什么是生物膜?
生物膜法是一种高效的废水处理方法,具有污泥量少,不会引起污泥膨胀,对废水的水质和水量的变动具有较好的适应能力,运行管理简单等特点。生物膜法是使微生物附着在载体表面上并形成生物膜,当污水流经载体表面时,污水中的有机物及溶解氧向生物膜内部扩散。膜内微生物在有氧存在的情况下对有机物进行分解代谢和机体合成代谢,同时分解的代谢产物从生物膜扩散到水相和空气中,从而使废水中的有机物得以降解。
活性污泥法和生物膜法的区别不仅仅是微生物的悬浮与附着之分,更重要的是扩散过程在生物膜处理系统中是一个必须考虑的因素。在生物膜反应器中,有机污染物、溶解氧及各种必须的营养物质首先要从液相扩散到生物膜表面,进而进到生物膜内部,只有扩散到生物膜表面或内部的污染物才有可能被生物膜内微生物分解与转化,最终形成各种代谢产物。另外,在生物膜反应器中,由于微生物被固定在载体上,从而实现了SRT与HRT(水力停留时间)的分离,使得增殖速率慢的微生物也能生长繁殖。因此,生物膜是一稳定的、多样的微生物生态系统。
1. 生物膜的形成原理
生物膜的形成过程是微生物吸附、生长、脱落等综合作用的动态过程。
首先,悬浮于液相中的有机污染物及微生物移动并附着在载体表面上;然后附着在载体上的微生物对有机污染物进行降解,并发生代谢、生长、繁殖等过程,并逐渐在载体的局部区域形成薄的生物膜,这层生物膜具有生化活性,又可进一步吸附、分解废水中有机污染物,直至最后形成一层将载体完全包裹的成熟的生物膜。
根据Characklis、Liu等人的研究,微生物膜的形成通常经历载体表面改良、可逆附着、不可逆附着、生物膜形成四个阶段,具体描述如下:
微生物在载体上的挂膜可分为微生物吸附和固着生长两个阶段。载体加入水体以后,首先进入吸附期。由图可见,有部分微生物和丝状物质已经附着在载体表面,附着了较多物质的位置往往是载体的凹处,不容易被水流剪切的地方。此时悬浮液中的微生物大量增长,出现较明显的一个污泥层。
经过不可逆附着以后,微生物在载体表面获得一个比较稳定的生长环境,在供氧和底物充足的情况下,吸附在载体上的污泥中的微生物很快就开始生长。下图为微生物在载体表面开始生长时的情景,由图可见到活性很好的钟虫和累枝虫。
随着培养驯化时间的增长,在载体表面生长的生物膜也迅速增长,逐渐覆盖整个载体表面,并开始增厚。但生物膜的生长并不均匀,在载体比较突出的地方,生物膜比较薄,而凹处则会长出相当繁盛的菌落,可见水力剪切对生物膜的生长具有重要的影响。在载体表面附着生长的微生物种类也很繁多,除了累枝虫、钟虫外,还可观察到丝状菌、球菌、杆菌等,还有一些游泳性的细菌在活动。如下图所示。随着载体上附着了越来越多的生物膜,载体的表观密度逐渐会下降,变得更轻,更容易流态化,同时在下降区的载体下降速度有所变慢。
2. 生物膜形成的影响因素
生物膜的形成与载体表面性质(载体表面亲水性、表面电荷、表面化学组成和表面粗糙度)、微生物的性质(微生物的种类、培养条件、活性和浓度)及环境因素(PH值、离子强度、水力剪切力、温度、营养条件及微生物与载体的接触时间)等因素有关。
2.1 载体表面性质
载体表面电荷性、粗糙度、粒径和载体浓度等直接影响着生物膜在其表面的附着、形成。在正常生长环境下,微生物表面带有负电荷。如果能通过一定的改良技术,如化学氧化、低温等离子体处理等可使载体表面带有正电荷,从而可使微生物在载体表面的附着、形成过程更易进行。载体表面的粗糙度有利于细菌在其表面附着、固定。
