肿瘤在不同氧气量的代谢相互作用（一）
肿瘤在不同氧气量的代谢相互作用 |
Monitoring the interplay between oxygen availability and metabolism in tumour biology |
Conn Carey1 , Michelle Potter2 , Luned Badder2, Karl Morten2,, James Hynes1 |
要详细了解肿瘤生物学, 关键是知道氧气量和代谢之间的相互作用关系。 尽管有充足可用的氧，肿瘤偏向缺氧代谢会导致糖酵解增加，也会引起转录反应改变和遗传不稳定性，这种现象被称为Warburg效应。但是，由于缺乏有效的体外工具能够测量这些参数，科研人员对氧气量和关键的代谢指标改变所知非常有限。 |
越来越多科研人员发现现有的细胞培养条件是在高氧状态 （hyperoxic state）下进行的。现在更多科学家希望采用跟生理状态更接近的氧浓度进行培养。 然而，控制环境氧浓度相对容易，但关键信息是细胞/组织的临界氧浓度 (tissue oxygenation) 。在这里，我们向您推荐一种新型的荧光板阅读器 (BMG Labtech Omega /ACU细胞专用读板机) 配合Luxcel 公司新开发的试剂盒，可以并行监测细胞内的氧气浓度（MitoXpress-Intra）和糖酵酵解通量glycolytic Flux（pH-Xtra™）。 |
这种测量可以详细了解细胞真实的含氧量及其所带来的糖酵解活动水平。 实验使用BMG Labtech Omega /ACU细胞专用读板机配备大气控制单元（ACU）进行模拟肿瘤脱氧环境，数据揭示细胞单层和所在的环境氧气浓度有着显著差异，该差异在一般体外分析中是不太会注意到的。 |
Fig 1 |
测量原理是基于细胞内吞MitoXpress Intra®氧气探针，胞内氧气能淬灭探针所发出的荧光信号。随着细胞的呼吸作用，细胞内的氧浓度降低甚至耗尽， MitroXpress Intra®探针所发出的荧光信号，被淬灭的越来越少，荧光信号则相对越来越强。 通过比例测量时间分辨荧光强度（Fig 1）。实现实时测量细胞内的分子氧瞬时变化，该系统也能对多个样品的代谢活性瞬态变化进行快捷的分析，跟传统细胞外检测方法比较，能提供更全面的缺氧研究参数。 |
此外，通过Luxcel pH-Xtra 探针测量（在平行井，或同一井）胞外酸化率 (ECA) ,可同时监控细胞糖酵解通量 （glycolytic flux），评估细胞的能量潜力（Energy Budget）。数据显示代谢中的细胞单层（或3维细胞团）的氧浓度跟实验施加的氧气浓度，有着显著差别；特别是在生理相关的氧浓度，其影响更大，从而影响细胞的氧化磷酸化和糖酵解ATP通路平衡。 |
测量胞内氧气 |
通过测量细胞单层内的氧化率，可以评估一些细微短暂的代谢活动变化，这是一般标准的胞外氧耗率测量做不到的。胞内氧化率也允许评估特定激动剂对代谢的详细影响。样本数据列于Fig2。 |
Fig 2. |
Fig 2. 抗霉素 (Antimycin) 及FCCP对HEK293T细胞单层的氧化水平的影响。抗霉素是一个ETC抑制剂，而FCCP则是ATP合成抑制剂。探针信号开始时反映了稳定态的氧水平，由于细胞消耗氧，所以这水平较环境氧水平低。抗霉素抑制氧气消耗，导致氧弥散到单层并把浓度升回到周边空气中的含量。 FCCP导致增加氧气消耗，所以细胞单层中的氧浓度迅速下降直到新的稳定状态。 |
Fig 3. |
Fig 3.降低未经处理（呼吸）和抗霉素处理（非呼吸）细胞周边氧浓度并监测单层氧的变化。通过Fig3 BMG Labtech Omega/ACU读板机把氧浓度步退到21％至5％之间。MitoXpress® Intra 信号反映了细胞层实际的氧浓度。注：细胞呼吸驱使细胞单层的氧浓度比ACU设计的浓度更低，在低氧环境下其影响为更明显。 |
测量糖酵解（ECA） |
Fig4. |
Fig4. pH-XTRA：pH反应(A)，原始数据输出(B)，测量糖酵解抑制(C) |
