目的:通过高通量体外药敏实验(HDS)评估晚期胃癌对不同治疗药物的抑制率，筛选其敏感的药物，制定、优化患者"个体化"治疗方案。方法:获取16例晚期胃癌患者的胃癌细胞，通过HDS技术检测原代胃癌细胞中所有可能对胃癌有效的抗癌药物的单药浓度梯度及其组合的高通量体外药敏测试，并根据药敏结果指导临床用药，进行疗效评估。结果:大部分原代胃癌细胞对化疗药物呈泛耐药性，尤其是含奥沙利铂在内的化疗方案在体外药敏试验中表现出较差的肿瘤抑制率。相反，硼替佐米表现出较高的敏感性。紫杉类药物/方案显示出略高于铂类的肿瘤抑制率。16例患者客观缓解率(ORR)为37.5%，疾病控制率(DCR)为75%。结论:晚期胃癌细胞对化疗药物呈现广泛耐药性，HDS检测在胃癌化疗药物的筛选需要进一步探索。

目的·构建用于发现小泛素样修饰蛋白(small ubiquitin-like modifier,SUMO)的活化酶亚基1(SUMO-activating enzyme subunit 1,SAE1)与亚基2(SUMO-activating enzyme subunit 2,SAE2)相互作用的肽抑制剂的多种体外筛选体系,并对不同筛选体系的优势与不足进行评价.方法·将编码SAE1和SAE2的目的基因分别插入pET-28a载体以构造原核蛋白表达质粒,在大肠埃希菌中表达并纯化人源SAE1和SAE2蛋白;利用纯化的蛋白先后构建等温滴定量热检测(isothermal titration calorimetry,ITC)实验、荧光偏振(fluorescence polarization,FP)实验、表面等离子共振(surface plasmon resonance,SPR)实验和基于SAE酶活的荧光实验等多种筛选体系.尝试利用不同的筛选体系检测候选多肽的抑制活性,基于检测结果,从灵敏度、稳定性、检测通量和检测成本等维度评价各筛选体系的优缺点与适用性.结果·经ITC测得SAE1和SAE2蛋白在体外相互作用的解离常数(Kd)为0.96 μmol/L,并将活性最好的多肽PEPT7改造为FP实验的示踪剂(tracer),但同SAE2的亲和力无法满足FP的要求;SPR测得SAE1和SAE2相互作用的Kd值为1.13 μmol/L,与ITC数据接近;基于SAE酶活的荧光实验筛选得到抑制活性最强的多肽HP1B[半数抑制浓度(half-maximal inhibitory concentration,IC50)达15.72 μmol/L],SPR进一步确定其同SAE1的亲和力为34.4 μmol/L.结论·尝试构建并比较了多种常见的蛋白-蛋白相互作用(protein-protein interaction,PPI)抑制剂的筛选体系.其中,ITC的检测通量低,且难以准确评估结合热不显著的低亲和力多肽;FP体系的可行性高度依赖于示踪剂同靶点蛋白之间的强亲和力,同样无法用于低亲和力多肽的筛选与优化;SPR检测的灵敏度高,但检测成本较高;酶活实验兼具高灵敏度、稳健性、高通量和可接受的检测成本,是最适宜的筛选方法.

