貧血是世界范圍內的主要公共衛生問題之一，其患病率已超過30%。值得注意的是，貧血困擾著40-64%的惡性腫瘤患者，造成他們生活質量下降，對放化療治療耐受性差，甚至生存期縮短。目前，促紅細胞生成素(EPO)及其類似物是臨床上治療貧血的主要藥物。然而，研究表明，EPO在治療貧血的同時，也造成腫瘤的增殖和轉移，從而加劇乳腺癌、卵巢癌等腫瘤進展，這極大地限制了腫瘤患者的貧血治療選擇。因此，迫切需要開發新型藥物以治療癌癥相關貧血。

　　碳點(CDs)憑借其光學特性和結構特點，已成為潛在的生物醫學材料。CDs的結構特性可使其易于被修飾，從而賦予抗癌或抗炎功能。優良的光學性能和光敏性使CDs在低功率密度激光照射下產生更高的熱量，可進行電子或能量轉移反應，能夠用于光熱療法和靶向殺傷腫瘤細胞。最新研究表明，CDs還具有直接的生物治療效果，有望應用于帕金森病和各種癌癥治療。

　　近日，鄭州大學張世杰、盧思宇教授和紐約血液中心安秀麗教授合作，在Advanced Materials期刊發表了題為：Carbon dots as a potential therapeutic agent for the treatment of cancer-related anemia的研究。

　　該研究利用紅棗為反應前驅體制備了紅棗衍生碳點(J-CDs)，借助體內、外實驗揭示了J-CDs可以通過調節低氧誘導反應和增加STAT5的磷酸化水平，刺激紅系祖細胞的自我更新，最終促進紅細胞有效生成;此外，J-CDs不影響腫瘤細胞的增殖和轉移。

　　由于生物碳點具有眾多優良特性，并且大棗在傳統中醫中被認為是經典補血藥物，所以，作者選取大棗作為碳源合成J-CDs。評估J-CDs的各項參數，證明J-CDs成功制備(圖1)。首先，作者使用體外紅系誘導分化體系評估J-CDs對人紅細胞生成的影響，發現J-CDs對紅系增殖的促進作用僅限于紅系祖細胞階段，因此，推測J-CDs可能促進紅系祖細胞(BFU-E和CFU-E)的自我更新能力。為了驗證該猜想，作者利用分選的BFU-E和CFU-E細胞進行了克隆形成能力檢測，結果表明J-CDs有效增強了BFU-E和CFU-E細胞的克隆形成能力。隨著紅系分化，CFU-E進一步分化進入終末紅系發育階段，依次產生原始紅細胞(Pro)、早幼紅細胞(Baso)、中幼紅細胞(Ploy)、晚幼紅細胞(Ortho)和網織紅細胞(Retic)。因此，作者接下來研究了J-CDs對終末紅系分化的影響，結果發現：J-CDs雖然顯著促進人類紅系祖細胞的增殖，但是不影響終末紅系分化和成熟紅細胞的正常生成。

　　圖1

　　此外，作者進一步在體內評估了J-CDs對小鼠紅細胞生成的影響(圖2左)。結果發現：J-CDs處理的小鼠其外周血中的紅細胞、血紅蛋白水平、紅細胞壓積以及網織紅細胞比例均顯著增加。對骨髓造血進行檢測發現：J-CDs處理后，小鼠的Ter119+細胞(終末發育階段的紅細胞)顯著增加。使用CD44與Ter119表面標志進行流式分析證實：J-CDs處理的小鼠骨髓中pro：baso：poly：ortho仍為1:2:4:8的正常比例。作為成年小鼠的另一個重要造血器官，脾臟是應激性紅細胞生成的主要部位。J-CDs處理造成小鼠脾臟中的有核紅細胞顯著升高，應激造血明顯。此外，J-CDs治療對小鼠的腦、心、肺和肝的形態并沒有影響。

　　那么J-CDs對體內紅系造血的促進，是否同樣由于J-CDs對紅系祖細胞的促進作用?實驗證實，骨髓中分選的BFU-E與CFU-E在經過J-CDs處理后，形成的克隆數量增加、克隆尺寸變大，與體外結果一致。有趣的是，J-CDs對造血干/祖細胞和其他譜系細胞均沒有明顯影響，只特異性促進小鼠紅系祖細胞的增殖。

　　圖2

　　目前，EPO已廣泛應用于貧血的臨床治療，但近年來多篇報道表明EPO可促進卵巢癌、乳腺癌及多種癌癥的進展，而這使得EPO被限制應用于相關病種。那么作為同樣可以促進紅細胞生成的J-CDs是否影響癌癥的進展?為排除這一疑慮，作者使用卵巢癌(A2780和SKOV3細胞系)、乳腺癌(MDA-MB-231和MCF7細胞系)以及異種移植模型來驗證J-CDs對腫瘤進展的影響(圖2右)。結果證實J-CDs并不影響卵巢癌、乳腺癌等的腫瘤增殖，同時也不影響卵巢癌細胞荷瘤小鼠的存活率。研究證實，EphB4是EPO在卵巢癌和乳腺癌中的直接受體，通過促進STAT3的磷酸化造成腫瘤進展。因此，作者進一步檢測了J-CDs對STAT3磷酸化水平的影響。結果顯示J-CD不影響卵巢癌和乳腺癌細胞中STAT3的磷酸化水平。

　　為探索J-CDs促進紅系祖細胞自我更新的分子機制，該研究檢測并分析J-CDs組與對照組分選的CFU-E細胞的RNA-seq數據。結果發現，J-CDs處理后CFU-E細胞中上調最明顯的通路是對低氧誘導的反應。這一通路協調了EPO的產生、鐵的攝取和利用，以及骨髓微環境的調節，以最終促進紅系祖細胞增殖。此外，通過評估JAK2/STAT5、PI3K/AKT和RAS/ERK級聯信號通路，作者發現J-CDs治療僅僅顯著增加人類紅系細胞與小鼠骨髓Ter119+細胞中STAT5的磷酸化水平，對ERK和AKT的磷酸化水平并沒有明顯影響。以上結果表明J-CDs促進紅系細胞增殖，并不是通過誘導缺氧來增加EPO水平，而是通過一種不涉及EPO的特殊機制。

　　綜上所述，該研究利用紅棗合成了獨特的J-CDs生物碳點，發現J-CDs對紅細胞的產生有顯著的促進作用，但對HSC穩態、造血祖細胞的定向分化或其他譜系細胞的發育沒有影響，只特異性地促進紅系祖細胞的自我更新能力。并利用體內、外實驗證實了J-CDs對卵巢癌和乳腺癌等的進展沒有明顯的影響。最后，機制研究證明，J-CDs通過調節低氧應答途徑和上調STAT5的磷酸化水平來促進紅系祖細胞的增殖。該研究為貧血治療，特別是癌癥相關貧血的治療提供新的選擇。