活体成像-让肿瘤细胞无处遁形

活体成像已经成为生命科学研究和医学诊断强有力的手段，通过对同一组实验对象在不同时间点进行跟踪记录，有助于更方便有效地认识人类疾病的发生、发展规律和研究防治措施。该技术已经广泛应用于肿瘤学、药物研究、基因治疗、细胞凋亡及流行病学等领域。

活体成像技术原理

图1.png

图1. 活体成像的发光原理

用荧光素酶（Luciferase）对基因、细胞和活体动物进行标记，荧光酶基因表达的荧光素酶蛋白与底物荧光素在氧、Mg²⁺、ATP存在的条件下发生氧化反应，将部分化学能转化为光能释放，在体外利用敏感的CCD设备形成图像。向模式小鼠注射一次荧光素能保持其体内荧光素酶标记的细胞发光持续30-45分钟。

D-荧光素（D-Luciferin）

D-荧光素是荧光素酶的常用底物，普遍应用于整个生物技术领域，特别是体内活体成像技术。D-荧光素有钾盐、钠盐和自由酸3种形式，其中钾盐和钠盐以其良好的水溶解性和极低的反应毒性广泛应用于体内实验研究中。

表1.三种D-荧光素的性质

产品性质	D-荧光素钠盐(40901)	D-荧光素钾盐(40902)	D-荧光素，游离酸(40903)
分子式	NaC₁₁H₇N₂O₃S₂· H₂O	C₁₁H₇N₂O₃S₂K	C₁₁H₈N₂O₃S₂
分子量	320.32 g/mol	318.42 g/mol	280.33 g/mol
外观	淡黄色粉末	淡黄色粉末	类白色至浅黄色粉末
溶解性	易溶于水（100 mg/ml）	易溶于水（60 mg/ml）	难溶于水，可加稀碱促进溶解
应用范围	体外（In vitro）：体外化学发光；报告基因分析，免疫分析；高灵敏度ATP分析体内（In vivo）：活细胞、组织或生物体内Luc标记基因和荧光素酶-融合基因表达的成像分析

Yeasen D-荧光素在肿瘤研究中的应用

抗肿瘤药物活体水平药效学评价-溶瘤病毒（Cat. NO 40902）

新城疫病毒（NDV）由于其天然的溶瘤特性已被应用于溶瘤病毒治疗数十年。而α2,6-连接的唾液酸对于NDV结合和肿瘤细胞感染至关重要。

Li, Q等^【¹^】在2017年发表的文章中，用荧光素酶标记NDV后，活体成像实验表明，NDV对细胞表面α2,6-唾液酸高表达的侵袭性SW620大肠癌细胞具有强力的抗肿瘤作用，而对表达一般水平α2,6-唾液酸的SW480细胞抗肿瘤作用不明显。

图2. 分别用SW620和 SW480皮下种瘤后用PBS和rNDV-Luci处理，rNDV-Luci在小鼠肿瘤部位具有强荧光信号

探究基因沉默抑制肿瘤生长的机制（Cat. NO 40903）

有研究发现，COPB2在胃癌细胞系中大量过表达。An, C等^【²^】通过敲除COPB2，抑制RTK信号及其下游信号级联分子促进胃癌细胞凋亡，并降低裸鼠的肿瘤生长。活体成像实验结果显示Lv-shCOPB2感染组小鼠体内总荧光强度较Lv-shRNA对照感染组小鼠明显降低。

图3. Lv-shCOPB2感染组小鼠体内总荧光强度较Lv-shRNA对照感染组小鼠明显降低

寻找新的癌症治疗靶点（Cat. NO 40901）

复旦大学药学院团队在2017年发表的一篇文章^【³^】中表明，TIPE2的过表达能显著抑制4T1细胞在体外和体内的增殖。TIPE2增加了T细胞和NK细胞，减少了MDSCs。TIPE2可上调肿瘤微环境中的CD8+ T和NK细胞产生IFN-γ和TNF-α，并增强细胞毒性。TIPE2 抑制乳腺癌的发展和转移可能是通过促进CD8+ T和NK细胞介导的抗肿瘤免疫反应。因此，TIPE2可能是乳腺癌的一个潜在治疗靶点。

图4.png

图4. 用正常4T1细胞TIPE2过表达4T1细胞分别皮下种瘤，TIPE2组小鼠肿瘤明显更小，且未发生转移

CAR-T疗法在实体瘤中的疗效研究（Cat. NO 40901）

嵌合抗原受体-T（CAR-T）细胞对实体瘤的治疗效果不佳，主要原因是其到达和侵入肿瘤病灶的能力有限。实体瘤的结构特点、特异性抗原的丧失、强烈的免疫抑制环境是CAR-T疗法治疗实体瘤的挑战。

针对于头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）患者，有作者将MUC1作为研究目标^【⁴^】，分别构建第二代CAR和同时分泌IL-22的第四代CAR。体外和体内实验验证发现CAR-MUC1-IL-22 T细胞相对于MUC1 + HNSCC细胞具有更强、更有效的细胞毒功能。表明CAR-T在治疗HNSCC患者中的潜在有效性，为MUC1+CAR-T治疗提供了证据基础。