中医的现代化以及标准化需要中西医结合的手段来实现.然而,中医研究强调整体观,目前的生物技术却无法有效的整合由分子生物学主导的基因组学、代谢组学以及转录组学等各种分子组学所产生的信息来完整的描述组织生理.与此同时,在单细胞层面,细胞已经完成对不同时空背景的复杂蛋白网络信息的整合,并将其表现在各种细胞行为上.在此,作者提出以细胞行为组学为主的策略并简短的介绍如何运用这种策略来进行针刺启动以及中药方剂的研究.病征和病因不一定有直接可见的连结.但是,病征必定起于病因.病征是身体部分组织产生不正常生理活动的结果,源于身体特定组织的组成细胞(生命的最基本单位)受到组织微环境不正常刺激所表现出来的异常表现.有时,组织内一种细胞的失序就能导致严重的疾病反应.譬如:胰脏内β细胞的损伤造成Ⅰ型糖尿病,或是骨骼肌细胞的凋亡产生肌肉萎缩症.同时,复杂的病理反应也常是部分组织受到特定的刺激后这些组织内多种细胞彼此相互作用的结果.譬如,在肿瘤发生的过程中,微环境刺激癌相关成纤维细胞的生成.而癌相关成纤维细胞又与免疫细胞相串扰,分泌各种细胞因子、生长因子等效应分子形成免疫抑制微环境[1].这样的环境培育了癌细胞免疫逃逸的能力.因此,组织微环境能够左右其内部的细胞行为而产生不同的机体生理与病理.造成不正常生理活动的原因(病因)常是基础医学关注的核心.了解病因后,我们才能试着遏制病因对组织内部细胞所产生的不正常影响,达到治病的目的.从这个角度来看,我们必须同时掌握一个组织内各种细胞的行为,才能以组织内细胞间的互动来描述组织生理与病理.在组织微环境中的各种生物因子(由机体内部各种细胞所产生的生物分子)以及环境因子(由机体外部吸收并出现在组织内的各种物质)都可能对其内的各种细胞产生影响.这些因子有大分子也有小分子,其中,大分子可能凭借自身的构型与相匹配的细胞表面受体产生交互作用,从而影响细胞中的生物信号通路,改变所属信号传输链所调控的细胞行为;另外,小分子还可能直接进入细胞,干扰细胞内蛋白的活性,据此改变细胞行为.因此,这些因子的出现决定了细胞行为.当一个外部刺激改变了组织微环境,组织内部细胞的行为也会随之改变.而这些细胞行为的变化本身又会成为组织微环境中的新刺激源.这些细胞行为的变化有物理性的、化学性的以及生物性的.物理性的包含细胞与细胞间的接触力、细胞对细胞间充质蛋白(细胞分泌到胞体外的蛋白)的粘附力、细胞散发出的热量等.化学性的包含细胞直接或是经由外泌体、微囊泡、以及凋亡小体等分泌出来的各种生物因子.生物性的则是生长、迁移、侵袭、凋亡等.这些变化在组织内成为新的刺激并以级联反应的方式在一段时间内持续改变组织内细胞的行为.组织内的各种细胞都适应了微环境的改变后,最终达成新的稳态,组织生理也就展现出新的样态(图1).如若外部刺激超过了常规水平而致使组织内部的细胞行为发生不正常的改变,组织可能就会处于病理发展的初始状态.以脑组织的生物力学为例,Segel等[2]发现脑组织硬度会随着衰老逐渐增加,进而影响中枢神经系统中少突胶质前体细胞的功能,而改变细胞外基质硬度可以逆转这一衰老表型.此外,脑组织硬度也介导诸如力传导、力敏蛋白的产生、以及细胞骨架重塑等细胞行为,从而诱发或加剧神经退行性疾病[3-4].而机体遭遇这些病理变化时的应变方式常是适应性的改变自身.例如在阿尔兹海默症中,小胶质细胞会感受到脑组织机械性质变化而定向迁移,施行包括对细胞外基质进行重塑、促进突触塑性、调控免疫响应等一系列复杂的细胞行为调适[5-7].由此可知,如若我们能够掌握组织微环境的改变对一个细胞行为的影响,并且在考虑它们的时空顺序后将这些改变叠加起来,我们就能了解组织生理与病理.而研究细胞微环境的改变对各种细胞行为影响的总成就是细胞行为组学[8].值得注意的是:细胞行为组学研究必须把对各种细胞行为的量化分析当成主要的手段,而传统分子生物学或是生物化学所衍生的各种分子组学则为背景知识.原因如下:医学研究的对象是生物体,不是物质.然而,基因或是蛋白都是物质,没有生命.所以它们不应是医学研究的首要对象.同时,从中医科学化的角度来看,中医的研究是整体性的,不能用以还原论为指导原则的分子生物学来主导,必须要从可以掌握整体组织生理活动的研究手段来实现.目前,针灸与方剂是中医施治的两种主要手段,所以在此就以如何运用细胞行为组学来研究针灸与方剂进行论述.在针灸研究方面:针灸经过两千多年的验证,其临床疗效有目共睹.