Adv Sci | 光催化邻近标记解码细菌-宿主癌细胞相互作用及机制

肿瘤微环境中，细菌与宿主癌细胞间的动态互作深刻影响肿瘤的发生与演进，同时也构成了细菌介导肿瘤治疗的重要干预靶点。然而，传统研究手段如体外共培养、显微成像、转录组测序及生物信息预测，多限于定性判断二者是否存在关联，难以捕捉细胞界面瞬时且微弱的分子接触事件，更无法对互作强度进行精确量化，这在很大程度上制约了肿瘤微生物学机制解析及相关药物研发进程。

近日，东北林业大学食品与健康学院邱爽副教授团队在Advanced Science期刊上发表了题为Use of the“Ru-1O2-Hydrazide”System Catalyzed by Metallic Ruthenium Complex to Decipher the Interaction Between Microbes and Host Cancer Cells的研究文章。该研究构建了一种基于光催化邻近标记体系，无需基因编辑即可特异性捕获并定量分析细菌与宿主癌细胞的互作，为肿瘤微生物研究和抗肿瘤药物筛选提供了全新的技术平台。

研究团队设计了一种无损且具广谱适用性的细菌标记策略，利用NHS活化酯与革兰氏阳性菌表面蛋白氨基及革兰氏阴性菌肽聚糖游离氨基共价偶联，将Ru(bpy)₃²⁺稳定锚定于大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等菌体表面。系列验证表明，金属钌配合物以共价形式结合于菌体表面而非物理吸附，且修饰后细菌生长活性未受明显影响；在450 nm蓝光照射5分钟条件下，可有效触发生物素酰肼底物的标记反应。为验证该体系跨细菌标记细胞的可行性，研究人员以金黄色葡萄球菌感染HeLa细胞为经典模型。共培养标记后，HeLa细胞的生物素阳性标记率达82.4%，而未负载金属钌配合物的对照组仅为9.24%，表明该体系能够特异性标记与细菌直接接触的肿瘤细胞，且不会发生催化剂在细胞间的转移。

在互作强度定量方面，研究构建了梯度阻断模型：HeLa细胞表面α5β1整合素作为金葡菌FnBP黏附蛋白的关键受体，通过梯度CD29阻断抗体可线性下调细胞结合能力。结果显示，HeLa细胞生物素阳性比例与整合素阻断程度呈显著线性相关（R²=0.97068）；同时，改变共培养时间及细菌接种比例所构建的梯度黏附模型中，生物素标记信号亦与细菌黏附量高度一致，充分证明该体系可作为定量标尺，精准评估细菌与宿主癌细胞间的结合强度。该体系还展现出优异的细胞选择性分辨能力，能够清晰区分金黄色葡萄球菌对上皮细胞与免疫细胞的感染偏好差异，同时也可适用于原代小鼠脾淋巴细胞等原代细胞的细菌互作研究，具有良好的普适性。

借助流式分选，研究人员将标记后HeLa细胞分为生物素阳性（与金黄色葡萄球菌直接互作）与阴性（未接触细菌）两群，进行批量RNA测序以解析金黄色葡萄球菌与HeLa细胞的互作机制。相较旁观者细胞，互作阳性细胞高表达TUBA1B-AS1、UBE2C、CDK1等促癌增殖基因，低表达DYNC1H1、C3等补体相关基因；通路富集分析显示增殖、恶性转化及补体免疫应答通路被激活，证实金黄色葡萄球菌接触可直接增强HeLa细胞恶性表型并激发抗感染免疫。

针对微环境中金属离子调控黏附的作用，团队利用该体系搭建了高通量评价平台，系统检测多种离子对金黄色葡萄球菌-HeLa互作的影响。研究发现Mn²⁺能显著降低金黄色葡萄球菌对HeLa细胞的侵袭，使HeLa细胞生物素阳性率从85.9%降至14.9%；转录组GSEA分析表明Mn²⁺可下调致癌基因表达、激活泛素化通路，从而抑制细胞增殖与侵袭；流式梯度实验进一步验证其剂量依赖性阻断效果，提示Mn²⁺可逆转细菌诱导的肿瘤恶性表型，为金属离子辅助抗肿瘤及抑制菌群定植提供了新思路。

综上所述，该研究将光催化邻近标记技术成功拓展至微生物-宿主细胞互作的定量研究领域，并结合转录组测序系统解析二者间的分子调控机制，构建了可高效评估金属离子及药物调控效应的标准化研究平台。该工具不仅为解析肿瘤免疫微环境中微生物-宿主细胞跨界互作提供了新型化学生物学手段，也为靶向调控药物的高通量筛选提供了有力支撑。未来可进一步依托该平台开展林源活性成分介导微生物-宿主细胞互作的相关研究，深入探究其在肿瘤免疫及食品免疫中的功能活性与作用机制。

东北林业大学邱爽副教授、赵修华教授和湖北大学青年教师李享博士为本文通讯作者；东北林业大学2023级硕士研究生孙阿敏和2024级硕士研究生王凯虹为共同第一作者。

原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.76240

制版人：十一

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