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为解决恶性黑色素瘤（MM）治疗手段有限的问题，研究人员开展了石墨烯介导的远红外辐射（FIR）对 MM 治疗效果及机制的研究。结果表明 FIR 可抑制 MM 细胞增殖、诱导凋亡等。该研究为 MM 治疗提供新思路，奠定临床应用理论基础。
恶性黑色素瘤（Malignant melanoma，MM）是一种极具侵袭性的皮肤肿瘤，发病率不断攀升且预后较差。当前，手术、靶向治疗、免疫治疗和放疗等虽有一定疗效，但对于老年患者和转移性疾病患者而言，治疗选择依然有限。在这样的困境下，探寻新的治疗策略迫在眉睫。
为了攻克这一难题，厦门大学等机构的研究人员开展了关于石墨烯介导的远红外辐射（Far-infrared radiation，FIR）对 MM 治疗效果及机制的研究。研究发现，FIR 能够显著抑制 MM 细胞的增殖，诱导细胞凋亡，引发细胞周期停滞，并加剧缺氧应激。这一研究成果发表在《BMC Cancer》杂志上，为 MM 的治疗带来了新的希望，也为 FIR 在癌症治疗领域的临床应用奠定了理论基础。
研究人员采用了多种关键技术方法。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜和拉曼光谱对材料进行表征；利用 RNA 测序（RNA-seq）分析相关信号通路；借助细胞增殖实验（如 CCK-8 法）、细胞凋亡检测（如 Annexin V-FITC 和 PI 染色结合流式细胞术）、免疫荧光染色和 Western blotting 等技术检测细胞相关指标变化，还建立了 C57BL/6J 小鼠的同基因肿瘤移植模型来验证 FIR 的体内抗肿瘤效果。
时间依赖性抑制 B16F10 细胞增殖
研究人员以 B16F10 黑色素瘤细胞系为实验模型，研究 FIR 对其增殖的影响。实验中使用的石墨烯薄膜通电后可发射波长范围为 2.5 至 25 微米的 FIR。通过测量不同温度下的功率密度，确定了32.8 mW/cm2为最佳处理条件。在此条件下，处理 45 分钟时，B16F10 细胞活力下降最为显著，细胞增殖活性降低了 67.55 ± 1.58% ，同时乳酸脱氢酶（LDH）释放增加，表明细胞膜受损。而对人皮肤成纤维细胞（HFF）和永生化人表皮细胞（HaCaT）的研究发现，FIR 对正常表皮细胞生长的抑制作用极小，这说明在有效抑制黑色素瘤生长的 FIR 参数下，对正常表皮细胞的损伤风险可忽略不计。
转录组分析 FIR 对黑色素瘤细胞的影响
为探究 FIR 诱导黑色素瘤细胞死亡的分子机制，研究人员运用 RNA-seq 技术进行了系统的基因表达分析。热图分析显示，FIR 处理后，肿瘤细胞中促凋亡基因如 Bax、p53 和 PARP 上调，抗凋亡基因如 Bcl-2、Birc 和 Tmbim6 下调，这表明 FIR 可能激活了肿瘤细胞的凋亡途径。同时，缺氧相关基因如 Higd2a、VEGFα 和 HIF-1α 受到抑制，说明 FIR 干预可能降低 MM 细胞的缺氧适应性。细胞周期调节基因如 CDK1、E2F 和 CDC15 的表达也呈下降趋势，暗示 FIR 可能通过干扰细胞周期进程来抑制肿瘤细胞增殖。此外，基因本体论（GO）分析、京都基因与基因组百科全书（KEGG）和基因集富集分析（GSEA）表明，FIR 处理对调节细胞增殖和死亡的信号通路，包括凋亡、细胞周期和缺氧应激等，具有显著影响。
FIR 诱导 B16F10 细胞凋亡的机制