一方面,与光滑表面相比,粗糙的载体表面增加了细菌与载体间的有效接触面积;另一方面载体表面的粗糙部分,如孔洞、裂缝等对已附着的细菌起着屏蔽保护作用,使它们免受水力剪切力的冲刷。
研究认为,相对于大粒径载体而言,小粒径载体之间的相互摩擦小,比表面积大,因而更容易生成生物膜。另外,载体浓度对反应器内生物膜的挂膜也很重要。Wagner在用气提式反应器处理难降解物废水时发现,在载体质量浓度很低情况下,即使生物膜厚达295μm,还是不能达到稳定的去除率。但是,在载体浓度为20-30g/L时,即使只有20%的载体上有75μn厚的生物膜,反应器依然能达到稳定的(98%)去除率,COD负荷最高可达58kg/(m3·d)。
2.2 悬浮微生物浓度
在给定的系统中,悬浮微生物浓度反映了微生物与载体间的接触频度。一般来讲,随着悬浮微生物浓度的增加,微生物与载体间可能接触的几率也增加。许多研究结果表明,在微生物附着过程中存在着一个临界的悬浮微生物浓度;随着微生物浓度的增加,微生物借助浓度梯度的运送得到加强。
在临界值以前,微生物从液相传送、扩散到载体表面是控制步骤,一旦超过此临界值,微生物在载体表面的附着、固定受到载体有效表面积的限制,不再依赖于悬浮微生物的浓度。但附着固定平衡后,载体表面微生物的量是由微生物及载体表面特性所决定的。
2.3 悬浮微生物的活性
微生物的活性通常可用微生物的比增长率(μ)来描述,即单位质量微生物的增长繁殖速率。因此,在研究微生物活性对生物膜形成的最初阶段的影响时,关键是如何控制悬浮微生物的比增长率。研究结果表明,硝化细菌在载体表面的附着固定量及初始速率均正比于悬浮硝化细菌的活性。Bryers等人在研究异养生物膜的形成时也得出同样结果。影响悬浮微生物活性的因素主要有如下几种。
(1)当悬浮微生物的生物活性较高时,其分泌胞外多聚物的能力较强。这种粘性的胞外多聚物在细菌与载体之间起到了生物粘合剂的作用,使得细菌易于在载体表面附着、固定;
(2)微生物所处的能量水平直接与它们的增长率相关。当卢增加时,悬浮微生物的动能随之增加。这些能量有助于克服在固定化过程中微生物载体表面间的能垒,使得细菌初始积累速率与悬浮细菌活性成正比。
(3)微生物的表面结构随着其活性的不同而相应变化。Herben等人研究发现,悬浮细菌活性对细菌在载体表面的附着固定过程有影响,而且,细菌表面的化学组成、官能团的量也随细菌活性的变化有显著变化。同时,Wastson等人的研究表明,细胞膜等随悬浮细菌活性的变化而有显著变化。细菌表面的这些变化将直接影响微生物在载体表面的附着、固定。因此,通常认为,由悬浮微生物活性变化而引起的细菌表面生理状态或分子组成的变化是有利于细菌在载体表面附着、固定的。
(4)微生物与载体接触时间。微生物在载体表面附着、固定是—动态过程。微生物与载体表面接触后,需要一个相对稳定的环境条件,因此必须保证微生物在载体表面停留一定时间,完成微生物在载体表面的增长过程。
(5)水力停留时间(HRT)。HeUnen等人认为,HRT对能否形成完整的生物膜起着重要的作用。在其他条件确定的情况下,HRT短则有机容积负荷大,当稀释率大于最大生长率时,反应器内载体上能生成完整的生物膜。刊huis等人的试验证明了这种观点。在COD负荷为2.5kg/(m3·d),HRT为4h时,载体上几乎没有完整的生物膜,而水力停留时间为1h时,在相同的操作时间内几乎所有的载体上都长有完整的生物膜,且较高的表面COD负荷更易生成较厚的生物膜,即COD负荷越高,生物膜越厚。周平等人也通过试验证明了较短的水力停留时间有利于载体挂膜。
