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肿瘤在不同氧气量的代谢相互作用（二）

2020.6.22

氧气浓度及糖酵解流量 –细胞单层

Fig 5.

Fig 5. HepG2细胞经抗霉素A (Antimycin A) 和草氨酸 (Oxamate) 处理后之pH-XTRA动力学荧光信号(A) 和氢离子浓度(B)。Fig5C列出经处理及没处理之细胞有着明显的酸化率差异。而Fig5D显示低氧气浓度对胞外酸化率的影响。

一）测量糖酵解抑制作用：经草氨酸处理后乳酸脱氢酶 (LDH) 受到抑制，减少酸化。抗霉素处理后细胞增加糖酵解流量以维持ATP量，所以增加酸化率。
二）低氧增加Warburg 反应：氧浓度从21％降低至6％，导致酸化率增加。

氧浓度与3维培养

Fig 6.

Fig 6. 测量HepG2 3D RAFT (TAP Biosystems)细胞结构之胞内氧气量：通过BMG Labtech Omega/ACU 细胞专用读板机调节周边氧气量在21 ％和1％之间 (A)，及跨越各种氧浓度下线粒体经调节剂处理之反应(B)。
（1）细胞供氧低于溶液中的氧：使用MitoXpress® Intra 测量细胞的氧含量，发现胞内氧气水平跟周边水平（ACU水平）有着显著分别（A）。
（2）缺氧环境：溶液中的氧气仍是约 3 ％，但细胞已出现缺氧呼吸（A）。
（3）测定线粒体毒性：抗霉素，鱼藤酮 (Rontenone) 和FCCP处理后改变细胞的氧浓度，反映线粒体毒性。
注： MitoXpress®Intra 探针是在不同处理剂添加前16小时前添加的。该探针非常稳定并可逆，可以在特定氧气条件下进行实时监控（多个）药物对细胞的影响。

在特定控制氧气量时加药

Fig 7.

Fig 7. 在周边氧浓度为21％下使用MitoXpress®- Intra测量经药物处理后之HepG2 3D RAFT细胞团氧含量之改变。
（1）药品添加：加入线粒体解偶联剂FCCP，引起3D RAFT细胞团出现短暂但显著的深化缺氧。

注： MitoXpress®Intra 探针非常稳定并可逆，可以在特定氧气控制条件下进行实时监控（多个）药物对细胞的影响。不需要额外的化学程序。

通过使用胞内氧（MitoXpress-Intra）和糖酵解通量（pH Xtra）试剂盒及BMG Omega/ACU 细胞专用读板机（在平行井或同一井）允许方便地测量细胞能量潜力 (Energy Budget)，从而可对细胞系进行代谢图谱探究。

虽然测量2D细胞单层培养也能得到非常多资料，但通过胞内氧（MitoXpress-Intra）和糖酵解通量（pH Xtra）试剂盒及BMG Omega/ACU 细胞专用读板机可以方便地测量3D 细胞团的能量潜力，并提供了更多的更接近生理状态下的细胞相关数据。例如利用球细胞团（Spheroid）研究肿瘤生物学。Fig8显示出从三个细胞系产生的球细胞团的氧浓度。球细胞团内的缺氧深度可能相当大，缺氧程度跟细胞团大小和代谢状态相关。MitoXpress®Intra细胞穿透性染料允许测量整个球细胞团的氧浓度*。

Fig 8.

Fig 8. 氧化细胞系产生的球细胞团的胞内氧气量

代谢图谱： 3个细胞系有着不同的胞内氧气量/呼吸需要。 RD 及New U87MG 均比环境氧气量低。

结论

MitoXpress® - Intra和pH- Xtra为测量细胞单层的氧气量及细胞能量潜力提供了一个易于使用的解决方案。
两个探针都是稳定并可逆的，不需要额外的化学程序（不需矿物油层覆盖细胞）。
MitoXpress® - Intra和pH- Xtra可以在平行井或同一井内进行使用，使用高端分辨荧光读板机（BMG LABTECH FLUOstar Omega/ ACU）可进行准确测量。
这研究显示在环境，培养液，及细胞层的氧气量有着显注的差异，- 所以显出了测量细胞层内氧气浓度的重要性。其效果在3D RAFT 细胞团及球细胞团中更显著。
改变 “可用氧气量” 可以显著引起细胞代谢变化，其中包括糖酵解流量显着增加。
MitoXpress® - Intra和pH- Xtra可提供高通量解决方案去衡量药物在已知及控制的氧气水平下对细胞代谢的影响。

肿瘤氧气量

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周锦帆