探究光动力治疗下细胞线粒体微环境学术资讯

来源：X一MOL资讯

作为最重要的细胞器之一，线粒体在许多至关重要的生理和病理过程（例如细胞能量供应、细胞增殖和细胞信息传递）中都起着关键作用。因此，线粒体已经成为许多癌症治疗策略的靶标。了解线粒体微环境及其动态改变是认识治疗机制的关键。但目前研究中，对治疗过程中细胞整体环境的研究较多，对线粒体局部环境缺乏原位的分析手段。线粒体微环境，特别是线粒体膜电位（mitochondrial membrane potential, 简称：MMP）和pH值，对细胞行为（如迁移、增殖、分化和凋亡等）的动态调节起到至关重要的作用。MMP通常用作早期细胞凋亡的标志物。线粒体的pH值与细胞的许多功能密切相关，可以作为许多疾病的重要指标之一。这些微环境参数在PDT治疗过程中如何改变？是否存在一定的关联？最近，吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室徐抒平教授团队利用荧光成像技术和表面增强拉曼光谱（SERS）方法探究了光敏剂二氢卟吩e6触发的光动力治疗（PDT）过程中线粒体局部微环境的演变，该研究有助于我们在亚细胞器水平上理解PDT作用机制。

PDT已用于临床癌症治疗，它是由光敏剂在特定波长光照射下引发光化学反应产生活性氧物质（Reactive oxygen species, 简称ROS）杀伤肿瘤的治疗方法。徐抒平教授课题组之前采用SERS技术对PDT治疗后的黑色素瘤细胞核组分（核酸、蛋白质）进行解析（Front. Chem., 2019, 6, 665）；对提取到体外的线粒体在PDT下的动态变化进行比对（Analyst, 2019, 144, 5521–5527）。本研究比较了两种癌细胞（HepG2和MCF-7）和一种正常细胞（LO2）线粒体微环境在PDT下的动态反馈。通过荧光成像呈现了PDT过程中胞内ROS产生及分布，并通过JC-1染料检测了MMP的动态改变，直指线粒体的功能和状态；利用该课题组发展的靶向线粒体的pH响应SERS纳米探针（Nanoscale, 2018, 10, 1622-1630）探究了不同剂量的PDT下线粒体内局域pH。实验结果发现，与MCF-7和HepG2的细胞相比，LO2细胞对ROS的反应更为剧烈。具体为：（1）LO2细胞的MMP在PDT开始时几乎没有受到影响，但是在后期，它远低于癌细胞的MMP。（2）ROS剂量低时，线粒体中的pH值均有降低；随剂量增加，pH有升高趋势。MCF-7和HepG2细胞的线粒体pH值在治疗过程中波动较小，而LO2细胞的波动较大。（3）初步证明LO2细胞比其他两种癌细胞具有更强的自我调节能力，表现为LO2细胞对细胞内/外高pH差值的强耐受性。这项研究为理解基于线粒体靶向的PDT治疗机制提供实验依据，也有助于对线粒体内微环境进行更准确有效的诊断，进而提高癌症的治疗效率。

这一成果近期发表在美国化学会杂志Analytical Chemistry 上，文章的第一作者是吉林大学博士生岳静，通讯作者为徐抒平教授。该工作受国家自然科学基金（21873039, 21573087, 21573092）资助。

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