(6)液相pH值。除了等电点外,细菌表面在不同环境下带有不同的电荷;液相环境中,pH值的变化将直接影响微生物的表面电荷特性。当液相pH值大于细菌等电点时,细菌表面由于氨基酸的电离作用而显负电性;当液相pH值小于细菌等电点时,细菌表面显正电性。细菌表面电性将直接影响细菌在载体表面附着、固定。
(7)水力剪切力。在生物膜形成初期,水力条件是一个非常重要的因素,它直接影响生物膜是否能培养成功。在实际水处理中,水力剪切力的强弱决定了生物膜反应器启动周期。单从生物膜形成角度分析,弱的水力剪切力有利于细菌在载体表面的附着和固定,但在实际运行中,反应器的运行需要一定强度的水力剪切力以维持反应器中的完全混合状态。所以在实际设计运行中如何确定生物膜反应器的水力学条件是非常重要的。
生物膜法是一种高效的废水处理方法,具有污泥量少,不会引起污泥膨胀,对废水的水质和水量的变动具有较好的适应能力,运行管理简单等特点。生物膜法是使微生物附着在载体表面上并形成生物膜,当污水流经载体表面时,污水中的有机物及溶解氧向生物膜内部扩散。膜内微生物在有氧存在的情况下对有机物进行分解代谢和机体合成代谢,同时分解的代谢产物从生物膜扩散到水相和空气中,从而使废水中的有机物得以降解。
活性污泥法和生物膜法的区别不仅仅是微生物的悬浮与附着之分,更重要的是扩散过程在生物膜处理系统中是一个必须考虑的因素。在生物膜反应器中,有机污染物、溶解氧及各种必须的营养物质首先要从液相扩散到生物膜表面,进而进到生物膜内部,只有扩散到生物膜表面或内部的污染物才有可能被生物膜内微生物分解与转化,最终形成各种代谢产物。另外,在生物膜反应器中,由于微生物被固定在载体上,从而实现了SRT与HRT(水力停留时间)的分离,使得增殖速率慢的微生物也能生长繁殖。因此,生物膜是一稳定的、多样的微生物生态系统。
1. 生物膜的形成原理
生物膜的形成过程是微生物吸附、生长、脱落等综合作用的动态过程。
首先,悬浮于液相中的有机污染物及微生物移动并附着在载体表面上;然后附着在载体上的微生物对有机污染物进行降解,并发生代谢、生长、繁殖等过程,并逐渐在载体的局部区域形成薄的生物膜,这层生物膜具有生化活性,又可进一步吸附、分解废水中有机污染物,直至最后形成一层将载体完全包裹的成熟的生物膜。
根据Characklis、Liu等人的研究,微生物膜的形成通常经历载体表面改良、可逆附着、不可逆附着、生物膜形成四个阶段,具体描述如下:
微生物在载体上的挂膜可分为微生物吸附和固着生长两个阶段。载体加入水体以后,首先进入吸附期。由图可见,有部分微生物和丝状物质已经附着在载体表面,附着了较多物质的位置往往是载体的凹处,不容易被水流剪切的地方。此时悬浮液中的微生物大量增长,出现较明显的一个污泥层。
经过不可逆附着以后,微生物在载体表面获得一个比较稳定的生长环境,在供氧和底物充足的情况下,吸附在载体上的污泥中的微生物很快就开始生长。下图为微生物在载体表面开始生长时的情景,由图可见到活性很好的钟虫和累枝虫。
随着培养驯化时间的增长,在载体表面生长的生物膜也迅速增长,逐渐覆盖整个载体表面,并开始增厚。但生物膜的生长并不均匀,在载体比较突出的地方,生物膜比较薄,而凹处则会长出相当繁盛的菌落,可见水力剪切对生物膜的生长具有重要的影响。在载体表面附着生长的微生物种类也很繁多,除了累枝虫、钟虫外,还可观察到丝状菌、球菌、杆菌等,还有一些游泳性的细菌在活动。如下图所示。随着载体上附着了越来越多的生物膜,载体的表观密度逐渐会下降,变得更轻,更容易流态化,同时在下降区的载体下降速度有所变慢。
2. 生物膜形成的影响因素