图5. 用不同的CAR-T处理HNSCC模型小鼠，结果显示第四代CAR比第二代CAR疗效更佳

近期，来自中国科学院动物研究所和北京协和医院的博士团队通过对基因表达谱互动分析发现，C-C基团趋化因子配体（CCL）20在肺癌和其他发病率和/或死亡率最高的癌症如结肠癌、直肠癌、胃癌和肝癌中高表达^【⁵^】。C-C基团趋化因子受体6（CCR6）的强制表达，导致CAR-T细胞向分泌CCL20的肿瘤细胞的转移。

在肺癌异种移植小鼠模型中，CCR6过表达的CAR-T细胞在输注后有效地迁移并浸润到实体瘤中，从而有效地清除肿瘤，并显著延长了带瘤小鼠的生存期。该研究结果为实体瘤免疫疗法中趋化因子受体工程化的CAR-T细胞的临床开发提供了支持证据。

图6. 在CAR-T细胞中过表达CCR6可显著增强其向实体瘤的迁移和浸润，延长小鼠生存期

参考文献

【1】Li, Q., Wei, D., Feng, F. et al. α2,6-linked sialic acid serves as a high-affinity receptor for cancer oncolytic virotherapy with Newcastle disease virus. J Cancer Res Clin Oncol 143, 2171–2181 (2017).

【2】An, C., Li, H., Zhang, X., Wang, J., Qiang, Y., Ye, X., Li, Q., Guan, Q., Zhou, Y."Silencing of COPB2 inhibits the proliferation of gastric cancer cells and induces apoptosis via suppression of the RTK signaling pathway". International Journal of Oncology 54.4 (2019): 1195-1208.

【3】 Zhenhua Zhang, Li Liu, Shousong Cao, Yizhun Zhu, Qibing Mei, Gene delivery of TIPE2 inhibits breast cancer development and metastasis via CD8+ T and NK cell-mediated antitumor responses, Molecular Immunology, Volume 85, 2017, Pages 230-237, ISSN 0161-5890

【4】Mei, Z, Zhang, K, Lam, AK‐Y, et al. MUC1 as a target for CAR‐T therapy in head and neck squamous cell carinoma. Cancer Med. 2020; 9: 640– 652.

【5】Liyuan Jin, Lei Cao, Yingjie Zhu, Jiani Cao, Xiaoyan Li, Jianxia Zhou, Bing Liu, Tongbiao Zhao, Enhance anti-lung tumor efficacy of chimeric antigen receptor-T cells by ectopic expression of C–C motif chemokine receptor 6, Science Bulletin,2020.

常见问题FAQ

Q: 底物的激发波长和发射长？

A: 化学发光，无需激发波长。萤火虫荧光素发射波长是 560nm。

Q: 荧光素类注射方式和用量？

A: 一般采用腹腔注射或尾静脉注射法，科学的方法是根据动力学曲线评估注射剂量。建议最初尝试注射剂量为：150mg底物/kg小鼠体重。

Q: 腹腔注射和尾静脉注射方式的区别是什么？

A: 荧光素可通过腹腔注射或尾部静脉注射注入小鼠体内。腹腔注射扩散较慢，开始发光较慢，持续发光时间较长。尾部静脉注射形式扩散快，开始发光快，但发光持续时间较短。

Q: 推荐使用什么仪器？可以用多功能酶标仪吗？

A: 推荐使用具有生物化学发光检测模块的仪器，荧光素产生的光可以被光度计或闪烁计数器检测。常见的活体成像仪器如IVIS^® Lumina小动物活体成像系统，德国Bruker公司的In-Vivo Xtreme多模式小动物活体成像仪等。如果使用多功能酶标仪，需要和仪器厂家确认是否具有生物化学发光检测模块。

Q: 底物可以进入活细胞中或者血脑屏障吗？

A：D-荧光素约280道尔顿，荧光素的水溶性和脂溶性都非常好，可以通过血脑屏障、胎盘屏障和血液测试屏障，也可以进入活细胞。

使用Yeasen 活体成像试剂已发表的高分文章（部分）

1、 Hao M , Hou S , Li W , et al. Combination of metabolic intervention and T cell therapy enhances solid tumor immunotherapy[J]. Science Translational Medicine, 2020, 12(571):eaaz6667. （IF: 16.304）

2、Guang Chen, Xiao-yan Fan, Xiao-peng Zheng et al. Human umbilical cord-derived mesenchymal stem cells ameliorate insulin resistance via PTEN-mediated crosstalk between the PI3K/Akt and Erk/MAPKs signaling pathways in the skeletal muscles of db/db mice, 24 February 2020（IF: 6.691）

3、Zhou Y, Zhou C, Zou Y, et al. Multi pH-sensitive polymer-drug conjugate mixed micelles for efficient co-delivery of doxorubicin and curcumin to synergistically suppress tumor metastasis [published online ahead of print, 2020 Aug 19]. Biomater Sci. 2020;10.1039/d0bm00840k. （IF: 6.183）

4、 Qiu J , Peng P , Xin M , et al. ZBTB20-mediated titanium particle-induced peri-implant osteolysis by promoting macrophage inflammatory responses. Biomater Sci. 2020;8(11):3147-3163. （IF: 6.183）

5、Tang Y, Lin S, Yin S, et al. In situ gas foaming based on magnesium particle degradation: A novel approach to fabricate injectable macroporous hydrogels. Biomaterials. 2020;232:119727. (IF 5.31)