在當今的癌癥研究領域，ROS（活性氧）逐漸成為一個備受關注的熱點。ROS最初被視為細胞代謝的副產物，由于其具有破壞生物分子的潛力，故曾一度被認為是絕對有害的物質。然而隨著研究的深入，ROS的重要性逐漸被揭示。它們在生物體的生存與健康中扮演著至關重要的角色，尤其是在癌癥發展和治療領域。

癌癥細胞由于代謝活動的旺盛，往往會產生較高水平的ROS。適量的ROS可以調節癌細胞的增殖與分化，但過高的ROS水平則可能引發細胞凋亡。這種雙重角色使得ROS在癌癥治療中具有獨特的潛力。近年來，研究發現影響腫瘤細胞和腫瘤微環境中免疫細胞代謝的新型氧化還原信號通路、令人關注的ROS對生物分子相分離的調控，以及新型抗癌藥物開發方面取得了新的研究進展。

ROS的活性化學性質使其能夠快速修飾生物分子，導致生物分子的結構、定位、分子間的相互作用和功能發生改變。ROS介導的信號轉導主要發生在翻譯后水平，轉錄因子的氧化還原修飾和表觀遺傳學通過轉錄過程傳遞氧化還原信號。由于癌細胞中的ROS水平常常升高，ROS 介導的翻譯后修飾異常和表觀遺傳學變化可能會導致轉錄、信號轉導和基因突變。這些變化還會影響腫瘤微環境（TME）中癌細胞與免疫細胞之間的相互作用，從而導致炎癥和惡病質。

圖1 ROS 介導的信號傳導過程、與新陳代謝的相互影響以及對腫瘤微環境和免疫功能的影響

ROS對免疫系統的影響是多維且存在濃度依賴性的，其在本質上可以是促進或抑制的。全面了解ROS對免疫細胞的分級劑量效應對于制定有效的策略以改善癌癥免疫治療至關重要。ROS的適度增加可促進免疫細胞的多種功能，包括細胞因子等效應物的代謝、合成和分泌。ROS還為免疫細胞，如M2巨噬細胞（Mφ）、骨髓源性抑制細胞（MDSCs）和調節性T細胞（Treg細胞）提供了選擇，因為它們具有較高的抗氧化能力，而嚴重的ROS應激可能會導致免疫細胞的死亡。

圖2 ROS 對癌癥和免疫細胞功能的分級劑量效應

在ROS應激期間，細胞中經常觀察到由易相分離蛋白形成的無膜細胞器，在這些細胞中，具有特定功能的蛋白質/酶和底物同時集中，以高效地促進某些生化過程。ROS可通過多種途徑調節相分離：①通過ROS介導的PTM發生相分離；②p62/Sequestosome-1 (SQSTM1) 與泛素化蛋白結合并發生相分離；③ROS誘導應激顆粒（SG）形成，以防止翻譯從而減少氧化應激下錯誤折疊蛋白的積累；④脂滴可從細胞膜中吸收多不飽和脂肪酸，防止細胞膜過氧化；⑤癌細胞可能通過形成 G 體來提高糖酵解效率。

圖3 ROS在相分離中的作用

圖4 ROS在誘導調節細胞死亡中的作用

氧化還原穩態對于癌細胞、癌癥干細胞、癌癥相關成纖維細胞和腫瘤微環境中的其他細胞的生存至關重要。破壞ROS產生和消除之間的平衡將對癌細胞的存活和藥物敏感性產生重大影響。氧化還原調節的治療策略包括①靶向抑制或激活ROS的生成和②抑制或重新激活氧化還原適應。除了針對細胞內氧化還原平衡，還有其他針對ROS的治療策略，如光動力療法和光熱療法可誘導ER應激、ROS生成和癌細胞死亡。

ROS作為細胞代謝過程中的重要產物，具有雙重功能。適量的ROS在細胞信號傳導、免疫應答等方面發揮重要作用，而過量的ROS則會導致氧化應激，進而引發多種疾病。以癌癥中的 ROS 為靶點是一種前景廣闊的治療策略，同時也帶來了新的機遇和挑戰。JuLI™ Stage活細胞成像分析系統在活性氧應用中發揮重要作用，它能夠動態觀察和實時監測細胞內ROS的變化過程，使得研究人員能夠在更接近生理條件的環境下觀察細胞行為，從而獲得更準確、更全面的實驗結果。

蘇州奎克泰生物的JuLI™ Stage活細胞成像分析系統，是一款能夠長時間放在培養箱內，無需反復取出即可實時監測和分析細胞生長過程的成像設備。JuLI™ Stage活細胞成像分析系統配備明場和三色熒光（GFP、RFP、DAPI），具有全自動X-Y-Z軸、自動聚焦和手動聚焦、圖像拼接等功能，配備各種分析軟件，能夠批量計算細胞數量、大小、面積、熒光強度等。

仁荷大學醫學院解剖學系研究人員于2020年在《International Journal of Molecular Sciences》期刊發表名為“Adenosine Triphosphate Accumulated Following Cerebral Ischemia Induces Neutrophil Extracellular Trap Formation”的文章。在這篇文章中，研究者探討了腦缺血后釋放的細胞外 ATP 是否會誘導中性粒細胞的炎性細胞死亡方式（NETosis），以及其潛在的分子機制和信號通路是什么。
 

文章中檢測Ca²⁺水平，使用 Fluo-4-AM 測量血液中性粒細胞內 Ca²⁺水平。將細胞與4 µM的Fluo-4-AM 共孵育15 分鐘，用 HBSS洗滌后進行細胞接種，使用JuLI™ Stage監測Fluo-4-AM熒光強度變化，后與ImageJ聯用對熒光數據進行定量分析。研究發現經BzATP 處理過的血液中性粒細胞內的Ca²⁺水平顯著升高，而使用 A438079（10 µM）或BAPTA-AM （10 µM）預處理細胞后，Ca²⁺水平明顯降低。

研究者還將血液嗜中性粒細胞或bm-嗜中性粒細胞在含有1µM 的CM-H2DCFDA（一種通用的ROS指示劑）中孵育30 min。用PBS洗滌細胞兩次，使用JuLI™ Stage活細胞成像分析系統觀察熒光圖像。獲得圖像結果后與ImageJ聯用對熒光數據進行定量分析。實驗結果表明使用CM-H2DCFDA檢測ROS的產生時，發現ATP處理細胞2h后血液中性粒細胞的CM-H2DCFDA熒光強度顯著增加， 但在 A438079（10 μM）、BAPTA-AM（10 μM）或 Gö6983 （10 μM）預處理細胞20min 發現CM-H2DCFDA 的熒光強度被明顯抑制，表明ATP以P2X7R-、Ca²⁺-和PKC依賴的方式誘導血液中性粒細胞產生ROS。
 

JuLI™ Stage活細胞成像儀助力ROS研究，實時監測細胞內ROS的動態變化，省時、省力，幫助科研工作者實驗更高效！

[1]Glorieux C, Liu S, Trachootham D, Huang P. Targeting ROS in cancer: rationale and strategies. Nat Rev Drug Discov. 2024 Aug;23(8):583-606.

[2]Kim SW, Davaanyam D, Seol SI, Lee HK, Lee H, Lee JK. Adenosine Triphosphate Accumulated Following Cerebral Ischemia Induces Neutrophil Extracellular Trap Formation. Int J Mol Sci. 2020 Oct 16;21(20):7668.