过氧化氢感应分子揭示了化疗药物是否具有预期效果。

资源：

麻省理工学院

概要：

化学工程师开发了一种传感器，可以让他们看到癌细胞内的过氧化氢，并确定它们是否对影响氧化还原信号的药物有反应。

麻省理工学院的化学工程师开发了一种新的传感器，可以让他们看到癌细胞内部并确定细胞是否对特定类型的化疗药物有反应。

这些检测人体细胞内过氧化氢的传感器可以帮助研究人员识别出能够提高过氧化氢水平的新型抗癌药物，从而诱导程序性细胞死亡。传感器还可以适用于筛查个体患者的肿瘤，以预测这些药物是否对他们有效。

麻省理工学院化学工程副教授Hadley Sikes说：“同样的治疗方法不适用于所有肿瘤。目前缺乏定量的化学特异性工具，能够测量肿瘤细胞与药物治疗后正常细胞发生的变化。”

赛克斯是该研究的高级作者，该研究出现在8月7日出版的“自然通讯”杂志上。该论文的第一作者是研究生Troy Langford;其他作者是前研究生北京黄和约瑟夫林和研究生孙进月。

跟踪过氧化氢

癌细胞通常具有突变，导致其代谢异常并产生异常高的过氧化氢通量。当产生过多的分子时，它会破坏细胞，因此癌细胞高度依赖于从细胞中去除过氧化氢的抗氧化系统。

针对这种脆弱性的药物，被称为“氧化还原药物”，可以通过禁用抗氧化剂系统或进一步促进过氧化氢的产生来起作用。许多此类药物已进入临床试验，结果喜忧参半。

“其中一个问题是，临床试验通常会发现它们适用于某些患者，并且不适用于其他患者，”赛克斯说。“我们确实需要工具来进行更精心设计的试验，我们可以确定哪些患者会对这种方法做出反应，哪些患者不会，因此可以批准更多这些药物。”

为了实现这一目标，赛克斯开始设计一种能够灵敏地检测人体细胞内过氧化氢的传感器，让科学家们能够测量细胞对这些药物的反应。

现有的过氧化氢传感器基于称为转录因子的蛋白质，取自微生物，并且当它们与过氧化氢反应时被设计成发荧光。赛克斯和她的同事试图在人体细胞中使用它们，但发现它们在试图检测的过氧化氢范围内不敏感，这导致它们寻找可以完成任务的人类蛋白质。

通过对过量过氧化氢氧化的人体蛋白质网络的研究，研究人员发现了一种叫做过氧化物酶的酶，它可以控制大多数人体细胞与分子的反应。这种酶的许多功能之一是检测过氧化氢水平的变化。

兰福德然后通过添加两个荧光分子来修饰蛋白质 - 一端是绿色荧光蛋白，另一端是红色荧光蛋白。当传感器与过氧化氢反应时，其形状发生变化，使两种荧光蛋白更紧密地结合在一起。研究人员可以通过向细胞上照射绿光来检测是否发生了这种转变：如果没有检测到过氧化氢，则发光保持绿色;如果存在过氧化氢，则传感器会发红光。

预测成功

研究人员在两种类型的人类癌症细胞中测试了他们的新传感器：一组他们知道易受称为piperlongumine的氧化还原药物，另一组他们知道不易受影响。研究人员预计，传感器显示抗性细胞中的过氧化氢水平没有变化，但在易感细胞中上升。

赛克斯设想了这种传感器的两个主要用途。一种是筛选现有药物的库，或可能用作药物的化合物，以确定它们是否具有增加癌细胞中过氧化氢浓度的所需效果。另一个潜在的用途是在患者接受此类药物之前对其进行筛查，以确定药物是否能成功对抗每位患者的肿瘤。赛克斯正在寻求这两种方法。

“你必须知道哪种抗癌药物以这种方式起作用，然后哪些肿瘤会起作用，”她说。“这是两个独立但相关的问题，这两种方法都需要解决才能在临床上产生实际影响。”

该研究由哈斯家族化学工程奖学金，国家科学基金会，三星奖学金和科学界的Burroughs Wellcome基金职业奖资助。