生物膜的形成与载体表面性质(载体表面亲水性、表面电荷、表面化学组成和表面粗糙度)、微生物的性质(微生物的种类、培养条件、活性和浓度)及环境因素(PH值、离子强度、水力剪切力、温度、营养条件及微生物与载体的接触时间)等因素有关。
2.1 载体表面性质
载体表面电荷性、粗糙度、粒径和载体浓度等直接影响着生物膜在其表面的附着、形成。在正常生长环境下,微生物表面带有负电荷。如果能通过一定的改良技术,如化学氧化、低温等离子体处理等可使载体表面带有正电荷,从而可使微生物在载体表面的附着、形成过程更易进行。载体表面的粗糙度有利于细菌在其表面附着、固定。
一方面,与光滑表面相比,粗糙的载体表面增加了细菌与载体间的有效接触面积;另一方面载体表面的粗糙部分,如孔洞、裂缝等对已附着的细菌起着屏蔽保护作用,使它们免受水力剪切力的冲刷。
研究认为,相对于大粒径载体而言,小粒径载体之间的相互摩擦小,比表面积大,因而更容易生成生物膜。另外,载体浓度对反应器内生物膜的挂膜也很重要。Wagner在用气提式反应器处理难降解物废水时发现,在载体质量浓度很低情况下,即使生物膜厚达295μm,还是不能达到稳定的去除率。但是,在载体浓度为20-30g/L时,即使只有20%的载体上有75μn厚的生物膜,反应器依然能达到稳定的(98%)去除率,COD负荷最高可达58kg/(m3·d)。
2.2 悬浮微生物浓度
在给定的系统中,悬浮微生物浓度反映了微生物与载体间的接触频度。一般来讲,随着悬浮微生物浓度的增加,微生物与载体间可能接触的几率也增加。许多研究结果表明,在微生物附着过程中存在着一个临界的悬浮微生物浓度;随着微生物浓度的增加,微生物借助浓度梯度的运送得到加强。
在临界值以前,微生物从液相传送、扩散到载体表面是控制步骤,一旦超过此临界值,微生物在载体表面的附着、固定受到载体有效表面积的限制,不再依赖于悬浮微生物的浓度。但附着固定平衡后,载体表面微生物的量是由微生物及载体表面特性所决定的。
2.3 悬浮微生物的活性
微生物的活性通常可用微生物的比增长率(μ)来描述,即单位质量微生物的增长繁殖速率。因此,在研究微生物活性对生物膜形成的最初阶段的影响时,关键是如何控制悬浮微生物的比增长率。研究结果表明,硝化细菌在载体表面的附着固定量及初始速率均正比于悬浮硝化细菌的活性。Bryers等人在研究异养生物膜的形成时也得出同样结果。影响悬浮微生物活性的因素主要有如下几种。
(1)当悬浮微生物的生物活性较高时,其分泌胞外多聚物的能力较强。这种粘性的胞外多聚物在细菌与载体之间起到了生物粘合剂的作用,使得细菌易于在载体表面附着、固定;
(2)微生物所处的能量水平直接与它们的增长率相关。当卢增加时,悬浮微生物的动能随之增加。这些能量有助于克服在固定化过程中微生物载体表面间的能垒,使得细菌初始积累速率与悬浮细菌活性成正比。
(3)微生物的表面结构随着其活性的不同而相应变化。Herben等人研究发现,悬浮细菌活性对细菌在载体表面的附着固定过程有影响,而且,细菌表面的化学组成、官能团的量也随细菌活性的变化有显著变化。同时,Wastson等人的研究表明,细胞膜等随悬浮细菌活性的变化而有显著变化。细菌表面的这些变化将直接影响微生物在载体表面的附着、固定。因此,通常认为,由悬浮微生物活性变化而引起的细菌表面生理状态或分子组成的变化是有利于细菌在载体表面附着、固定的。
(4)微生物与载体接触时间。微生物在载体表面附着、固定是—动态过程。微生物与载体表面接触后,需要一个相对稳定的环境条件,因此必须保证微生物在载体表面停留一定时间,完成微生物在载体表面的增长过程。
