Hydrogen inhibits endometrial cancer growth via a ROS/NLRP3/caspase-1/GSDMD-mediated pyroptotic pathway

氫通過 ROS NLRP3 caspase-1 GSDMD 介導的焦亡途徑抑制子宮內膜癌生長

來源：Yang et al. BMC Cancer (2020) 20:28

 

1. 論文摘要核心內容

 

本研究首次證實 氫氣（H?）通過激活ROS/NLRP3/caspase-1/GSDMD通路誘導子宮內膜癌細胞焦亡（pyroptosis），從而抑制腫瘤生長：

 

分子機制：氫氣顯著上調細胞內活性氧（ROS）水平，激活NLRP3炎癥小體，促進caspase-1切割GSDMD蛋白，形成細胞膜孔洞，導致細胞焦亡（圖3-6）。

 

 

 

 

體外驗證：氫氣處理增加PI/TUNEL陽性細胞（圖5）、LDH釋放（圖6d-f）及IL-1β分泌（圖6g-i），而敲低GSDMD后焦亡被抑制（圖6）。

 

體內效果：飲用富氫水（HRW）的小鼠腫瘤體積和重量顯著減小（圖7a-c），腫瘤組織NLRP3/caspase-1/GSDMD表達升高（圖8）。

 

 

 

核心結論：氫氣通過誘導焦亡抑制子宮內膜癌生長，為臨床治療提供新策略。

 

2. 研究目的

 

1.驗證氫氣能否激活 焦亡通路（NLRP3/caspase-1/GSDMD）抑制子宮內膜癌。

2.闡明氫氣誘導焦亡的 分子機制（ROS依賴性）。

3.評估富氫水在 動物模型 中的抗腫瘤效果。

 

3. 研究思路

 

1.臨床樣本分析：

 

免疫組化（IHC）檢測人子宮內膜癌組織中NLRP3、caspase-1、GSDMD表達（圖2）。

 

2.體外機制驗證：

 

氫氣處理：Western blot分析焦亡蛋白表達（圖3）；DCFH-DA/MitoSOX檢測ROS（圖4b-d）。

 

功能實驗：PI/TUNEL染色（圖5）、LDH/IL-1β釋放（圖6）、GSDMD敲低（圖6a-c）。

3.體內療效評估：

 

構建人源腫瘤異種移植（PDX）小鼠模型，富氫水干預（圖7）。

 

活體成像監測腫瘤生長（圖7d-e），IHC分析腫瘤組織焦亡蛋白（圖8）。

 

4. 關鍵數據及研究意義

(1) 焦亡蛋白在子宮內膜癌中高表達（圖2, 表1）

 

 

數據：

 

IHC顯示86.7%癌組織高表達NLRP3/GSDMD，80%高表達caspase-1（vs. 正常組織）。

 

意義：首次證實子宮內膜癌存在焦亡現象，為靶向治療提供依據。

 

(2) 氫氣激活ROS-焦亡通路（圖3-4）

 

 

數據：

 

Western blot：氫氣處理上調NLRP3、ASC、caspase-1、GSDMDNterm（圖3a-c）。

 

ROS檢測：氫氣顯著增加細胞內ROS（DCFH-DA）和線粒體ROS（MitoSOX）（圖4b-d）。

 

意義：揭示氫氣通過ROS-NLRP3軸觸發焦亡的核心機制。

 

(3) 焦亡表型驗證（圖5-6）

 

 

數據：

 

PI/TUNEL陽性細胞增加（圖5a-e），LDH/IL-1β釋放升高（圖6d-i）。

 

GSDMD敲低后焦亡被抑制（圖6f,i）。

 

意義：明確GSDMD是焦亡執行者，氫氣通過其介導細胞裂解。

 

(4) 體內抗腫瘤效果（圖7-8）

 

 

數據：

 

富氫水組小鼠腫瘤體積減小（圖7a-b），活體成像顯示輻射強度（ROI）降低（圖7d-e）。

 

腫瘤組織NLRP3/caspase-1/GSDMD表達增強（圖8）。

 

意義：富氫水通過焦亡通路抑制腫瘤生長，具臨床轉化潛力。

 

5. 結論

 

1.氫氣誘導焦亡：通過ROS/NLRP3/caspase-1/GSDMD通路觸發子宮內膜癌細胞焦亡。

2.體內有效性：富氫水顯著抑制小鼠移植瘤生長，伴隨焦亡蛋白表達升高。

3.治療潛力：氫氣為子宮內膜癌提供了一種安全、新型的治療策略。

 

6. 丹麥Unisense電極的核心價值

(1) 技術應用背景

 

 

精確控氫：使用Unisense H?微傳感器（檢測限0.3 μM）實時監測溶解氫濃度（方法部分）。

 

關鍵作用：確保體外實驗中氫氣處理濃度準確（H-CM中溶解氫濃度0.7 mM），為機制研究提供 可重復的氫氣暴露條件。

 

(2) 科學意義

 

 

排除濃度偏差：Unisense數據證實氫氣處理濃度的一致性（圖未直接展示，但為所有體外實驗基礎），避免因濃度波動導致的結論偏差。

 

支持機制可靠性：精確的氫氣濃度控制是ROS累積（圖4）和焦亡激活（圖5-6）的前提，保障后續分子機制數據的可信度。

 

(3) 研究啟示

 

 

技術必要性：在氫氣醫學研究中，Unisense電極的 高靈敏度 與 實時監測能力 是連接氣體處理與細胞響應的關鍵工具。

 

標準化價值：為氫氣治療研究設立濃度控制金標準，推動結果跨平臺可比性。

 

總結

 

本研究通過 Unisense電極的精準氫濃度監測，結合多尺度實驗，首次揭示氫氣通過激活焦亡通路抑制子宮內膜癌的機制。其技術貢獻在于：

 

1.機制可信度保障：Unisense確保氫氣處理濃度精確可控，為ROS-焦亡通路激活提供基礎。

2.轉化醫學意義：富氫水在動物模型中的有效性（圖7）為臨床氫氣治療子宮內膜癌奠定實驗基礎。

3.方法論示范：Unisense在氣體治療研究中的成功應用，為類似研究提供技術范本。

 

這一工作不僅拓展了氫氣抗癌的機制認知，也為子宮內膜癌治療提供了新思路。