而针刺作为最具影响力的中医外治疗法,被世界范围内认可.同时,近年来针刺的优势病种已经从疼痛类疾病逐渐扩展至消化系统疾病、泌尿系统疾病、妇科病、内分泌疾病、以及神经系统疾病等.从动物实验中表明针刺可以提高血管性痴呆大鼠脑内神经递质5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)、去甲肾上腺素、多巴胺和乙酰胆碱的表达,改善血管性痴呆大鼠的学习和记忆能力,抑制神经凋亡[9].此外,针刺还可以调节脑内5-HT、脑源性神经营养因子等神经递质水平,抑制炎症,缓解焦虑、抑郁情绪[10].然而,以手针为例,手针仅通过一枚金属针作用于穴位,便可以调节脑内各种神经递质的作用,可是我们却无法了解手针针刺启动的明确机制.由于从进针、行针和留针,整个针刺过程中穴区所受到的刺激仅仅是由金属针施予的机械力,所以穴区细胞必定具备了由机械力向神经信号转化的能力[11].目前大部分的研究都指向穴区主要是由结缔组织构成的.结缔组织由独立的成纤维细胞、肥大细胞、树突状细胞、巨噬细胞、特洛细胞等及其分泌的胶原纤维蛋白、糖蛋白、蛋白多糖等外基质所组成.在针刺入穴位并施行提插、捻转等手法过程中,针体会与胶原纤维发生交联、并对其进行牵拉.然而胶原纤维自身无法产生生物反应,所以它的作用应仅是将机械力传递给粘附于胶原纤维上的细胞.如此,对于针刺启动的研究首要就在于判定哪种穴区细胞对机械力刺激敏感(力敏细胞),并且能粘附于胶原纤维之上.接着,必须探讨这些力敏细胞在感受到由胶原纤维传来的拉伸力后,能够分泌哪些由拉伸力引发的细胞因子(力敏因子).与此同时,这些力敏因子必须能够成为一种新的刺激源影响穴区周围的其他细胞行为,如肥大细胞脱颗粒、巨噬细胞极化等,并且引发针刺启动效应.如此,我们仅需要从单种细胞对其微环境的简单变化着手,并根据此细胞分泌的力敏因子研究这些因子对穴区非力敏细胞的效应,表明细胞间的级联反应,便可了解针刺启动过程中机械力信号向生物信号的转化的机制,这样的策略是细胞行为组学的完美体现(图2).在中药方剂研究方面:目前药理研究的手段是以分子生物学以及生物化学等技术为核心,这样的方法足以对于单靶点(仅对一种生物分子进行干预)分子药在细胞层面的药理进行研究.然而,中药方剂是以多种生物分子构成的多靶点(复方)药,以目前盛行的生物技术无法把它们的药理解释清楚.尽管近年来以分子组学分析为主的系统生物学逐渐成为中药方剂药理研究的主流,希冀从各种分子浓度的变化来描述受测中药对病理状态细胞干预的效果,但是这种方式产生的结果难以被定量评估,而且结论也仅局限于特定的细胞,难以扩展到组织层面.如前所述,在面对多病因的复杂类疾病时,现有的生命科学技术无法体现系统论的精神,遑论探讨复方中药与生命活动之间的联结讯息.另一方面,细胞最终展现的行为是组织微环境和细胞行为平衡的结果,在微环境中出现中药复方内千百种不同的单体时,不论这些单体如何以不同的时空关系对细胞内的蛋白网络进行干预,细胞最终会将其整合成明确的细胞行为.基于此,中药方剂的药理药效可以从细胞行为的角度有效整合现有的生物多组学体系,来解决系统生物学遭遇的难点.如此,我们可以绕过系统生物学在学术性面临的复杂预测手段,并了解复方分子对细胞的干预后细胞行为的改变结果.基于组织工程学及高通量的显微影像捕捉,细胞行为学运用精细的细胞行为表征快速实现时空连续的单细胞行为定量分析,通过包括卷积神经网络等深度机械学习算法对图像进行优化、切割、特征捕捉及分类.同时,对于方剂内不同药物组成的加减,我们也可以了解被加减药物对细胞行为的偏性,并了解中医用药的思想理论.通过这样的努力,中医药才能建立起一个以系统观为内涵的全新研究体系,以联结多种分子组学与细胞行为学的手段,架设链接微观到宏观的桥梁,辅助中药的创新以及现代化(图3).中医一直认为生命的本质不能仅从物质或能量层面去研究,必须兼顾物质、能量与信息.细胞行为组学基于生命的基本单位为研究核心,由细胞来体现物质与能量的变化.而蛋白网络中信息的传递则由细胞的动态行为来表征.细胞的蛋白网络变化才是生命的表现,而专注于特定蛋白或是特定基因在特殊微环境下的改变无法描述生命.生命科学讲求对生命的了解,中西医结合在于用现代生命科学技术去注解传统中医药的智慧,这两者都必须恪守不离开探索生命的本源.细胞行为组学立于生命科学之内,又能体现中西医结合的精神,是执行中医药现代化、科学化以及标准化进程的一种合适策略.

