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光疗法是一种非常重要的肿瘤治疗方法,包括光动力学、光热疗法及光免疫疗法等,其中多以红外光或者紫外光作为主要的治疗光源。蓝光是自然光线中的重要组成部分,其波长在400~495 nm之间。随着低能耗、高亮度的发光二极管(Light Emitting Diode,LED)在各领域的广泛应用,它作为冷光源具有相对较高的能量,也为生物医学领域提供了可应用的重要光源。目前蓝光在临床中已经广泛用于黄疸肝炎和痤疮等疾病的治疗。在生物基础研究方面,蓝光对多种肿瘤细胞的增殖抑制、凋亡、分化等相关机制的研究为蓝光作为一种新型的治疗方式应用于不同的肿瘤的临床治疗提供可能性。急性髓性白血病(Acute Myelocytic Leukemia,AML)是常见白血病的一种亚型,作为一种高度异质性和发展多样性的恶性克隆性血液疾病,目前AML的治疗方式主要以联合化疗为主。我国科学家用全反式维甲酸(all-trans retinoic acid,ATRA)联合砷剂等方法用于急性早幼粒白血病诱导分化治疗,取得了非常好的临床治疗效果。联合化疗的疗效虽然显著,但随着化疗次数的增加,患者最终出现耐药性、细胞毒性、骨髓抑制和感染风险的增加等问题,不能持续地对病人进行这种诱导化疗。因此,探究一种新型的治疗方法或者改进目前的化疗方法,是本领域重要的前沿课题。蓝光照作为一种重要的物理治疗手段,广泛地用于肿瘤抑制的基础研究。目前蓝光照B细胞淋巴瘤(A20)细胞、黑素瘤细胞(Melanoma cells)表现出明显的增殖抑制作用。本论文以蓝光LED作为光源,分别选择了AML-M3(HL60)、AML-M5(U937)、AML-M2(Kasumi-1)3类AML细胞模型,探究蓝光照对这三种代表性白血病细胞的增殖抑制及凋亡作用,同时将蓝光和常用的化疗药物、纳米药物等联合用于白血病细胞的增殖抑制及凋亡研究,以期为临床联合治疗白血病提供研究基础。主要研究内容及结果如下:1.HL60细胞是AML-M3型白血病代表性细胞株,将蓝光(Blue Light,BL)与生物相容性的纳米金刚石(ND)、ATRA药物联合(ATRA-BL-ND)用于HL60的体外细胞增殖抑制、凋亡研究。结果表明(1)蓝光照明显地增强HL60细胞增殖抑制和凋亡作用,细胞凋亡是通过活性氧(ROS)含量增加、抗凋亡基因B细胞白血病/淋巴瘤2(Bcl-2)mRNA表达降低及凋亡蛋白caspase-3活性增强共同诱导产生。(2)ATRA-BL-ND协同促进HL60细胞的增殖抑制作用,抑制率高达到75%,是ATRA药物组4.4倍,ATRA-BL-ND协同作用组引起的细胞增殖抑制可归因于蓝光和高生物相容性、高载药性的纳米金刚石协同作用。2.建立HL60细胞裸鼠移植瘤模型,研究蓝光照、ATRA-BL-ND协同作用对小鼠肿瘤的抑制作用。蓝光照在第7天即可达50%以上的抑瘤率,ATRA-BL-ND共同作用第7天即可达95%以上的肿瘤抑制率。体内实验证实了蓝光诱导HL60移植瘤的凋亡是通过线粒体凋亡途径实现的。而且从毒理学角度分析蓝光照并不会对HL60裸鼠产生毒性作用。该实验为临床发展高效低毒的白血病肿瘤治疗方法提供新思路。3.AML-M5型白血病具有弥漫性组织细胞淋巴瘤特点,U937细胞是该病代表性细胞株。蓝光照对U937细胞增殖抑制及凋亡作用研究表明,蓝光照能特异性抑制U937细胞增殖,促进细胞凋亡。其机制如下,蓝光照会引起细胞ROS的产生及Bcl-2凋亡基因家族的变化,进而增加线粒体膜通透性,引起线粒体进而膜电位(ΔΨ)的下降。以上系列的变化共同调控了促凋亡因子由线粒体释放到细胞质,促凋亡因子进一步诱导凋亡起始蛋白caspase-9和凋亡执行蛋白caspase-3的剪切激活,引起细胞最终凋亡的发生。我们将蓝光和常规药物高三尖杉酯碱(HHT)协同(HHT-BL)作用于U937细胞,蓝光诱导的细胞增殖抑制作用是HHT的2.2倍;HHT-BL协同作用获得比单独蓝光或HHT更高的增殖抑制率,通过ROS、ΔΨ、Bcl-2凋亡相关基因和caspase相关蛋白表达研究,确定HHT-BL通过线粒体凋亡途径协同促进细胞凋亡。4.AML-M2型白血病代表性细胞株是Kasumi-1细胞。蓝光可以显著地抑制细胞增殖(40%)。通过细胞凋亡、基因表达定量、蛋白活性、蛋白免疫印迹等实验可确定蓝光照诱导细胞凋亡,蓝光通过产生ROS凋亡信号分子在诱导细胞凋亡中具有重要的作用,凋亡蛋白caspase-3激活及其对PARP的剪切增强,证实蓝光通过依赖caspase蛋白的激活促进细胞凋亡。蓝光照诱导AML1-ETO致病融合基因及融合蛋白的表达下调,加入caspase抑制剂后,可以减少蓝光照诱导的融合蛋白的AML1-ETO表达下调,证明了融合蛋白AML1-ETO的降解依赖于蓝光诱导的caspase-3蛋白的激活。本文通过分子生物学等实验方法研究了蓝光对HL60、U937、Kasumi-1白血病细胞的增殖抑制及凋亡作用,在体外细胞实验中可产生较高的增殖抑制及凋亡作用,在体内抑瘤实验中实现了较高的抑瘤作用。另一方面,蓝光和药物/纳米药物复合物的联合应用,可以为临床治疗白血病提供一种降低药物毒性的协同治疗新方法。以上研究结果为实现蓝光在临床治疗白血病的应用中提供新思路和研究基础。