(5)水力停留时间(HRT)。HeUnen等人认为,HRT对能否形成完整的生物膜起着重要的作用。在其他条件确定的情况下,HRT短则有机容积负荷大,当稀释率大于最大生长率时,反应器内载体上能生成完整的生物膜。刊huis等人的试验证明了这种观点。在COD负荷为2.5kg/(m3·d),HRT为4h时,载体上几乎没有完整的生物膜,而水力停留时间为1h时,在相同的操作时间内几乎所有的载体上都长有完整的生物膜,且较高的表面COD负荷更易生成较厚的生物膜,即COD负荷越高,生物膜越厚。周平等人也通过试验证明了较短的水力停留时间有利于载体挂膜。
(6)液相pH值。除了等电点外,细菌表面在不同环境下带有不同的电荷;液相环境中,pH值的变化将直接影响微生物的表面电荷特性。当液相pH值大于细菌等电点时,细菌表面由于氨基酸的电离作用而显负电性;当液相pH值小于细菌等电点时,细菌表面显正电性。细菌表面电性将直接影响细菌在载体表面附着、固定。
(7)水力剪切力。在生物膜形成初期,水力条件是一个非常重要的因素,它直接影响生物膜是否能培养成功。在实际水处理中,水力剪切力的强弱决定了生物膜反应器启动周期。单从生物膜形成角度分析,弱的水力剪切力有利于细菌在载体表面的附着和固定,但在实际运行中,反应器的运行需要一定强度的水力剪切力以维持反应器中的完全混合状态。所以在实际设计运行中如何确定生物膜反应器的水力学条件是非常重要的。
《细胞》:癌细胞的“飞升”之路!科学家揭秘幕后,没死透的癌细胞如何超越自我,变身“癌细胞plus”|奇点网
尼采说:杀不死我的,会让我更强大。
圣犹大儿童研究医院的Douglas R. Green和他的同事们通过促进癌细胞凋亡发现,那些逃过死亡存活下来的癌细胞发生不完全线粒体外膜通透(iMOMP),持续释放促凋亡因子细胞色素c。细胞色素c一方面促进这些癌细胞进入凋亡状态,另一方面还会激活整合应激反应(ISR)。
在这种情况下,细胞色素c介导的细胞整合应激反应超过细胞凋亡的效果,最终帮助这群癌细胞完成“绝地逢生”,成为持久存留细胞(persister cell)。
在这项研究中,研究者们使用两种BH3模拟物类抗肿瘤药物(ABT-737和S63845)来诱导癌细胞死亡,从而获得持久存留细胞。
他们先后在体外实验和小鼠体内实验(结直肠癌模型和肺癌模型)中,对持久存留细胞进行了一系列观察。结果显示,与未经处理的肿瘤细胞相比,死里逃生的肿瘤细胞的定植能力更强,转移能力更强,但增殖速度更慢。从耐药性上看,这些持久存留细胞不仅对BH3模拟物短暂耐受,对其它抗肿瘤药物如靶向药厄洛替尼(Erlotinib)、化疗药顺铂等,同样具有耐药性。更惊人的是,持久存留细胞不管是再次暴露于哪种抗肿瘤药物,活性都会进一步显著增强。
所以说,持久存留细胞这算是渡劫成功了么。回归正题,持久存留细胞究竟是如何“绝地逢生”的呢?
拿细胞凋亡来说,这种细胞死亡方式可由多种应激反应(致癌、代谢和遗传因素等)触发,也可由靶向于凋亡途径的药物如BH3模拟物来诱导发生。BH3模拟物靶向作用于BCL-2抗凋亡蛋白家族的效应蛋白BAX、BAK、BOK,致使其与抗凋亡蛋白解离并作用于线粒体,引起线粒体外膜通透(MOMP),导致线粒体膜间隙中的关键凋亡诱导因子细胞色素c释放,继而激活下游细胞凋亡通路。
有趣的是,在持久存留细胞中,研究者们确确实实观察到这些死亡“迹象”,如抗凋亡蛋白及其效应蛋白的解离、MOMP的发生、细胞色素c的释放。那么,到底是遗落了哪条线索?
