靶向 GCN5 的双模态探针：精准攻克胶质母细胞瘤的新利器

研究人员针对胶质母细胞瘤（GBM）边界难辨问题，开发靶向 GCN5 的双模态探针，助力精准切除肿瘤。

　　胶质母细胞瘤（Glioblastoma，GBM）是中枢神经系统中最常见的恶性脑肿瘤，如同隐藏在大脑中的 “恶魔”，严重威胁着人类的健康。它的侵袭性极强，像螃蟹一样向周围脑组织扩散，使得手术难以彻底切除肿瘤细胞，患者的五年生存率极低，仅在 10% 以下，中位生存期也只有约 14.6 个月。而且，由于血脑屏障（Blood-Brain Barrier，BBB）的存在，传统的化疗和放疗效果不佳，手术切除成为了一线治疗方案。然而，现有的成像技术，如磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）和荧光成像，在精准确定 GBM 边界方面存在很大挑战，这导致手术中常常难以区分肿瘤组织和正常脑组织，术后肿瘤复发率高。因此，开发一种能够精准区分 GBM 和正常脑组织边界的非侵入性成像技术迫在眉睫。

为了解决这一难题，上海交通大学医学院附属第九人民医院等机构的研究人员开展了深入研究。他们发现，一般控制非阻遏蛋白 5（General Control Non-Repressed Protein 5，GCN5）在 GBM 病变中表达，且其表达水平与 GBM 分级显著相关，而在正常脑组织中不表达。基于此，研究人员开发了一种粒径为 20nm 的双模态探针 ICG-Gd-Den@DC-G16-11，该研究成果发表在《Nature Communications》上。这一探针有望成为精准切除 GBM 的有力工具，为 GBM 患者带来新的希望。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过分析来自中国胶质瘤基因组图谱（Chinese Glioma Genome Atlas，CGGA）数据库的临床信息和转录表达数据，结合组织微阵列分析、免疫组化等实验，确定了 GCN5 作为 GBM 分子成像标志物的潜力。然后，利用纳米技术，以树枝状聚合物（Dendrimer，Den）为载体，构建了双模态探针，并对其进行了全面的物理表征。此外，通过细胞实验、动物实验，包括构建血脑屏障体外模型、建立原位 GBM 小鼠模型等，评估了探针的生物相容性、血脑屏障穿透效率、细胞靶向性和成像效果。

下面来看看具体的研究结果：

• GCN5 在高级别胶质瘤中高表达：研究人员分析了 CGGA 数据库中 749 例胶质瘤病例的数据，通过聚类热图分析和差异表达分析发现，GCN5 表达与胶质瘤的世界卫生组织（WHO）分级、患者年龄和 IDH1 突变状态显著相关，在 WHO IV 级胶质母细胞瘤中表达最高。进一步通过蛋白质免疫印迹、免疫荧光和组织微阵列分析等实验证实，GCN5 在 GBM 细胞系和组织中广泛表达，且定位在细胞质中，从而确认 GCN5 是定义 GBM 边界的潜在分子成像标志物。
• 双模态探针的构建与表征：研究人员以 PAMAM G2-NH?树枝状聚合物为基础，经过一系列修饰，成功构建了双模态探针 ICG-Gd-Den@DC-G16-11。扫描透射电子显微镜（STEM）等技术显示，该探针形态均匀，粒径约为 19.45±7.76nm，表面带正电荷，为 26.04±3.36mV ，在模拟生理条件下能稳定分散。表面等离子共振（SPR）技术测定其解离常数（KD）为 6.8μM，表明对 GCN5 有良好的亲和力。此外，该探针在 MRI 成像和荧光成像方面都展现出优异的性能，其 T?弛豫率高达 10.43mM?1 S?1，显著高于市售对比剂。
• 双模态探针的生物相容性评估：通过体外细胞实验和体内动物实验评估探针的生物相容性。在体外，将探针与多种细胞系共培养，MTT 毒性实验表明其对正常脑细胞和 GBM 细胞系无明显毒性。在体内，对健康小鼠进行血液化学指标检测和组织学检查，结果显示探针对小鼠的肝肾功能无不良影响，主要器官也未出现明显炎症反应或其他病理变化，表明该探针具有良好的生物相容性。
• 双模态探针的血脑屏障穿透效率：为模拟探针穿透血脑屏障的过程，研究人员构建了动态共培养微流控仿生血脑屏障模型。实验结果显示，该探针能高效穿透体外血脑屏障模型，穿透率约为 50%，是对照探针 ICG-Gd-Den 的两倍。这主要是因为探针表面带有较高的正电荷，可通过吸附介导的转胞吞作用（Adsorptive-Mediated Transcytosis，AMT）穿过血脑屏障。
• 双模态探针在体外特异性靶向 GCN5 高表达的 GBM 细胞：将探针与不同细胞系共培养实验表明，ICG-Gd-Den@DC-G16-11 探针能被 GCN5 高表达的 U87 细胞高效摄取，荧光强度约为低表达 GCN5 的 CHG5 细胞的 3.6 倍。MRI 成像和细胞内钆含量测定进一步证实了该探针对 GCN5 高表达 GBM 细胞的靶向特异性和高细胞摄取效率。
• 双模态探针通过 MRI 精准描绘原位 GBM 的边界：研究人员建立了原位 GBM 小鼠模型，注射探针后进行 MRI 成像。结果显示，注射探针后肿瘤部位，尤其是周边区域，与周围组织的区分明显增强。靶向组（ICG-Gd-Den@DC-G16-11）的 MRI 信号增强显著高于对照组和竞争组，且在注射后 3 小时信号增强达到峰值，为肿瘤部位的 MRI 成像提供了良好的时间窗口。免疫荧光染色表明，探针能与肿瘤细胞中的 GCN5 共定位，进一步验证了其靶向性。
• 双模态探针通过荧光成像显示原位 GBM 的边界：在原位 GBM 小鼠中进行小动物荧光成像实验发现，ICG-Gd-Den@DC-G16-11 探针能特异性地在肿瘤部位积累，荧光信号在注射后 3 小时达到最强，且明显高于竞争组。该探针主要通过肾脏代谢和排出体外，在其他器官中积累较少。此外，通过临床级术中荧光成像平台对小鼠进行实时荧光成像，结果表明该探针能清晰显示肿瘤边界，对早期 GBM 小肿瘤病灶也具有较高的检测灵敏度。

研究结论和讨论部分指出，该研究成功开发了一种针对 GBM 中高表达 GCN5 的磁共振和荧光双模态成像探针，可有效增强肿瘤边界的精准描绘，为手术切除提供指导，降低肿瘤复发概率。血脑屏障是胶质瘤治疗的一大障碍，而该双模态探针凭借其特殊的结构和电荷特性，在体外血脑屏障模型中展现出 50% 的穿越率，比以往研究有了显著提升。虽然目前针对 GCN5 的小分子抑制剂在肿瘤抑制方面效果有限，但利用 GCN5 的精准靶向能力，结合纳米技术开发药物递送系统，有望提高一线药物对 GBM 的治疗效果。这项研究为 GBM 的诊断和治疗开辟了新的方向，具有重要的临床意义和应用前景。