生物信息挖掘抗体复合稀土NIR II探针用于肺癌诊断和术中导航

最近，西安电子科技大学吕锐婵教授（点击查看介绍）及团其队（生物材料与信息转化BIT实验室）将稀土NIR II复合抗体用于肺癌的生物成像和术中导航。

肺腺癌LUAD总生存率低于15%，且其分子机制尚不清楚。虽然高通量测序和公共数据库等生物信息学的工作已经广泛开展，但目前仍然存在局限性：之前的研究主要基于公共数据库的数据挖掘，对结果一般不进行实验验证；只有选定的、突变较高的数据被认为是重要的，研究主要集中在单个分子的研究上，很少关注功能信息；肺癌不同分期之间的差异研究也很少。众所周知，LUAD一般分为四期，第一二期早期诊疗会取得良好的治疗效果。因此，如果在早期发现LUAD与正常样本的差异，将有利于更好预后。LUAD的早期诊断除了要找到准确的靶点外，如何精确标记对提高其治疗效果也至关重要。荧光成像作为一种重要的光学成像，在肿瘤诊断和手术导航中发挥着重要作用。在这个研究中，作者采用生物信息挖掘LUAD靶点，将其对应抗体复合在稀土探针上，用于LUAD的皮下瘤诊断和肺原位瘤术中导航（示意图如图１所示）。

图1. 生信挖掘肺癌靶点及其对应抗体复合稀土探针后用于肺癌成像。

采用加权基因共表达网络分析WGCNA（图2）寻找肺腺癌最相关的关键基因，得到与肿瘤发生关联的核心基因（阴性：CLEC3B、MFAP4、PECAM1和FHL1;阳性：CCNB2、CDCA5、HMMR和TOP2A），并且在不同公共数据库中使用不同突变病患的生存率、转录水平、组织免疫组化信息对结果进行验证。然后，将临床上LUAD高表达的CCNB2和TOP2A进行试验验证，并将其对应抗体修饰在稀土荧光材料上。

图2. WGCNA的构建及关键模块的识别。（A） 基于软阈值强度的样本聚类。（B） 基因簇图。（C） 共表达基因的相互作用。（D） 基因模块与不同表型的热图。

不同粒径、不同掺杂的稀土形貌图、发光光谱及能级图如图3所示。稀土发光有以下优点：（1）物理化学稳定，长期照射，不漂白，不淬火。（2）发射波段可调，激发光与发射光分离，易于识别。UCL的反stokes位移较大，而DCL的stokes位移可调，易于识别。（3）近红外光的激发光位于生物窗口内，几乎完全避免了自动发光的干扰。（4）发射的近红外荧光穿透更深，散射光更低。合成的NaYF4:Yb,Er,Eu@NaYF4:Nd（简称NYF:Eu NPs）具有可见光区下转换荧光、可见光区上转换发光、近红外二区NIR II发光多模态光学成像特性，尺寸均匀，NIR II成像穿透力（低功率下9 mm）和灵敏度均有所提高。

图3.（A）不同粒径稀土探针的形貌图。（B-D）不同掺杂探针的NIR II光谱及寿命。分别掺杂（E）Ce和Eu后稀土上转换发光和（F）下转换NIR II光谱及能级图。

当NYF:Eu NPs探针与挖掘的阳性hub基因（如TOP2A和CCNB2）的抗体结合时，肺癌细胞和体内动物实验显示出具有很好的靶向成像。与其他癌细胞（比如鼠源4T1）和正常细胞相比，所设计的纳米探针可以很好地在人缘肺癌细胞A549病灶显影（稀土下转换荧光靶向图如图4A）；并且能够用于肺原位肿瘤的可视化手术导航（稀土下转换NIR II靶向图如图4B）。这种抗体与光学探针相结合的策略为精确医学提供了光学成像方法，如果能够进一步提高灵敏度，将有望真正用于早诊和术中导航。

图4. （A）靶向荧光成像（皮下肺癌）及（B）术中导航（原位肺癌）。

以上成果发表在Analytical Chemistry 上，得到了陕西省肿瘤医院吕卫东医生的临床分析指导，文章的第一作者为西安电子科技大学的吕锐婵教授、博士研究生王燕兴、林碧、硕士研究生彭向荣。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Targeted Luminescent Probes for Precise Upconversion/NIR II Luminescence Diagnosis of Lung Adenocarcinoma

Ruichan Lv*, Yanxing Wang, Bi Lin, Xiangrong Peng, Jun Liu, Wei-dong Lü, Jie Tian*

Anal. Chem., 2021, DOI: 10.1021/acs.analchem.1c00374

导师介绍

吕锐婵

https://www.x-mol.com/university/faculty/215068