借助基因敲除的技术,研究者们在人肺癌细胞(PC9)体外实验以及转录组学分析结果中观察到,持久存留细胞的表型及活性(定植及转移能力),依赖于BCL-2及其效应因子BAX、BAK、BOK的存在。
不仅如此,基于单细胞RNA测序(scRNA-seq)、拟时序分析(pseudotime)等方法,研究者们在持久存留细胞的形成过程中看出了端倪。
咱们前面提到,持久存留细胞的一大特征就是和未经过治疗的癌细胞基因表达谱相近,而研究者们发现这件事并非始终如一。相比于未经过治疗的癌细胞,BH3模拟物处理后第1天得到的持久存留细胞中,整合应激反应通路中的相关基因富集,但与细胞增殖(DNA复制、细胞周期)相关的基因表达水平减少,这些差异均在处理后的第3天、第7天逐渐缩小。
也就是说,持久存留细胞在早期形成阶段,除了发生细胞凋亡这一事件,整合应激反应也被短暂地激活。
也就是癌细胞死了,但没死透。
研究结果表明,在持久存留细胞中,发生的是不完全线粒体外膜通透(iMOMP),在这种情况下释放的细胞色素c能够同时打开两扇相互独立的“生死门”,一方面介导细胞凋亡,另一方面还会启动整合应激反应。
具体来看,整合应激反应可以看作是细胞的“检修”行为,当发生蛋白质稳态缺陷、营养缺乏、病毒感染和氧化应激等细胞内或细胞外的损伤时,通过对基因表达的重编程来恢复平衡,帮助细胞渡过难关。在持久存留细胞的早期形成阶段,也就是刚遭受抗肿瘤药物毒打的时候,依赖于iMOMP这一事件,细胞色素c通过激活蛋白HRI来激活整合应激反应,诱导细胞内转录激活因子4 (ATF4) 表达上调,继而导致促进细胞存活的基因以及阻止死亡的基因表达上调,把这些癌细胞从死亡边缘拉回来。
最后,研究者们在小鼠实验中通过诱导或敲除表达的方式,验证HRI、ATF4对于持久存留细胞侵袭性等表型的必要性。更重要的是,他们还收集癌症患者(肺癌、乳腺癌、胃癌、卵巢癌等)的病理样本进行分析发现,HRI在肿瘤组织中的表达明显高于正常组织,且不同患者个体间存在巨大差异,HRI高表达的患者生存率更低。
简而言之,Douglas R. Green及其同事揭示,持久存留细胞的早期形成依赖于iMOMP的发生和细胞色素c的释放,蛋白HRI和转录激活因子ATF4是细胞色素c启动癌细胞“自救系统”的关键。
对于这项研究成果,研究者们强调,“成功诱导癌细胞启动凋亡程序,并无法就此判决它们真正的死亡”。同时,这一结论也从新奇的角度为癌症治疗提供了潜在的药物靶点,或可通过干扰整合应激反应中的关键蛋白来抑制持久存留细胞的生成或活性,预防癌症复发等。
尼采说:杀不死我的,会让我更强大。
圣犹大儿童研究医院的Douglas R. Green和他的同事们通过促进癌细胞凋亡发现,那些逃过死亡存活下来的癌细胞发生不完全线粒体外膜通透(iMOMP),持续释放促凋亡因子细胞色素c。细胞色素c一方面促进这些癌细胞进入凋亡状态,另一方面还会激活整合应激反应(ISR)。
在这种情况下,细胞色素c介导的细胞整合应激反应超过细胞凋亡的效果,最终帮助这群癌细胞完成“绝地逢生”,成为持久存留细胞(persister cell)。
在这项研究中,研究者们使用两种BH3模拟物类抗肿瘤药物(ABT-737和S63845)来诱导癌细胞死亡,从而获得持久存留细胞。
他们先后在体外实验和小鼠体内实验(结直肠癌模型和肺癌模型)中,对持久存留细胞进行了一系列观察。结果显示,与未经处理的肿瘤细胞相比,死里逃生的肿瘤细胞的定植能力更强,转移能力更强,但增殖速度更慢。从耐药性上看,这些持久存留细胞不仅对BH3模拟物短暂耐受,对其它抗肿瘤药物如靶向药厄洛替尼(Erlotinib)、化疗药顺铂等,同样具有耐药性。更惊人的是,持久存留细胞不管是再次暴露于哪种抗肿瘤药物,活性都会进一步显著增强。
所以说,持久存留细胞这算是渡劫成功了么。回归正题,持久存留细胞究竟是如何“绝地逢生”的呢?
拿细胞凋亡来说,这种细胞死亡方式可由多种应激反应(致癌、代谢和遗传因素等)触发,也可由靶向于凋亡途径的药物如BH3模拟物来诱导发生。BH3模拟物靶向作用于BCL-2抗凋亡蛋白家族的效应蛋白BAX、BAK、BOK,致使其与抗凋亡蛋白解离并作用于线粒体,引起线粒体外膜通透(MOMP),导致线粒体膜间隙中的关键凋亡诱导因子细胞色素c释放,继而激活下游细胞凋亡通路。
有趣的是,在持久存留细胞中,研究者们确确实实观察到这些死亡“迹象”,如抗凋亡蛋白及其效应蛋白的解离、MOMP的发生、细胞色素c的释放。那么,到底是遗落了哪条线索?
