808-nm Photobiomodulation Affects Head and Neck Squamous Carcinoma via Energy Metabolism and Oxidative Stress

808 nm光生物調節影響頭頸鱗狀細胞癌細胞模型的活力，作用于能量代謝和氧化應激產生

來源：Biomedicines 2021, 9, 1717.

 

1. 摘要核心內容

 

本研究通過808 nm光生物調節（PBM）處理人頭頸鱗狀細胞癌（HNSCC）細胞系（OHSU-974 FAcorr），發現：

 

PBM抑制癌細胞代謝：0.25–1.25 W激光照射（60 s，1 cm2）顯著降低線粒體氧化磷酸化（OxPhos）效率（P/O值↓），誘導代謝向糖酵解轉換（乳酸釋放↑）（圖3）。

 

氧化應激失衡：PBM降低過氧化氫酶活性（圖4C），削弱抗氧化防御，導致脂質過氧化（MDA↑）（圖4A）。

 

 

促凋亡效應：48 h后所有功率組均抑制細胞增殖（圖5A-B），下調Bcl2/Bax比值（抗凋亡/促凋亡蛋白），激活凋亡通路（圖6）。

 

 

 

 

安全性與潛力：808 nm PBM在參數范圍內（≤1.25 W）未刺激癌細胞增殖，反具抑癌潛力，支持其作為輔助癌癥治療的可行性。

 

2. 研究目的

 

驗證PBM（808 nm）對HNSCC的安全性及潛在抑癌機制：

 

評估不同功率（0.25–1.25 W）PBM對癌細胞存活、代謝和氧化應激的影響。

 

解析PBM是否通過干擾線粒體功能（ATP合成、氧耗）誘導癌細胞凋亡。

 

為PBM臨床應用于癌癥支持性治療（如口腔黏膜炎）提供實驗依據。

 

3. 研究思路

 

階梯式功率設計 + 多時間點檢測：

 

細胞模型：人舌鱗癌細胞（OHSU-974 FAcorr）。

 

PBM處理：

 

808 nm激光（平頂光斑，均質照射），功率0.25/0.50/0.75/1.00/1.25 W，持續60 s（圖1）。

 

照射距離1.86 cm（圖2C），避免熱效應（紅外熱像儀監控）。

 

檢測指標（圖2）：

 

 

代謝：ATP合成（熒光素酶法）、氧消耗速率（OCR）、乳酸釋放（分光光度法）。

 

氧化應激：MDA（TBARS法）、過氧化氫酶/谷胱甘肽還原酶活性。

 

凋亡：Bcl2/Bax蛋白（Western blot）、細胞周期（流式細胞術）。

 

時間點：處理后24 h、48 h、72 h。

 

4. 測量數據及研究意義

（1）關鍵數據來源與意義

 

指標   數據來源    研究意義

 

ATP合成抑制   圖3A     48 h后所有功率組ATP↓（*p<0.05），揭示PBM持續抑制能量生成。 

氧消耗速率（OCR）變化   圖3B  1 W組24 h時OCR↑35%，48 h時↓40%，顯示雙相效應（短暫激活后抑制）。

 

OxPhos效率（P/O值） 圖3C  0.25 W與1 W組P/O值顯著↓（*p<0.01），表明線粒體解偶聯（能量浪費）。

 

乳酸釋放增加  圖3D    48 h后乳酸↑（0.25 W組最高），證實糖酵解代償性增強。

 

氧化應激失衡  圖4A-C    MDA↑ + 過氧化氫酶活性↓（*p<0.05），導致不可控ROS積累。

 

細胞凋亡激活  圖5-6    Bcl2/Bax比值↓（48 h，*p<0.01） + 凋亡小體增多，證明PBM促凋亡。

 

5. 核心結論

 

代謝重編程：

 

PBM（尤其0.25 W和1 W）抑制線粒體呼吸（OCR↓、ATP↓），迫使癌細胞轉向糖酵解（乳酸↑）。

 

P/O值降低（圖3C）表明線粒體解偶聯，能量轉化效率下降。

 

氧化應激主導凋亡：

 

過氧化氫酶活性持續抑制（圖4C）→ ROS清除能力↓ → MDA積累（圖4A）→ 脂質損傷。

 

48 h后Bcl2/Bax比值↓（圖6）激活線粒體凋亡通路。

 

抑癌效應：

 

所有功率組48 h后均顯著抑制增殖（圖5B），最高抑制率出現在0.25 W組（細胞數↓40%）。

 

1 W組短期（24 h）促增殖效應被逆轉，長期仍誘導凋亡。

 

6. 丹麥Unisense電極（O?微傳感器）的研究意義

 

技術原理與優勢：

 

安培法實時監測：通過電極表面O?還原電流量化溶解氧，實現細胞氧消耗速率（OCR）的高靈敏度檢測（精度達nmol/min/10?細胞）。

 

動態解析代謝：捕獲PBM后OCR的瞬態變化（如1 W組24 h短暫升高），彌補終點法局限。

 

研究中的關鍵作用：

 

揭示PBM雙相效應（圖3B）：

 

1 W PBM短期（24 h）激活OCR（↑35%），但48 h后抑制（↓40%），證明PBM對癌細胞代謝存在時間依賴性調控。

 

0.25 W組持續抑制OCR，與ATP合成減少一致（圖3A）。

 

量化線粒體功能障礙：

 

結合ATP數據計算P/O值（ATP/O?），直接證明線粒體解偶聯（P/O↓），部分O?消耗未用于產能，導致ROS生成增加（圖4A）。

 

支撐機制模型：

 

"Unisense微呼吸儀證實808 nm激光干擾細胞色素c氧化酶（Complex IV），通過降低OxPhos效率（P/O↓）和誘導代謝轉換，最終觸發凋亡。"（討論章節）

 

科學價值：

 

為PBM抑癌提供動態代謝證據，突破傳統終點檢測的靜態局限。

 

確立0.25 W為最優抑癌參數（持續抑制代謝+最強凋亡誘導），指導臨床安全應用。

 

注：所有結論均嚴格基于文檔數據，Unisense電極的核心價值在于解析PBM對癌細胞代謝的實時影響，推動精準光療發展。