肺癌是威胁人类健康的一大"杀手",目前现有的治疗手段难以满足临床需求.化疗是肺癌非手术治疗中最常用的手段,然而由于肿瘤异质性的普遍存在,肿瘤多药耐药和治疗失败的案例比比皆是.为了避免化疗的盲目性,并提高化疗的有效率,基于体外药敏实验的肿瘤个体化治疗方法应运而生.国内外已广泛开展了一系列临床实验,证实体外药敏实验对于肿瘤个体化治疗具有重要的指导意义.本文重新梳理了当下最为热门及传统常用的几种肿瘤药敏实验方法,并着重介绍了基于类器官、患者来源的肿瘤细胞群、微流控芯片、高通量药敏检测技术及类器官芯片等的新兴体外药物敏感性检测方法,以期更全面、更深入地了解体外药敏实验在肺癌治疗中的最新研究进展.

胰高血糖素样多肽1 (glucagon-like peptide-1,GLP-1)通过提高细胞内环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate,cAMP)水平刺激胰岛β细胞分泌胰岛素.GLP-1受体(GLP-1 receptor, GLP-l R)是2型糖尿病药物研发的重要靶点,其激动剂也已成为新型抗高血糖药物.本研究基于稳定表达GLP-l受体的GLP-1R-GFP (green fluorescent protein)-HEK293A细胞,通过均相时间分辨荧光法建立了一套适合GLP-1类似物的体外活性检测方法.通过对细胞活性、细胞密度、是否避光等检测条件进行优化后,利用该方法检测了利拉鲁肽等4个GLP-1类似物刺激GLP-1R-GFP-HEK293A细胞后所产生的cAMP含量变化,通过cAMP量效曲线计算其半数有效剂量值(concentration for 50％ of maximal effect,EC50),对药物的体外活性进行评价.本研究还利用酶联免疫吸附实验和定量实时聚合酶链式反应实验分别测定了GLP-1类似物宿主细胞蛋白和宿主残留DNA含量,为高通量筛选GLP-1类似物提供了稳定、可靠和灵敏的体外活性分析和宿主杂质检测方法.

目的 筛选敲减哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)基因后胶质瘤细胞表达上调的基因及信号通路,探讨联合阻断mTOR信号通路及其旁路激活通路抑制胶质瘤细胞生长的有效性.方法 选取5种人胶质瘤细胞系(U87、U251、U373、T98、LN229),采用蛋白质印迹法验证mTOR蛋白表达.构建靶向mTOR基因的短发夹RNA稳定转染的U87细胞,采用高通量测序筛选敲减mTOR基因细胞中表达上调最显著的基因及信号通路.利用细胞药物敏感试验筛选抑制率最高的通路抑制剂,用CCK-8实验进行细胞活性分析.结果 筛选出mTOR蛋白相对高表达的U87细胞建立mTOR基因敲减胶质瘤细胞模型.高通量测序共筛选出24528个新转录本和1906个差异表达基因,选取的log2|差异倍数|排在前12位的表达上调基因分别位于9条旁路激活通路.药物敏感试验结果显示信号转导因子和转录激活因子3(STAT3)通路抑制剂的抑制率最高,体外实验证实STAT3通路抑制剂可增强mTOR基因敲减对U87细胞增殖的抑制效果(P<0.05).结论 敲减人胶质瘤细胞mTOR基因能激活旁路信号通路,联合应用旁路激活通路抑制剂可增强肿瘤抑制效果.

神经行为毒性是神经科学、神经药理学和神经毒理学的重要研究内容,对评价生态系统质量和研究有害因素或药物在生物神经系统作用机制具有重要理论和应用价值.鱼类中枢神经系统发达,对水环境中化合物极为敏感,其神经系统能够对各种刺激产生综合协调的应答反应,影响其运动功能、应激反应以及学习/记忆,改变游泳行为和社会行为,产生神经行为异常,诱发神经行为毒性效应.近年来,许多研究者开展了一系列以鱼类为受试对象的神经行为毒性研究,表明鱼类是开展神经行为毒性研究的重要物种,其成果在生态环境监测和评价、渔业生产、神经系统机制探究及药物开发等方面得到了广泛应用.鱼类作为神经行为毒性研究的物种,补充经典哺乳动物模型的不足,提供了高通量体外细胞分析和经典哺乳动物模型之间的关键模型.文章从鱼类生物学特征、实验鱼类品系和全基因组测序3个方面阐明鱼类是开展神经行为毒性研究的重要物种,综述了微塑料及其吸附污染物、有机污染物2类典型污染物和酒精、咖啡因、苯二氮卓类药物、选择性血清素再吸收抑制剂4类药物对鱼类的游泳行为和社会行为影响,探讨鱼类产生剂量或时间依赖性的神经行为毒性效应,并对未来研究方向进行了分析展望,以期为神经行为毒性研究和应用提供参考依据.