硫黄をドープした炭素ドットはPI3K/Aktシグナル伝達経路を介して光線力学的治療を強化する

Sulphur doped carbon dots enhance photodynamic therapy via PI3K/Akt signalling pathway.

• Yanjing Li
• Shihong Wu
• Junjiang Zhang
• Ronghui Zhou
• Xiaoxiao Cai

抄録

目的:

光力学的治療（PDT）は癌治療のための有望なアプローチであり、PDTのメカニズムを研究するための基礎となるシグナル伝達経路の変化の研究が行われてきたが、主に有機光増感剤（PS）に限定されている。また、より高い酸素量子収率を持つナノPSについては、そのメカニズムの研究はほとんど行われておらず、臨床応用には限界がありました。また、がん細胞で最も頻繁に活性化されているPI3K/Aktシグナル伝達経路は、がん細胞の生存を促進する可能性がありますが、これまでのナノPSを用いたPDT研究ではほとんど報告されていませんでした。

OBJECTIVES: Photodynamic therapy (PDT) is a promising approach for cancer treatment, and the underlying signalling pathway changes has been carried out for studying the PDT mechanisms, but is majorly limited to organic photosensitizers (PSs). For the emerging nano-PSs typically possessing higher O quantum yield, few mechanistic studies were carried out, which limited their further applications in clinical therapeutics. PI3K/Akt signalling pathway, a most frequently activated signalling network in cancers, could promote cancer cell survival, but was seldom reported in previous PDT studies mediated by nano-PSs.

材料と方法:

硫黄ドープカーボンドット(S-CDs)は、水熱合成ルートで調製し、透過電子顕微鏡、X線光電子分光法などで特徴付けを行った。癌細胞の死滅を示すためにCCK-8アッセイとアネキシンV/PI染色を行い、その根底にあるメカニズムを探るためにウエスタンブロット、RT-PCR、免疫蛍光を用い、PI3K/Aktやその他のシグナル伝達経路の変化をウエスタンブロットで検出した。

MATERIALS AND METHODS: Sulphur doped carbon dots (S-CDs) was prepared via a hydrothermal synthetic route and was characterized by transmission electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and so on. CCK-8 assay and Annexin V/PI staining were performed to demonstrate the death of cancer cells, Western blot, RT-PCR and immunofluorescence were employed to explore the underlying mechanism, and variation of PI3K/Akt and other signalling pathways was detected by Western blot.

結果:

S-CDsの合成に成功し、従来の有機PSに比べてはるかに効率的であった。S-CDsは、いくつかのシグナル伝達経路を介してBcl-2ファミリータンパク質やカスパーゼカスケードのバランスを崩すことで、ミトコンドリアを介したアポトーシスを介して癌細胞死を誘導することができた。低濃度のS-CDsは効果的にPI3K/Akt経路を阻害し、一方では癌細胞の生存を阻害し、他方では細胞のアポトーシスを促進し、p38/JNK経路を促進した。

RESULTS: S-CDs was successfully synthesized, and it was much more efficient compared with classic organic PSs. S-CDs could induce cancer cell death through mitochondria mediated cell apoptosis with the imbalance of Bcl-2 family proteins and caspase cascade via several signalling pathways. Low concentration of S-CDs could effectively inhibit PI3K/Akt pathway and promote p38/JNK pathway, on one way inhibiting cancer cell survival and on the other way promoting cell apoptosis.

結論:

本研究では、S-CDがPI3K/Akt経路の阻害剤として作用し、既存の光増感剤よりも高いPDT性能を発揮することを明らかにした。

CONCLUSIONS: Herein, we found that S-CDs acted as an inhibitor of the PI3K/Akt pathway for efficient cancer cell killing, thus yielding in a higher PDT performance over the existing photosensitizers.

© 2020 The Authors. Cell Proliferation Published by John Wiley & Sons Ltd.