中科院Cell Death Dis：光遺傳學技術破解癌癥增殖機制

日期：2013-11-14 09:11:59

近日，Nature Publishing Group （NPG）下的國際學術期刊 Cell Death & Disease (2012 影響因子6.044；35/184 Cell Biology) 發表了中國科學院深圳先進技術研究院醫工所神經工程研究中心王立平及楊帆、屠潔、潘建青、羅慧莉等研究組成員的最新成果：光感基因調控技術抑制神經膠質瘤的生長增殖。

膠質瘤是中樞神經系統發病率最高的腫瘤，占全身惡性腫瘤發病的2％－3％，其惡性程度及其致死率和致殘率均很高。傳統的放療、化療和生物治療方法等雖可以在一定程度抑制神經膠質瘤生長，但由于這些方法對膠質瘤細胞治療無高度選擇性且副作用大等缺點，因而一種針對膠質瘤細胞高選擇性和靶向性的干預技術不僅是針對膠質瘤這一疾病的基礎研究需要，也是探索未來新的治療手段的需求。

這項研究的立足點在于：膠質瘤細胞細胞膜的極性變化可以影響細胞內的分子信號通路，從而在膠質瘤的存活，生長，轉移中發揮重要作用。如何實現精準地調節膠質瘤細胞的膜狀態，進而靶向性的、單純的調節腫瘤細胞的分子信號傳導通路，進而實現調控腫瘤的增殖和分化是本項研究重點解決的問題。

為實現上述研究目的，楊帆、屠潔等將光感基因調控技術（Optogenetics, 譯為光遺傳技術）運用到腫瘤生物學的研究中。他們首先將光基因(ChETA)轉染到神經膠質瘤細胞系和原代膠質瘤細胞，通過藍光來精細調控膠質瘤細胞膜電生理特性，發現光照射可以選擇性地顯著降低膠質瘤細胞的存活率。進一步分析發現，藍光照射可以干擾膠質瘤的細胞周期分布，抑制細胞周期因子表達和DNA的合成并明顯增加線粒體依賴性的細胞凋亡，表現為膠質瘤細胞線粒體膜電位的降低和細胞色素c的增加。動物在體實驗顯示：藍光照射后可以明顯抑制神經膠質瘤的增長速度；將光基因轉染到顱內原位的神經膠質瘤組織，并采用藍光照射后可以抑制腫瘤的原位生長并顯著提高荷瘤小鼠的存活率。進一步分析發現光照射可以抑制膠質瘤細胞的在體增殖，促進凋亡的神經膠質瘤細胞數量增多。

體外和動物在體的一系列實驗研究表明：通過光感基因調控技術，可以調節神經膠質瘤細胞的膜電生理特性，從而進一步抑制膠質瘤細胞的生長增殖和促進腫瘤細胞凋亡。在此項目中，通過與北京天壇醫院江濤課題組合作，在國際上首次實現了光敏感基因在人體來源的膠質瘤細胞中的功能性表達和光調控下電活動的記錄。

這項研究解析了光感基因調控對神經膠質瘤增殖的影響效果及其分子機制，以及光感基因調控對皮下和原位顱腔神經膠質瘤生長的作用效果及其可能機制；探索了一條應用光感基因神經調控技術在腫瘤發生、調控和干預機制研究中應用的新思路；還建立并完善了一套較為完整的可應用于動物體內、體外光刺激的技術平臺和科研裝置研發平臺。此項研究不僅對神經膠質瘤細胞生物學研究提供了新的研究途徑，還將為研究腫瘤細胞的細胞膜特征以及細胞內離子變化對腫瘤增殖、凋亡的作用機制研究開辟了一個新的窗口。

該研究獲得中國科學院、國家自然科學基金委員會、科技部和深圳市等項目資助。