从生物信息学到临床应用：光动力治疗对NSCLC的最优光剂量揭秘
2024 - 08 - 26
来源：链接: https://pan.baidu.com/s/10MFMTYireXCP7-sUgjRK3w?pwd=31ga 提取码: 31ga 复制这段内容后打开百度网盘手机App，操作更方便哦 --来自百度网盘超级会员v3的分享
摘要
目的:通过探索分子生物标志物和评估非小细胞肺癌(NSCLC)肿瘤生长数据来确定肿瘤光动力治疗（PDT）的最佳光剂量。
方法：应用生物信息学方法鉴定NSCLC和PDT中有潜力的基因和通路。然后使用血卟啉衍生物(HPD, 3mg /kg)治疗携带A549的人肺腺癌细胞系BALB/c裸鼠。48小时后，对荷瘤小鼠按100、200、300、400和500 J/cm2的剂量进行表面照射，评估和计算肿瘤生长数据和凋亡分子。
结果：生物信息学结果显示，凋亡通路显著富集，Caspase 3是NSCLC-PDT患者预后最有希望的生物标志物。与空白对照组相比，100 J/cm2组的肿瘤体积（TV）、相对肿瘤体积(RTV)、完全缓解率(CR)以及肿瘤生长抑制率(TGI)均无显著差异。相反，其他治疗组(200-500 J/cm2)的TV、RTV与空白对照组相比显著降低（p<0.05)；CR、TGI显著升高（p<0.05)，尤其是300J/cm2和400 J/cm2组。此外，经WB及免疫组化结果显示，300J/cm2和400J/cm2组中的凋亡相关信号分子Caspase 3、cleaved-Caspase 3、PARP1和Bax的表达量显著升高，Bcl-2的表达量显著降低。
结论：中等剂量PDT(300J/cm2或400 J/cm2)对A549荷瘤小鼠模型的治疗效果优于低剂量(100J/cm2或200 J/cm2)或高剂量(500J/cm2)。由于A549肿瘤在病理行为上更类似于人类肿瘤，这些实验数据可能有助于改进HPD-PDT照明方案，以获得良好的临床结果。
研究设计
方法：应用生物信息学方法鉴定NSCLC和PDT中有潜力的基因和通路。然后使用血卟啉衍生物(HPD, 3mg /kg)治疗携带A549的人肺腺癌细胞系BALB/c裸鼠。48小时后，对荷瘤小鼠按100、200、300、400和500 J/cm2的剂量进行表面照射，评估和计算肿瘤生长数据和凋亡分子。
01
生物信息学富集分析结果显示：肿瘤PDT在NSCLC中的作用与促进肿瘤凋亡过程密切相关
图1：PDT与NSCLC的生物信息学富集结果
01>>通过富集分析发现肿瘤PDT可作用于与NSCLC相关的38个基因（图A）；
02>>通过京都基因与基因组百科(KEGG)通路分析表明，肿瘤PDT在NSCLC中的作用显著富集于PI3K-AKT、IL-17、TNF以及P53信号通路(图B)。将上述通路中的基因合并分析，Caspase 3是唯一的共同基因(图C)。
02
Caspase 3与Parp1是NSCLC-PDT中凋亡相关的关键生物标志物
图2：NSCLC-PDT关键基因的网络分析结果
01>>通过PPI分析发现，Caspase 3与Parp1的关联性最高（图A、B）；
02>>Kaplan-Meier曲线分析表明，Caspase 3和Parp1的表达与NSCLC患者的总生存率显著相关(图C)，其中Caspase 3的表达越高、Parp1的表达越低，患者的总生存期越长。由此可见，凋亡分子对肿瘤预后具有重要影响。
03
图3：最佳光照剂量下PDT对肺癌细胞凋亡的促进作用。
01>>采用TUNEL法检测A549荷瘤小鼠的凋亡DNA片段。结果显示，在300 J/cm2和400 J/cm2组中，发出亮绿色荧光的凋亡细胞数量显著增加(图A, C);
02>>免疫组化分析显示，与对照组相比，300-400 J/cm2组肿瘤组织中Caspase 3表达水平明显增加，Bcl-2表达明显下降(图B、D、E)。
04
图4：最佳光剂量下PDT对肺癌组织凋亡信号基因的影响
01>>Western blot结果显示，400 J/cm2组Caspase 3、Parp1、Bax的表达水平和Bax/Bcl-2比值显著高于其他处理组和对照组(图A、B);
02>>qRT-PCR分析显示，300 J/cm2组和400 J/cm2组Caspase 3、Parp1、Bax的表达水平和Bax/Bcl-2比值显著高于其他处理组和对照组（图C）。
05
图5：PDT在体内抑制肿瘤生长及其对肿瘤生长的抑制作用
01>>肿瘤PDT治疗后第28天，治疗组(200-500 J/cm2)肿瘤重量均显著低于光敏剂对照组或空白对照组(p < 0.05)(图A、B);
02>>TGI（肿瘤生长抑制率）用于确定实验治疗对肿瘤生长抑制的疗效。结果显示，在100 J/cm2组中，TGI≥75%的小鼠只有20%，在200和500 J/cm2组中,TGI≥75%的小鼠有70%，在300和400 J/cm2组中，TGI≥75%的小鼠高达90%(图C)。
06
治疗组(200-500J/cm2) TV和RTV均显著下降，尤其是300、400 J/cm2组
图6：PDT在体内抑制肿瘤生长及其相关的肿瘤体积
01>>不同暴露剂量的PDT给药时间表（图A）；
02>>PDT治疗后第28天，治疗组(200-500J/cm2 ) TV和RTV均显著下降(p < 0.05)，尤其是300、400 J/cm2组（图B、C）。
07
治疗组（300-400J/cm2）的CR率高达70%
01>>结果显示300和400 J/cm2组的CR率(70%)在所有组中最高(图B)；
02>>局部溃疡发生率以100 J/cm2组最低，其次为200、300和400 J/cm2组，500 J/cm2组最高。然而，各组间溃疡发生率和愈合时间无显著差异(图C, D)。
conclusion
结论
生物信息学富集分析结果显示：肿瘤PDT在NSCLC中的作用与促进肿瘤凋亡过程密切相关；
Capase 3与Parp1是NSCLC-PDT中的关键生物标志物；
免疫组化、WB及PCR结果提示：300-400J/cm2治疗组的凋亡相关信号分子表达显著增加。
300-400J/cm2治疗组的TV、RTV显著下降；
300-400J/cm2治疗组的肿瘤生长抑制率最高；
300-400J/cm2治疗组的CR率高达70%。
