西湖大學(xué)海歸學(xué)者研發(fā)鐵死亡新技術(shù)，有望對癌癥患者進(jìn)行敏感性快速分級，實(shí)現(xiàn)鐵死亡****物的個(gè)體化高效治療

帶著未完成的研究入職西湖大學(xué)，并在該校完成關(guān)鍵性突破，無疑是對這位青年導(dǎo)師的最好嘉獎(jiǎng)。

鄒貽龍今年 34 歲，籍貫湖北荊州，本科畢業(yè)于清華，從紐約紀(jì)念斯隆凱特琳癌癥中心博士畢業(yè)后，又同時(shí)在美國博德研究所（Broad Institute）和哈佛大學(xué)化學(xué)生物學(xué)系完成博士后，2020 年底正式回國。
2021 年 11 月 22 日，鄒貽龍團(tuán)隊(duì)的最新論文以《PALP：一種對正常和腫瘤原位組織的鐵死亡敏感性進(jìn)行分級的快速成像技術(shù)》（PALP: a rapid imaging technique for stratifying ferroptosis sensitivity in normal and tumor tissues in situ）為題發(fā)表。
研究中，他們研發(fā)的成像技術(shù)，有望對癌癥患者的腫瘤樣品進(jìn)行鐵死亡敏感性快速分級，并有助于實(shí)現(xiàn)鐵死亡****物的個(gè)體化高效治療。

鐵死亡（Ferroptosis）是“一種鐵依賴性的，區(qū)別于細(xì)胞凋亡、細(xì)胞壞死、細(xì)胞自噬的新型的細(xì)胞程序性死亡方式”，亦是近年研究熱點(diǎn)之一。
以 2019 年為例，當(dāng)年有一百多篇鐵死亡論文發(fā)表。大家對它的研究主要集中在分子機(jī)制和對疾病發(fā)生的影響。
在對疾病的影響上，大家一般從兩個(gè)角度考慮：一是尋找鐵死亡抑制劑阻斷部分器官衰竭類疾病的進(jìn)程，二是尋找鐵死亡誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡，抑制腫瘤生長。
其中要預(yù)測一個(gè)細(xì)胞對誘導(dǎo)劑的敏感性，最直接方法是把細(xì)胞或組織分離出來、并加上誘導(dǎo)劑，然后觀察細(xì)胞是否會(huì)響應(yīng)。但該方法的實(shí)際可操作性較差，由于從病人身上取的細(xì)胞或組織通常會(huì)很快失去活性，沒有辦法再用誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)組織死亡。
所以需要有更好的方法，對冷凍切片、或類似樣本進(jìn)行鐵死亡敏感性的預(yù)測性分析。研究中，鄒貽龍圍繞該問題進(jìn)行嘗試，并從文獻(xiàn)中獲悉激光具備誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化的潛在可能性。
他表示，脂質(zhì)過氧化是細(xì)胞發(fā)生鐵死亡的主要驅(qū)動(dòng)力，因此使用脂質(zhì)過氧化反應(yīng)強(qiáng)度預(yù)測細(xì)胞的鐵死亡敏感性是有理論基礎(chǔ)的。
這里的最大特征是，光化學(xué)依賴的脂質(zhì)過氧化不一定需要組織必須是活的，切片或冷凍的組織就可以發(fā)生這類反應(yīng)，這也進(jìn)一步為他們提供了在組織中進(jìn)行檢測的操作依據(jù)。
據(jù)悉，該研究使用 BODIPY-C11 作為 PALP 信號的分子指示劑。鄒貽龍?zhí)寡?，對于脂質(zhì)過氧化指示劑其實(shí)沒有太多選擇余地。目前，可指示脂質(zhì)過氧化的指示劑只有兩種，BODIPY-C11 是其中一個(gè)，且已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，其穩(wěn)定性和敏感性都比較高，價(jià)格也比較便宜。
論文中提到兩種誘導(dǎo)系統(tǒng) PALPv1 和 PALPv2，談及兩種系統(tǒng)的區(qū)別，他表示這里涉及的技術(shù)問題是：把細(xì)胞放在一個(gè)載玻片上，通過激光施加后的光化學(xué)反應(yīng)，去誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)膜脂質(zhì)的過氧化。
在穿透細(xì)胞的過程中，激光會(huì)通過好幾層不同的膜系統(tǒng)，包括細(xì)胞頂部的細(xì)胞膜、底部的細(xì)胞膜以及中間內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等等。所以在測量時(shí)，第一代系統(tǒng) PALPv1 無法區(qū)分信號到底來自于哪層膜系統(tǒng)。
在特定情況下，如果非要對脂質(zhì)過氧化的動(dòng)態(tài)過程，進(jìn)行深入研究，那么信號來源是必須關(guān)注的問題。
為解決這一問題，他和團(tuán)隊(duì)開發(fā)出第二代系統(tǒng) PALPv2，期間利用一種雙光子顯微鏡技術(shù)，該技術(shù)和常規(guī)共聚焦顯微鏡之間的差別在于：雙光子技術(shù)采取光源特殊的聚焦方式，因此只會(huì)在某一特定的焦平面去激活脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，而不會(huì)在焦平面以外引起脂質(zhì)過氧化，從而可實(shí)現(xiàn)靶向特定膜層的分析方法。

