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)現鐵死亡****物的個(gè)體化高效治療

帶著(zhù)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(wú)疑是對這位青年導師的最好嘉獎。

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，鄒貽龍團隊的最新論文以《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)現鐵死亡****物的個(gè)體化高效治療。

鐵死亡（Ferroptosis）是“一種鐵依賴(lài)性的，區別于細胞凋亡、細胞壞死、細胞自噬的新型的細胞程序性死亡方式”，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(lèi)疾病的進(jìn)程，二是尋找鐵死亡誘導劑誘導腫瘤細胞死亡，抑制腫瘤生長(cháng)。
其中要預測一個(gè)細胞對誘導劑的敏感性，最直接方法是把細胞或組織分離出來(lái)、并加上誘導劑，然后觀(guān)察細胞是否會(huì )響應。但該方法的實(shí)際可操作性較差，由于從病人身上取的細胞或組織通常會(huì )很快失去活性，沒(méi)有辦法再用誘導劑誘導組織死亡。
所以需要有更好的方法，對冷凍切片、或類(lèi)似樣本進(jìn)行鐵死亡敏感性的預測性分析。研究中，鄒貽龍圍繞該問(wèn)題進(jìn)行嘗試，并從文獻中獲悉激光具備誘導脂質(zhì)過(guò)氧化的潛在可能性。
他表示，脂質(zhì)過(guò)氧化是細胞發(fā)生鐵死亡的主要驅動(dòng)力，因此使用脂質(zhì)過(guò)氧化反應強度預測細胞的鐵死亡敏感性是有理論基礎的。
這里的最大特征是，光化學(xué)依賴(lài)的脂質(zhì)過(guò)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(lèi)反應，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。
據悉，該研究使用 BODIPY-C11 作為 PALP 信號的分子指示劑。鄒貽龍坦言，對于脂質(zhì)過(guò)氧化指示劑其實(shí)沒(méi)有太多選擇余地。目前，可指示脂質(zhì)過(guò)氧化的指示劑只有兩種，BODIPY-C11 是其中一個(gè)，且已實(shí)現商業(yè)化，其穩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系統 PALPv1 和 PALPv2，談及兩種系統的區別，他表示這里涉及的技術(shù)問(wèn)題是：把細胞放在一個(gè)載玻片上，通過(guò)激光施加后的光化學(xué)反應，去誘導細胞內膜脂質(zhì)的過(guò)氧化。
在穿透細胞的過(guò)程中，激光會(huì )通過(guò)好幾層不同的膜系統，包括細胞頂部的細胞膜、底部的細胞膜以及中間內質(zhì)網(wǎng)等等。所以在測量時(shí)，第一代系統 PALPv1 無(wú)法區分信號到底來(lái)自于哪層膜系統。
在特定情況下，如果非要對脂質(zhì)過(guò)氧化的動(dòng)態(tài)過(guò)程，進(jìn)行深入研究，那么信號來(lái)源是必須關(guān)注的問(wèn)題。
為解決這一問(wèn)題，他和團隊開(kāi)發(fā)出第二代系統 PALPv2，期間利用一種雙光子顯微鏡技術(shù)，該技術(shù)和常規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(guò)氧化反應，而不會(huì )在焦平面以外引起脂質(zhì)過(guò)氧化，從而可實(shí)現靶向特定膜層的分析方法。

由于 PALP 技術(shù)使用高功率激光，因此要讓激光的強度既可以誘導不飽和脂肪酸氧化，同時(shí)防止過(guò)度激活導致細胞死亡。
鄒貽龍說(shuō)，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)細胞，隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng)，它存在引起細胞死亡的風(fēng)險。
但在該研究里，他并不希望直接誘導細胞死亡，所以把激光高度聚焦在細胞中極小的范圍內，大約只有細胞面積的 1% 或更小區域。這樣一來(lái)，激光在小范圍內引起的脂質(zhì)過(guò)氧化損傷，可以被細胞快速修復，從而避免引起細胞死亡。
期間，他也嘗試尋找過(guò)最短處理時(shí)間，在實(shí)驗中細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生物膜上局部脂肪過(guò)氧化？
鄒貽龍說(shuō)：“這涉及到一些光化學(xué)反應，機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(xiàn)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，該基團可攻擊細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，這種易被氧化的現象也是人體內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>

從前期研究數據來(lái)看，假如有比較高效的鐵死亡誘導劑，那么當獲得惡性腫瘤病人的穿刺樣本時(shí)，結合該方法即可預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(lái)可能在臨床上遇到的問(wèn)題，還需做進(jìn)一步擴大樣本量的研究?？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，和基礎研究有關(guān)，一直以來(lái)該領(lǐng)域都很關(guān)心破壞后的細胞內膜系統的修復過(guò)程，而該技術(shù)能以快速激光誘導去破壞細胞的膜并實(shí)現可視化，借此可觀(guān)測到底是哪些化合物、或哪些細胞內的生物分子可能參與了細胞膜修復過(guò)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(guò)氧化調控機制的研究。
其二，鄒貽龍發(fā)現使用該技術(shù)時(shí)，對于鐵死亡的敏感性，激光強度和細胞呈現正相關(guān)性。由于激光誘導的脂質(zhì)過(guò)氧化，主要發(fā)生在多不飽和脂肪酸上，因此細胞區域的多不飽和脂肪酸水平越高，看到的信號強度就越強。
基于該原理，他預測此技術(shù)還可作為快速分析手段，去分析人體或疾病組織當中多不飽和脂肪酸的水平。
這類(lèi)應用的實(shí)際意義在于，在組織和器官衰老過(guò)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(zhù)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(lèi)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(shuō)鄒貽龍老師在研究過(guò)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(méi)有成功，因為切片放在空氣里風(fēng)干了，后來(lái)和鄒老師交流后，她才知道染料要滲透到細胞膜的脂質(zhì)上。如果組織過(guò)于干燥，燃料的滲透率會(huì )快速下降。通過(guò)和導師的不斷溝通，她和團隊終于實(shí)現了相關(guān)技術(shù)難點(diǎn)突破。
論文作者中也有幾位國外專(zhuān)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)驗室博士后黃雨薇博士，在討論課題的過(guò)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)驗探索。不久后，我回到博德研究所研發(fā)出初步成果?！?/span>
不過(guò)那時(shí)，他在美國的博后學(xué)習還沒(méi)有結束，借此機會(huì )進(jìn)行了進(jìn)一步研究，不過(guò)他在博德研究所的研究，僅限于在活細胞水平進(jìn)行分析。后來(lái)他回國并加入西湖大學(xué)，經(jīng)過(guò)反復摸索，終于將技術(shù)的應用范圍提升到冷凍組織切片層面，借此產(chǎn)生了重要應用意義。
他還表示，后續希望能有更多學(xué)界和業(yè)界的研究人員來(lái)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(wèn)題，以便在臨床上一步步實(shí)現預期效果。

鄒貽龍生于 1987 年，來(lái)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），后續該研究成為對已深度轉移的癌細胞基因表達譜進(jìn)行在體分析的先例。
博后期間，他曾闡釋透明細胞癌中的脂代謝異常、以及它對于鐵死亡的獨特敏感性，發(fā)現了細胞鐵死亡執行中的關(guān)鍵蛋白，并揭示了決定細胞鐵死亡敏感性的重要分子機制。
說(shuō)到回國他表示：“一方面離家人更近，方便團聚；另外國內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