振动光谱技术揭示黑色素瘤干细胞独特的细胞周期特征及分子调控机制

本研究通过整合红外(FT-IR)和拉曼(Raman)振动光谱技术，结合细胞周期分析与免疫细胞化学，首次系统揭示了黑色素瘤干细胞(CSCs)中p16/p21动态调控的分子机制。研究人员发现CD133+ CSCs具有独特的核酸-蛋白质-脂质振动谱特征，其S期持续活跃且呈现双相p21表达模式，为靶向肿瘤干细胞耐药性提供了新型生物标志物和光谱诊断策略。

　　

在皮肤癌中最具侵袭性的黑色素瘤(Malignant Melanoma, MM)领域，肿瘤干细胞(Cancer Stem Cells, CSCs)被认为是治疗抵抗和复发的关键因素。尽管已知CD133⁺细胞群体具有干细胞特性，但其细胞周期调控的分子机制始终是未解之谜。传统检测方法难以在无标记条件下捕捉CSCs的动态生化变化，而振动光谱技术为此提供了新的研究窗口。

来自伊兹密尔理工学院(?zmir Institute of Technology)物理系的研究团队在《Scientific Reports》发表的研究中，创新性地将傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和拉曼光谱与流式细胞术相结合，对CHL-1黑色素瘤细胞系分离的CD133⁺ CSCs、CD133^-非干细胞及原始细胞群体进行了72小时动态监测。研究通过检测p16/p21蛋白表达、细胞周期分布以及生物分子振动特征，揭示了CSCs特有的调控模式。

关键技术方法包括：1) 流式分选获得CD133⁺/CD133^-细胞亚群；2) 时间梯度(11/24/48/72 h)细胞周期分析；3) p16/p21免疫组化H-score定量；4) ATR-FTIR和共聚焦拉曼光谱采集；5) 主成分分析(PCA)和层次聚类分析(HCA)等多变量统计。

研究结果：

细胞周期分布显示CD133⁺细胞的动态增殖行为

流式分析发现CD133⁺细胞在24小时S期比例显著升高(p<0.01)，72小时仍保持DNA合成活性，而CD133^-细胞则倾向G0/G1期静止状态。

p16和p21蛋白表达的时序变化

免疫染色显示CD133⁺细胞呈现独特调控模式：p16在11小时达峰值(25%)后持续下降，p21则呈现11小时(26.4%)和72小时(37.75%)双峰表达。相比之下，CHL-1细胞p16仅在24小时短暂升高(37%)。

振动光谱揭示黑色素瘤CSCs的独特生化组成

FT-IR差异光谱显示CD133⁺细胞在核酸相关波段(967-955 cm^-1)和磷酸基团信号(1228 cm^-1)持续增强。拉曼光谱则发现其脂质信号(2849 cm^-1 CH₂伸缩振动)和核酸标记(784 cm^-1)显著区别于其他群体。

多变量分析明确区分细胞亚群

PCA在11小时和72小时均可分离CD133⁺细胞，PC1贡献率达82.2%和61.8%。HCA同样验证了CSCs的独立聚类特征，特别是在早期(11 h)和晚期(72 h)时间点。

这项研究首次建立了振动光谱特征与黑色素瘤干细胞细胞周期调控的关联，证实p16/p21的动态表达与S期持续存在相关性。发现CD133⁺细胞具有独特的核酸-脂质代谢特征，这为开发靶向CSCs的光谱诊断技术和细胞周期干预策略提供了分子基础。特别值得注意的是，研究中发现的磷酸基团振动信号(1228 cm^-1)与DNA合成活性的相关性，可能成为未来无标记检测肿瘤干细胞的新型生物标志物。该成果不仅为理解黑色素瘤异质性提供了新视角，更展示了振动光谱技术在肿瘤干细胞研究中的独特价值。