條件下的增殖。
3、這些發(fā)現(xiàn)為癌癥能量代謝中的線粒體O?•-作用提供了新的見解，并有助于開發(fā)新的抗癌策略。
這篇論文展示了綠原酸作為雙光子熒光探針在癌癥研究和治療中的潛力，并為未來的研究提供了方向。