用于癌症研究的安捷伦 Seahorse XF 活细胞代谢解决方案

利用代谢研究开发癌症靶向治疗

癌症是与影响正常细胞功能的遗传变化有关的多种不同疾病的集合，而代谢重编程正在成为癌症治疗性干预的一个关键靶标。癌细胞高度依赖代谢通路来产生多种致癌过程所需的能量（快速增殖、生存、入侵和转移），并对代谢进行重编程以支持这些过程。

如今，研究人员正在使用多种基于细胞的分析方法，如基因和 RNA 表达、蛋白质定量、流式细胞术和质谱法，以进一步了解癌症生物学。利用实时细胞功能检测可以研究细胞代谢的动态特征，以及癌细胞如何重新编程其代谢过程来适应环境并存活，从而得以揭示癌细胞的代谢特性。这些代谢特性可以用于开发癌症靶向治疗。

Hanahan 2011 Cell. doi:10.1016/j.cell.2011.02.013. Reprinted from Cell, 144(5), Douglas Hanahan and Robert A. Weinberg, Hallmarks of Cancer: The Next Generation, p. 646-74, © 2011, with permission from Elsevier

癌症是一种代谢疾病，通常表现为糖酵解上调的“Warburg 效应”。然而，代谢表型的变化范围很宽，可以作为预测癌细胞增殖、易感性和耐药性的一个重要指标。安捷伦细胞分析技术可以直接测量功能性活细胞代谢，阐明驱动癌细胞进展和增殖的癌细胞的易感性。

氧化代谢速率各不相同

糖酵解:氧化磷酸化 (OXPHOS) 的比例各不相同 

生物能量代谢组成

图 1. 对 13 个卵巢癌细胞系的细胞生物能量代谢分析表明存在显著的生物能量代谢多样性。摘自 Dar, S., et al. Bioenergetic Adaptations inChemoresistant Ovarian Cancer Cells. Sci Rep. 2017. 7 (1): 8760

生物能量代谢与癌细胞的增殖和易感性密切相关

图 2. 胰腺癌细胞转换为糖酵解表型。摘自 Hardie, R. A., et al. Mitochondrial mutations and metabolic adaptation in pancreatic cancer. CancerMetab. 2017. 5 2

癌细胞增殖是一个快速、动态的过程，需要大量的生物化学能量。因此，癌细胞的代谢改变主要为依赖两条主要代谢通路（糖酵解或氧化磷酸化）中的一者或两者。在不同通路之间的切换能力是某些癌细胞适应性的关键策略。安捷伦细胞分析产品能够实时同步测量活细胞中的这两种主要的代谢通路。

图 3. 药物敏感卵巢癌细胞系（A2780 和 PEO1）表现为糖酵解表型。相比之下，它们的抗药性同基因型细胞株（C200 和 PEO4）显示出高度代谢活跃表型，具有在氧化磷酸化和糖酵解之间切换的能力（可塑性）。摘自 Dar, S., et al. Bioenergetic Adaptations in Chemoresistant Ovarian Cancer Cells. SciRep. 2017. 7 (1): 8760

图 4. 安捷伦 Seahorse XF 分析技术表明 IDH1^MUT 结肠癌细胞对顺铂的药物敏感性增加是由于氧化磷酸化代谢易感性的增加。顺铂治疗对 IDH1^MUT HCT116细胞耗氧率 (OCR) 的降低作用呈剂量依赖性。摘自 Khurshed, M., et al. IDH1-mutant cancer cells are sensitive to cisplatin and an IDH1-mutantinhibitor counteracts this sensitivity. FASEB J. 2018. fj201800547R

图 5. 安捷伦 Seahorse XF 分析仪揭示了低葡萄糖条件下，Nur77 和 TPb 在黑色素瘤细胞适应脂肪酸氧化(FAO) 中发挥的关键作用。由于对 FAO 的适应促进了黑色素瘤细胞的存活，Nur77 可以作为黑色素瘤的潜在治疗靶标。摘自 Li, X. X., et al. Nuclear Receptor Nur77 Facilitates Melanoma Cell Survival underMetabolic Stress by Protecting Fatty Acid Oxidation. Mol Cell. 2018. 69 (3): 480-492 e7

完整细胞

分离的线粒体

图 6. Seahorse XF 分析仪首先确定，与乳酸抑制剂 AR-C155858 不同，化合物 7ACC2 在阻止葡萄糖氧化代谢的同时，具有阻碍乳酸利用的作用（6A，完整子宫颈癌细胞）。Seahorse XF 分析仪利用分离的线粒体进一步揭示了 7AAC2 通过抑制线粒体丙酮酸载体抑制乳酸的摄取，这是一种新的机制（6B，分离的线粒体）。摘自 Corbet, C., et al. Interruption of lactate uptake by inhibiting mitochondrial pyruvate transport unravels direct antitumor andradiosensitizing effects. Nat Commun. 2018. 9 (1): 1208

通过同时测量氧化磷酸化和糖酵解了解癌症的易感性、可塑性和代谢表型，从而全面了解驱动细胞功能的因素。现在可用安捷伦 Seahorse XF 糖酵解速率测定试剂盒和实时 ATP 速率测定试剂盒进行定量。

使用安捷伦 Seahorse XF 细胞线粒体压力测试试剂盒和棕榈酸酯-BSA FAO 底物评估燃料和底物的利用率。

无需真正的分离线粒体即可进行分离线粒体检测实验。