Biomaterials | 超聲分子成像p32蛋白的細(xì)胞膜易位可預(yù)測腫瘤的惡性進(jìn)展
p32蛋白是一種重要的腫瘤分子標(biāo)志物,其在細(xì)胞膜上的分布水平是腫瘤細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)變的一個(gè)重要特征,隨著腫瘤細(xì)胞惡性程度的增加,p32蛋白在細(xì)胞表面的表達(dá)水平會(huì)逐漸增高,可作為腫瘤惡性進(jìn)展的分子標(biāo)志物。
受這一現(xiàn)象的啟發(fā),中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所嚴(yán)飛研究員團(tuán)隊(duì)推測p32蛋白可能經(jīng)歷了從線粒體到質(zhì)膜的易位,且這種易位對(duì)腫瘤生長、侵襲和轉(zhuǎn)移產(chǎn)生了重要的促進(jìn)作用。相關(guān)成果以“Ultrasound molecular imaging of p32 protein translocation for evaluation of tumor metastasis”為題在線發(fā)表于生物材料領(lǐng)域知名期刊Biomaterials。該工作提供了一種實(shí)現(xiàn)p32蛋白易位的超聲分子成像并以此評(píng)估腫瘤轉(zhuǎn)移的新方法。

文章上線截圖
超聲分子成像在蛋白質(zhì)易位檢測中的應(yīng)用
蛋白質(zhì)易位是所有活細(xì)胞的基本生命過程,一些蛋白質(zhì)需要在不同的細(xì)胞亞區(qū)執(zhí)行其特定的生物學(xué)功能,以幫助細(xì)胞精確響應(yīng)不同的生理,病理或環(huán)境刺激。一旦某些蛋白質(zhì)易位的正常過程被突變或者干擾,將可能導(dǎo)致不良后果的發(fā)生,例如腫瘤。因此,實(shí)現(xiàn)對(duì)蛋白質(zhì)易位的檢測對(duì)于疾病的診斷、分型乃至治療都具有重要意義。
在過去的幾十年中,已經(jīng)開發(fā)出了各種分子檢測策略,包括免疫金標(biāo)記技術(shù),共聚焦顯微成像,免疫組織化學(xué)染色和流式細(xì)胞術(shù)。這些方法具有高靈敏度和特異性,但它們僅適用于體外培養(yǎng)細(xì)胞或離體組織切片樣品。此外,這些方法不能反映體內(nèi)情況下的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)過程.
超聲分子成像是利用靶向造影劑與細(xì)胞表面表達(dá)的分子標(biāo)志物特異性結(jié)合以實(shí)現(xiàn)其超聲成像檢測的新技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)標(biāo)志物的在體實(shí)時(shí)檢測,在腫瘤早期診斷,進(jìn)程及療效評(píng)價(jià)方面具有重大的應(yīng)用前景。然而,傳統(tǒng)的微泡造影劑因其微米級(jí)別的粒徑無法穿過腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞間隙而被局限于血池成像。
最近,一種由嗜鹽古菌合成的氣體囊泡(Gas vesicles, GVs)因其優(yōu)異的超聲對(duì)比成像和腫瘤血管滲出能力為血管外腫瘤細(xì)胞表面標(biāo)志物的分子檢測提供了新的希望。這些生物合成納米氣囊由14個(gè)gvp基因編碼的蛋白質(zhì)殼組成,內(nèi)部包裹空氣,平均粒徑約為200 nm,可以順利穿過血管并接觸腫瘤細(xì)胞,實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤細(xì)胞標(biāo)志物動(dòng)態(tài)水平的超聲分子成像檢測。
p32蛋白易位的超聲分子成像與腫瘤轉(zhuǎn)移評(píng)估
研究團(tuán)隊(duì)首先對(duì)腫瘤p32蛋白的線粒體-質(zhì)膜易位進(jìn)行了鑒定,構(gòu)建了MB49小鼠膀胱癌移植瘤,通過免疫熒光染色和流式細(xì)胞術(shù)等手段對(duì)體外培養(yǎng)的MB49細(xì)胞,移植7天后的小腫瘤組織細(xì)胞和21天后的大腫瘤組織細(xì)胞的p32蛋白在細(xì)胞膜和線粒體上的表達(dá)變化進(jìn)行了鑒定。結(jié)果表明,當(dāng)MB49腫瘤細(xì)胞從體外培養(yǎng)移植到小鼠體內(nèi)7或21天時(shí),可以觀察到p32蛋白的膜表達(dá)水平顯著增加(14.8%, 45.9%, 86.8%)(圖1a,b)。
為了確認(rèn)腫瘤細(xì)胞表面增加的p32是否來自線粒體,研究人員通過免疫熒光染色進(jìn)一步檢測了p32蛋白在這些腫瘤細(xì)胞中的亞細(xì)胞定位。結(jié)果表明,體外培養(yǎng)腫瘤細(xì)胞的p32蛋白主要位于線粒體中,在質(zhì)膜上幾乎檢測不到p32蛋白的免疫熒光信號(hào),而在移植7天小腫瘤和21天大腫瘤的腫瘤細(xì)胞中,p32蛋白定位在細(xì)胞膜上的量逐漸增加(圖1c)。這表明隨著腫瘤的進(jìn)展,p32蛋白經(jīng)歷了從線粒體到細(xì)胞膜的易位,越來越多的p32蛋白易位到了腫瘤細(xì)胞的表面。
為了實(shí)現(xiàn)腫瘤p32易位的超聲分子成像檢測,研究人員利用LyP-1靶向多肽通過化學(xué)偶聯(lián)的方法連接到嗜鹽古菌合成的氣體囊泡表面,制備了靶向p32蛋白的超聲分子影像探針LyP-1-GVs,通過向荷瘤小鼠尾靜脈分別注射LyP-1-GVs和對(duì)照探針Con-GVs,利用臨床超聲成像診斷設(shè)備對(duì)腫瘤部位進(jìn)行超聲造影成像。
研究結(jié)果表明,相比于對(duì)照探針Con-GVs,LyP-1-GVs在移植21天的大腫瘤中的超聲分子影像信號(hào)持續(xù)時(shí)間更長,其時(shí)間-強(qiáng)度曲線的曲線下面積也更高,其信號(hào)與p32蛋白的腫瘤細(xì)胞膜表達(dá)水平具有良好的線性相關(guān)關(guān)系,由此成功實(shí)現(xiàn)了腫瘤細(xì)胞p32蛋白膜易位水平的在體超聲分子成像檢測。此外,研究人員還進(jìn)一步分析了p32蛋白易位與腫瘤轉(zhuǎn)移的關(guān)系,確認(rèn)了其與腫瘤的轉(zhuǎn)移行為有關(guān)。因此,這項(xiàng)工作提供了一種實(shí)現(xiàn)p32蛋白易位的超聲分子成像并以此評(píng)估腫瘤轉(zhuǎn)移的新方法。
圖1. 腫瘤進(jìn)展過程中p32蛋白細(xì)胞膜易位鑒定

圖2. 腫瘤細(xì)胞p32蛋白易位的超聲分子成像
深圳先進(jìn)院合成所嚴(yán)飛研究員為該文章的通訊作者,碩士研究生郝永勝和深圳大學(xué)碩士研究生羅靜娜為該文章的共同第一作者。
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