由于 PALP 技術(shù)使用高功率激光，因此要讓激光的強(qiáng)度既可以誘導(dǎo)不飽和脂肪酸氧化，同時(shí)防止過度激活導(dǎo)致細(xì)胞死亡。
鄒貽龍說，其中涉及到兩個(gè)因素：一是激光刺激時(shí)間，二是激光所照射的面積。如果把激光單純用于照射整個(gè)細(xì)胞，隨著時(shí)間的延長，它存在引起細(xì)胞死亡的風(fēng)險(xiǎn)。
但在該研究里，他并不希望直接誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，所以把激光高度聚焦在細(xì)胞中極小的范圍內(nèi)，大約只有細(xì)胞面積的 1% 或更小區(qū)域。這樣一來，激光在小范圍內(nèi)引起的脂質(zhì)過氧化損傷，可以被細(xì)胞快速修復(fù)，從而避免引起細(xì)胞死亡。
期間，他也嘗試尋找過最短處理時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)中細(xì)胞直接暴露在激光下的時(shí)間大約是 1 秒左右即 5 個(gè) 200 毫秒，時(shí)間非常短，不足以對細(xì)胞造成非特異性的激光損害和死亡。
那么，為何 PALP 技術(shù)使用的高功率激光可以誘導(dǎo)生物膜上局部脂肪過氧化？
鄒貽龍說：“這涉及到一些光化學(xué)反應(yīng)，機(jī)理上還不是特別清楚。但已經(jīng)有一些推測：激光可像紫外線一樣，讓空氣中的氧分子變成一種名為單氧分子的活躍基團(tuán)，該基團(tuán)可攻擊細(xì)胞膜上的不飽和脂肪酸，由于這種不飽和脂肪酸具備較多不飽和化學(xué)鍵，因此非常容易被氧化，這種易被氧化的現(xiàn)象也是人體內(nèi)非常典型的一種破壞方式，而該技術(shù)正是利用這一化學(xué)原理?！?/span>

從前期研究數(shù)據(jù)來看，假如有比較高效的鐵死亡誘導(dǎo)劑，那么當(dāng)獲得惡性腫瘤病人的穿刺樣本時(shí)，結(jié)合該方法即可預(yù)判患者腫瘤的鐵死亡敏感性。
研究中，鄒貽龍做了一些小量樣本分析，對于未來可能在臨床上遇到的問題，還需做進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量的研究?？傮w上，他持有積極態(tài)度。