借助基因敲除的技术,研究者们在人肺癌细胞(PC9)体外实验以及转录组学分析结果中观察到,持久存留细胞的表型及活性(定植及转移能力),依赖于BCL-2及其效应因子BAX、BAK、BOK的存在。
不仅如此,基于单细胞RNA测序(scRNA-seq)、拟时序分析(pseudotime)等方法,研究者们在持久存留细胞的形成过程中看出了端倪。
咱们前面提到,持久存留细胞的一大特征就是和未经过治疗的癌细胞基因表达谱相近,而研究者们发现这件事并非始终如一。相比于未经过治疗的癌细胞,BH3模拟物处理后第1天得到的持久存留细胞中,整合应激反应通路中的相关基因富集,但与细胞增殖(DNA复制、细胞周期)相关的基因表达水平减少,这些差异均在处理后的第3天、第7天逐渐缩小。
也就是说,持久存留细胞在早期形成阶段,除了发生细胞凋亡这一事件,整合应激反应也被短暂地激活。
也就是癌细胞死了,但没死透。
研究结果表明,在持久存留细胞中,发生的是不完全线粒体外膜通透(iMOMP),在这种情况下释放的细胞色素c能够同时打开两扇相互独立的“生死门”,一方面介导细胞凋亡,另一方面还会启动整合应激反应。
具体来看,整合应激反应可以看作是细胞的“检修”行为,当发生蛋白质稳态缺陷、营养缺乏、病毒感染和氧化应激等细胞内或细胞外的损伤时,通过对基因表达的重编程来恢复平衡,帮助细胞渡过难关。在持久存留细胞的早期形成阶段,也就是刚遭受抗肿瘤药物毒打的时候,依赖于iMOMP这一事件,细胞色素c通过激活蛋白HRI来激活整合应激反应,诱导细胞内转录激活因子4 (ATF4) 表达上调,继而导致促进细胞存活的基因以及阻止死亡的基因表达上调,把这些癌细胞从死亡边缘拉回来。
最后,研究者们在小鼠实验中通过诱导或敲除表达的方式,验证HRI、ATF4对于持久存留细胞侵袭性等表型的必要性。更重要的是,他们还收集癌症患者(肺癌、乳腺癌、胃癌、卵巢癌等)的病理样本进行分析发现,HRI在肿瘤组织中的表达明显高于正常组织,且不同患者个体间存在巨大差异,HRI高表达的患者生存率更低。
简而言之,Douglas R. Green及其同事揭示,持久存留细胞的早期形成依赖于iMOMP的发生和细胞色素c的释放,蛋白HRI和转录激活因子ATF4是细胞色素c启动癌细胞“自救系统”的关键。
对于这项研究成果,研究者们强调,“成功诱导癌细胞启动凋亡程序,并无法就此判决它们真正的死亡”。同时,这一结论也从新奇的角度为癌症治疗提供了潜在的药物靶点,或可通过干扰整合应激反应中的关键蛋白来抑制持久存留细胞的生成或活性,预防癌症复发等。
以前某首富说
年入两三百万的那些人更幸福
其实钱不是靠数字衡量的
是靠平衡状态衡量的
哪怕每天赚再多
没有爱没有生活没有时间没有健康···
幸福就跟你一毛钱关系没有
以当下货币价值
能做到稳定月入六位数
已经比很多人幸运了
前提是人生状态相对平衡
没有什么过份不正常方面
懂得知足懂得不断修行修心
多读读玄学经典
(非网上算命博主那类皮毛技术)
会知道人生很多事是注定的
一切皆【因】【果】
否则为什么有的人总能发财?
有的人就是发不了财?
甚至大部分股民热衷炒股
最好结果都是保住本金而已[伤心]
想靠炒股发财··先自问【因】在哪
#财经##开悟#
年入两三百万的那些人更幸福
其实钱不是靠数字衡量的
是靠平衡状态衡量的
哪怕每天赚再多
没有爱没有生活没有时间没有健康···
幸福就跟你一毛钱关系没有
以当下货币价值
能做到稳定月入六位数
已经比很多人幸运了
前提是人生状态相对平衡
没有什么过份不正常方面
懂得知足懂得不断修行修心
多读读玄学经典
(非网上算命博主那类皮毛技术)
会知道人生很多事是注定的
一切皆【因】【果】
否则为什么有的人总能发财?
有的人就是发不了财?
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最好结果都是保住本金而已[伤心]
想靠炒股发财··先自问【因】在哪
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