FIR 处理后，B16F10 细胞的凋亡率达到 56.8 ± 3.3% ，共聚焦显微镜观察到 TUNEL 染色阳性细胞增多，这些结果都证实了 FIR 可诱导 B16F10 细胞凋亡。进一步研究发现，FIR 处理后，细胞线粒体膜电位（MOMP，△Ψm）降低，导致线粒体内容物泄漏到细胞质中。免疫荧光染色显示，B16F10 细胞中正常的管状线粒体网络被破坏，细胞色素 c 和 Bax 从线粒体转移到细胞质，使细胞质中细胞色素 c 含量显著增加。对细胞凋亡相关的 Caspase 酶活性检测发现，FIR 处理后，Caspase-3 和 Caspase-9 的活性显著增加，而外源性凋亡途径中的关键酶 Caspase-8 活性未发生变化。Western blot 分析也表明，FIR 处理组中 Bax 和细胞色素 c 等内源性凋亡途径关键蛋白上调，同时出现 Caspase-3 和 Caspase-9 的裂解片段，Caspase-3 的激活还导致 PARP 裂解产生 89kDa 的片段。此外，独立于 Caspase 的凋亡诱导因子 AIF 从线粒体的泄漏也增加。为验证 Caspase 在 FIR 诱导凋亡中的作用，研究人员使用了 Caspase-3 抑制剂 Z-DEVD-FMK 和 Caspase-9 抑制剂 Z-LEHD-FMK，结果发现这些抑制剂能够挽救大部分濒死细胞，增强 B16F10 细胞的增殖活力，显著降低凋亡细胞的比例，同时抑制 FIR 诱导的 Caspase-3 和 Caspase-9 的激活以及 PARP 的裂解。这些结果表明，FIR 诱导 B16F10 细胞凋亡是通过线粒体依赖的 Caspase-3 和 Caspase-9 途径介导的，其中 Caspase-3 可能起着更为关键的作用。
FIR 对 C57BL/6J 荷瘤小鼠肿瘤生长的抑制作用
基于体外实验结果，研究人员在 C57BL/6J 荷瘤小鼠模型中进一步探究 FIR 的疗效。结果显示，与模型组相比，FIR 组小鼠的肿瘤体积和重量显著降低，抑制率高达 73% 。组织学检查发现，FIR 组肿瘤质地更致密，细胞异型性降低，细胞排列更规则。对肿瘤组织进行免疫荧光染色，结果显示 FIR 组中 Bax、裂解的 Caspase-3、Caspase-9、AIF 和 PARP 的表达显著增加，而 Bcl-2 的表达降低，这与体外实验结果一致，证实了 FIR 在体内也能诱导肿瘤细胞凋亡。此外，对荷瘤小鼠重要器官（脾脏、肺、肝脏、肾脏）的 H&E 染色结果表明，FIR 治疗对这些器官没有明显的形态学改变，说明 FIR 治疗具有较好的安全性。
FIR 诱导 B16F10 细胞缺氧应激
热应激可使线粒体超氧阴离子升高，降低超氧化物歧化酶 1（SOD-1）的活性，从而导致活性氧（ROS）生成增加。研究人员通过流式细胞术和免疫荧光染色检测发现，FIR 处理后 B16F10 细胞中的 ROS 显著增加，这表明 FIR 诱导了早期凋亡事件。在细胞内，ROS 的产生受呼吸超复合物调节，如调节线粒体复合物 III 和 IV 的 RCF1 在小鼠中有同源物 Higd1a 和 Higd2a。研究发现，FIR 处理后，B16F10 细胞中 Higd2a 从线粒体转移到细胞核，且其表达显著降低。同时，缺氧诱导因子（HIF-1α）转录下调，这表明细胞出现不可逆缺氧。缺氧会触发 DNA 损伤反应和其他应激途径，激活肿瘤抑制基因 p53，诱导 p21 蛋白表达。p21 与 CyclinD1/CDK4 复合物结合并抑制其活性，导致细胞周期停滞在 G1 期。对肿瘤组织的免疫组化染色显示，FIR 处理后肿瘤血管显著减少，血管内皮生长因子（VEGFα）的表达降低，Higd2a 和 HIF-1α 的表达也下降。这些结果表明，FIR 通过破坏肿瘤血液供应，营造缺氧微环境，增强了其抗肿瘤效果。
综上所述，该研究全面揭示了 FIR 对黑色素瘤细胞的抑制作用。FIR 主要通过诱导细胞凋亡、细胞周期停滞和缺氧应激发挥抗癌作用，且在体内外实验中均得到验证。这一研究成果突出了 FIR 作为一种非侵入性黑色素瘤治疗方法的潜力，相较于传统疗法，它具有低毒性、高安全性和强疗效等优势。不过，目前研究也存在一定局限性，如对 FIR 作用机制的深入理解还需要更多研究，其在临床应用中的最佳方案也有待进一步探索。但无论如何，该研究为肿瘤治疗策略的发展提供了新的思路，为利用远红外疗法的独特优势治疗肿瘤开辟了新方向，有望推动相关领域的进一步研究和临床转化。
