氧化应激诱导的紫杉醇衍生碳点：攻克胶质母细胞瘤的新希望

胶质母细胞瘤（Glioblastoma）是最常见且致命的脑瘤，血脑屏障（BBB）阻碍药物渗透。研究人员合成紫杉醇衍生碳点（PTX-CDs），发现其能穿透 BBB，抑制肿瘤细胞增殖和上皮 - 间质转化（EMT），显著抑制颅内肿瘤生长，为治疗带来新策略。

　　在医学领域，脑部肿瘤一直是难以攻克的顽疾，尤其是胶质母细胞瘤，它如同隐藏在大脑深处的 “恶魔”，严重威胁着人类的健康。胶质母细胞瘤发病率约为十万分之六点四，占所有恶性脑肿瘤的 57.3%。即便采用手术切除、放疗和化疗等综合治疗手段，患者的预后依然很差，中位生存期仅 14 个月，即便使用肿瘤电场治疗，生存期也只延长 6 个月。而且，由于其高侵袭性，手术很难完全切除肿瘤，再加上肿瘤的高度异质性和复杂的微环境，进一步阻碍了放疗和肿瘤电场治疗的效果。更棘手的是，血脑屏障（BBB）的存在，使得药物难以从血液循环系统进入中枢神经系统发挥作用，目前临床治疗胶质母细胞瘤的药物非常有限，长期使用现有化疗药物还会导致患者产生耐药性，90% 的患者在现有治疗后会复发。因此，开发能有效绕过血脑屏障的新药迫在眉睫。

为了解决这一难题，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所和中国科学技术大学生命科学与医学部的研究人员开展了一项关于新型碳点用于胶质母细胞瘤治疗的研究。他们成功合成了一种以紫杉醇（PTX）为前体的新型碳点（PTX-CDs），并发现 PTX-CDs 在治疗胶质母细胞瘤方面展现出巨大潜力，该研究成果发表在《Journal of Nanobiotechnology》上。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是通过一步水热法合成 PTX-CDs；二是利用多种表征技术，如透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等对 PTX-CDs 的材料特性进行分析；三是借助细胞实验和动物实验，包括细胞毒性评估、体外血脑屏障模型实验、体内抗肿瘤实验等，探究 PTX-CDs 的生物学特性和治疗效果；四是采用 RNA 测序（RNA-seq）技术分析 PTX-CDs 对细胞周期的影响机制。

在研究结果方面：

• PTX-CDs 的开发与表征：通过水热法成功合成 PTX-CDs，其粒径均匀，平均粒径为 20.09nm 。PTX-CDs 的紫外 - 可见吸收光谱、荧光光谱、FTIR 光谱和 X 射线光电子能谱（XPS）等表征结果显示，它部分保留了 PTX 的结构，但也有一些结构变化。而且，PTX-CDs 的水溶性比 PTX 提高了 1000 多倍。
• PTX-CDs 在胶质母细胞瘤细胞中的摄取和治疗效果：共聚焦显微镜和流式细胞术检测表明，PTX-CDs 能被胶质母细胞瘤细胞有效摄取。WST-1 实验和 Annexin V/PI 染色分析显示，PTX-CDs 对胶质母细胞瘤细胞具有明显的细胞毒性，且呈剂量依赖性，其抑制能力比标准一线化疗药物替莫唑胺（TMZ）更强。体外血脑屏障模型实验表明，PTX-CDs 的渗透率约为 19.8%，主要通过巨胞饮作用穿透血脑屏障。
• PTX-CDs 作用于线粒体并诱导氧化应激导致细胞死亡：共聚焦显微镜观察发现 PTX-CDs 主要分布在细胞质中，且在线粒体和溶酶体中有明显积累。PTX-CDs 会破坏线粒体膜电位，导致线粒体形态改变，使细胞内活性氧（ROS）水平升高。使用抗氧化剂处理后，细胞死亡得到缓解，证明 PTX-CDs 诱导的氧化应激是细胞死亡的主要原因。
• RNA-seq 分析揭示 PTX-CDs 诱导细胞周期紊乱：RNA-seq 分析显示，PTX-CDs 处理后，胶质母细胞瘤细胞中 828 个基因上调，414 个基因下调。基因本体（GO）注释和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路分析表明，PTX-CDs 显著影响细胞周期和 DNA 复制相关的基因和通路。
• PTX-CDs 通过诱导 G₂/M 期细胞周期阻滞抑制细胞增殖：WST-1 实验和集落形成实验表明，PTX-CDs 能显著抑制胶质母细胞瘤细胞的增殖。PI 染色和流式细胞术分析显示，PTX-CDs 处理后，G₁期细胞数量减少，G₂/M 期细胞数量增加。蛋白质免疫印迹（Western blot）分析表明，PTX-CDs 处理后，与 G₂/M 期细胞周期调控相关的蛋白质 CDC25C、Cyclin B1 和 CDK1 的表达水平显著降低。
• PTX-CDs 抑制胶质母细胞瘤细胞的 EMT 过程：PTX-CDs 处理后，胶质母细胞瘤细胞的形态发生改变，从纺锤形变为鹅卵石形，迁移和侵袭能力显著降低。Western blot、免疫荧光染色和定量实时聚合酶链反应（qPCR）分析表明，PTX-CDs 能抑制 EMT 相关标记物 N-cadherin 和 Vimentin 的表达，增加 E-cadherin 的表达，同时抑制转化生长因子 -β（TGF-β）的表达。
• PTX-CDs 的生物安全性评价：以小鼠成纤维细胞 L929 为模型评估 PTX-CDs 对正常细胞的毒性，结果显示在一定浓度范围内 PTX-CDs 对正常细胞毒性较低。溶血实验表明 PTX-CDs 具有良好的血液相容性。体内实验显示，PTX-CDs 主要在肝脏和肾脏富集，并能通过肝肾功能排出体外，对主要器官无明显损伤。
• PTX-CDs 在体内对胶质母细胞瘤的治疗效果：在原位胶质母细胞瘤小鼠模型中，PTX-CDs 治疗组的肿瘤生长明显受到抑制，生物发光信号显著降低，小鼠生存期延长，且体重保持稳定。肿瘤组织的苏木精 - 伊红（H&E）染色和 Ki67 免疫组织化学染色显示，PTX-CDs 治疗组的肿瘤组织缩小，Ki67 表达降低。

研究结论和讨论部分指出，该研究成功合成了新型碳点 PTX-CDs，其水溶性显著提高，能有效穿透血脑屏障，在肿瘤细胞线粒体中积累，通过诱导氧化应激、细胞周期阻滞和抑制 EMT 过程，发挥显著的抗肿瘤作用，且体内生物毒性低。这为胶质母细胞瘤的治疗提供了一种潜在的新型治疗剂，同时也为开发基于碳点的治疗策略提供了新方向。后续研究可进一步探究 PTX-CDs 穿透血脑屏障的具体机制，以便对其进行更有效的修饰，还可以尝试将更多化疗药物合成碳点用于胶质母细胞瘤治疗，有望缩短新药研发周期，为胶质母细胞瘤患者带来新的希望。