在当今的癌症研究领域，ROS（活性氧）逐渐成为一个备受关注的热点。ROS最初被视为细胞代谢的副产物，由于其具有破坏生物分子的潜力，故曾一度被认为是绝对有害的物质。然而随着研究的深入，ROS的重要性逐渐被揭示。它们在生物体的生存与健康中扮演着至关重要的角色，尤其是在癌症发展和治疗领域。

癌症细胞由于代谢活动的旺盛，往往会产生较高水平的ROS。适量的ROS可以调节癌细胞的增殖与分化，但过高的ROS水平则可能引发细胞凋亡。这种双重角色使得ROS在癌症治疗中具有独特的潜力。近年来，研究发现影响肿瘤细胞和肿瘤微环境中免疫细胞代谢的新型氧化还原信号通路、令人关注的ROS对生物分子相分离的调控，以及新型抗癌药物开发方面取得了新的研究进展。

ROS的活性化学性质使其能够快速修饰生物分子，导致生物分子的结构、定位、分子间的相互作用和功能发生改变。ROS介导的信号转导主要发生在翻译后水平，转录因子的氧化还原修饰和表观遗传学通过转录过程传递氧化还原信号。由于癌细胞中的ROS水平常常升高，ROS 介导的翻译后修饰异常和表观遗传学变化可能会导致转录、信号转导和基因突变。这些变化还会影响肿瘤微环境（TME）中癌细胞与免疫细胞之间的相互作用，从而导致炎症和恶病质。

图1 ROS 介导的信号传导过程、与新陈代谢的相互影响以及对肿瘤微环境和免疫功能的影响

ROS对免疫系统的影响是多维且存在浓度依赖性的，其在本质上可以是促进或抑制的。全面了解ROS对免疫细胞的分级剂量效应对于制定有效的策略以改善癌症免疫治疗至关重要。ROS的适度增加可促进免疫细胞的多种功能，包括细胞因子等效应物的代谢、合成和分泌。ROS还为免疫细胞，如M2巨噬细胞（Mφ）、骨髓源性抑制细胞（MDSCs）和调节性T细胞（Treg细胞）提供了选择，因为它们具有较高的抗氧化能力，而严重的ROS应激可能会导致免疫细胞的死亡。

图2 ROS 对癌症和免疫细胞功能的分级剂量效应

在ROS应激期间，细胞中经常观察到由易相分离蛋白形成的无膜细胞器，在这些细胞中，具有特定功能的蛋白质/酶和底物同时集中，以高效地促进某些生化过程。ROS可通过多种途径调节相分离：①通过ROS介导的PTM发生相分离；②p62/Sequestosome-1 (SQSTM1) 与泛素化蛋白结合并发生相分离；③ROS诱导应激颗粒（SG）形成，以防止翻译从而减少氧化应激下错误折叠蛋白的积累；④脂滴可从细胞膜中吸收多不饱和脂肪酸，防止细胞膜过氧化；⑤癌细胞可能通过形成 G 体来提高糖酵解效率。

图3 ROS在相分离中的作用

图4 ROS在诱导调节细胞死亡中的作用

氧化还原稳态对于癌细胞、癌症干细胞、癌症相关成纤维细胞和肿瘤微环境中的其他细胞的生存至关重要。破坏ROS产生和消除之间的平衡将对癌细胞的存活和药物敏感性产生重大影响。氧化还原调节的治疗策略包括①靶向抑制或激活ROS的生成和②抑制或重新激活氧化还原适应。除了针对细胞内氧化还原平衡，还有其他针对ROS的治疗策略，如光动力疗法和光热疗法可诱导ER应激、ROS生成和癌细胞死亡。

ROS作为细胞代谢过程中的重要产物，具有双重功能。适量的ROS在细胞信号传导、免疫应答等方面发挥重要作用，而过量的ROS则会导致氧化应激，进而引发多种疾病。以癌症中的 ROS 为靶点是一种前景广阔的治疗策略，同时也带来了新的机遇和挑战。JuLI™ Stage活细胞成像分析系统在活性氧应用中发挥重要作用，它能够动态观察和实时监测细胞内ROS的变化过程，使得研究人员能够在更接近生理条件的环境下观察细胞行为，从而获得更准确、更全面的实验结果。

苏州奎克泰生物的JuLI™ Stage活细胞成像分析系统，是一款能够长时间放在培养箱内，无需反复取出即可实时监测和分析细胞生长过程的成像设备。JuLI™ Stage活细胞成像分析系统配备明场和三色荧光（GFP、RFP、DAPI），具有全自动X-Y-Z轴、自动聚焦和手动聚焦、图像拼接等功能，配备各种分析软件，能够批量计算细胞数量、大小、面积、荧光强度等。

仁荷大学医学院解剖学系研究人员于2020年在《International Journal of Molecular Sciences》期刊发表名为“Adenosine Triphosphate Accumulated Following Cerebral Ischemia Induces Neutrophil Extracellular Trap Formation”的文章。在这篇文章中，研究者探讨了脑缺血后释放的细胞外 ATP 是否会诱导中性粒细胞的炎性细胞死亡方式（NETosis），以及其潜在的分子机制和信号通路是什么。
 

文章中检测Ca²⁺水平，使用 Fluo-4-AM 测量血液中性粒细胞内 Ca²⁺水平。将细胞与4 µM的Fluo-4-AM 共孵育15 分钟，用 HBSS洗涤后进行细胞接种，使用JuLI™ Stage监测Fluo-4-AM荧光强度变化，后与ImageJ联用对荧光数据进行定量分析。研究发现经BzATP 处理过的血液中性粒细胞内的Ca²⁺水平显著升高，而使用 A438079（10 µM）或BAPTA-AM （10 µM）预处理细胞后，Ca²⁺水平明显降低。

研究者还将血液嗜中性粒细胞或bm-嗜中性粒细胞在含有1µM 的CM-H2DCFDA（一种通用的ROS指示剂）中孵育30 min。用PBS洗涤细胞两次，使用JuLI™ Stage活细胞成像分析系统观察荧光图像。获得图像结果后与ImageJ联用对荧光数据进行定量分析。实验结果表明使用CM-H2DCFDA检测ROS的产生时，发现ATP处理细胞2h后血液中性粒细胞的CM-H2DCFDA荧光强度显著增加， 但在 A438079（10 μM）、BAPTA-AM（10 μM）或 Gö6983 （10 μM）预处理细胞20min 发现CM-H2DCFDA 的荧光强度被明显抑制，表明ATP以P2X7R-、Ca²⁺-和PKC依赖的方式诱导血液中性粒细胞产生ROS。
 

JuLI™ Stage活细胞成像仪助力ROS研究，实时监测细胞内ROS的动态变化，省时、省力，帮助科研工作者实验更高效！

[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.