除了可用于癌癥患者鐵死亡敏感性的快速分級外，該技術(shù)還有兩大潛在技術(shù)前景：
其一，和基礎(chǔ)研究有關(guān)，一直以來該領(lǐng)域都很關(guān)心破壞后的細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)的修復(fù)過程，而該技術(shù)能以快速激光誘導(dǎo)去破壞細(xì)胞的膜并實(shí)現(xiàn)可視化，借此可觀測到底是哪些化合物、或哪些細(xì)胞內(nèi)的生物分子可能參與了細(xì)胞膜修復(fù)過程，事實(shí)上這一研究理念也同樣適用于鐵死亡、以及脂質(zhì)過氧化調(diào)控機(jī)制的研究。
其二，鄒貽龍發(fā)現(xiàn)使用該技術(shù)時(shí)，對于鐵死亡的敏感性，激光強(qiáng)度和細(xì)胞呈現(xiàn)正相關(guān)性。由于激光誘導(dǎo)的脂質(zhì)過氧化，主要發(fā)生在多不飽和脂肪酸上，因此細(xì)胞區(qū)域的多不飽和脂肪酸水平越高，看到的信號強(qiáng)度就越強(qiáng)。
基于該原理，他預(yù)測此技術(shù)還可作為快速分析手段，去分析人體或疾病組織當(dāng)中多不飽和脂肪酸的水平。
這類應(yīng)用的實(shí)際意義在于，在組織和器官衰老過程中比如神經(jīng)退行性疾病、老年癡呆癥、以及肌肉組織衰老中，始終伴隨著多不飽和脂肪酸水平的下降。而該技術(shù)有望助力檢測這類下降、以及下降對疾病的影響。
論文第一作者王鳳翔同學(xué)，是西湖大學(xué) 2020 級博士研究生，她說鄒貽龍老師在研究過程中給予的幫助和支持，令人十分難忘。
最初她做組織切片時(shí)，第一次嘗試時(shí)并沒有成功，因?yàn)榍衅旁诳諝饫镲L(fēng)干了，后來和鄒老師交流后，她才知道染料要滲透到細(xì)胞膜的脂質(zhì)上。如果組織過于干燥，燃料的滲透率會(huì)快速下降。通過和導(dǎo)師的不斷溝通，她和團(tuán)隊(duì)終于實(shí)現(xiàn)了相關(guān)技術(shù)難點(diǎn)突破。
論文作者中也有幾位國外專家，對此鄒貽龍表示：“最早在 2019 年暑假，我和清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院俞立老師實(shí)驗(yàn)室博士后黃雨薇博士，在討論課題的過程中產(chǎn)生了初步想法，并在黃博士的幫助下做了初步實(shí)驗(yàn)探索。不久后，我回到博德研究所研發(fā)出初步成果?！?/span>
不過那時(shí)，他在美國的博后學(xué)習(xí)還沒有結(jié)束，借此機(jī)會(huì)進(jìn)行了進(jìn)一步研究，不過他在博德研究所的研究，僅限于在活細(xì)胞水平進(jìn)行分析。后來他回國并加入西湖大學(xué)，經(jīng)過反復(fù)摸索，終于將技術(shù)的應(yīng)用范圍提升到冷凍組織切片層面，借此產(chǎn)生了重要應(yīng)用意義。
他還表示，后續(xù)希望能有更多學(xué)界和業(yè)界的研究人員來使用該技術(shù)，借此進(jìn)行快速迭代，也可借此進(jìn)一步獲悉該技術(shù)在實(shí)際使用中可能遇到的問題，以便在臨床上一步步實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果。

鄒貽龍生于 1987 年，來自湖北荊州。博士期間，他率先在癌癥研究中使用翻譯核糖體親和性的純化與測序技術(shù)（TRAP-Seq，Translating Ribosome Affinity Purification and Sequencing），后續(xù)該研究成為對已深度轉(zhuǎn)移的癌細(xì)胞基因表達(dá)譜進(jìn)行在體分析的先例。
博后期間，他曾闡釋透明細(xì)胞癌中的脂代謝異常、以及它對于鐵死亡的獨(dú)特敏感性，發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞鐵死亡執(zhí)行中的關(guān)鍵蛋白，并揭示了決定細(xì)胞鐵死亡敏感性的重要分子機(jī)制。
說到回國他表示：“一方面離家人更近，方便團(tuán)聚；另外國內(nèi)科研氣氛正在逐漸變好，總體投入也在逐年加大，我也一直希望回到祖國貢獻(xiàn)力量?！?/span>
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支持：多比
參考：Wang F*, Graham ET*, Naowarojna N*, Shi Z*, Wang Y, Xie G, Zhou L, Salmon W, Jia J, Wang X, Huang Y, Schreiber SL#, Zou Y#. PALP: A rapid imaging technique for stratifying ferroptosis sensitivity in normal and tumor tissues in situ. Cell Chemical Biology 2021 doi: 10.1016/j.chembiol.2021.11.001