《International Journal of Molecular Sciences》：Volatilomic Signatures of Parental and Oxaliplatin-Resistant HCT116 Colon Cancer Cell Lines
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挥发性有机化合物（Volatile organic compounds, VOCs）反映细胞代谢活动，可作为肿瘤学中的非侵入性生物标志物。本研究旨在探讨结直肠癌中获得性奥沙利铂（oxaliplatin）耐药是否与独特的挥发性组学（volatilomic）改变相
挥发性有机化合物（Volatile organic compounds, VOCs）反映细胞代谢活动，可作为肿瘤学中的非侵入性生物标志物。本研究旨在探讨结直肠癌中获得性奥沙利铂（oxaliplatin）耐药是否与独特的挥发性组学（volatilomic）改变相关。研究人员分析了人结肠癌细胞系HCT116及其奥沙利铂耐药衍生物（OXrHCT116）在基础条件及奥沙利铂暴露下的变化。化疗耐药性通过剂量-反应、细胞活力和集落形成实验确认。VOCs通过顶空针阱萃取结合气相色谱-质谱（Headspace needle trap extraction coupled with gas chromatography–mass spectrometry, HS-NTE-GC-MS）进行分析。OXrHCT116细胞表现出奥沙利铂敏感性显著降低、IC50值升高以及增殖和克隆形成能力降低。挥发性组学分析鉴定出55种显著改变的VOCs。亲本HCT116细胞显示出比OXrHCT116细胞更广泛的VOC多样性和更高的周转率。与脂质过氧化和氧化应激相关的烃类在HCT116细胞中更丰富，而耐药细胞显示这些化合物的排放显著减少。醛类、醇类和芳香族化合物的额外改变表明耐药细胞代谢通量降低。奥沙利铂暴露诱导了HCT116细胞显著的挥发性组学变化，但对OXrHCT116细胞仅引起最小的调节。这些发现表明奥沙利铂耐药可能与独特的代谢重编程相关，并支持VOC分析作为监测化疗耐药的一种有前景的方法。
研究背景方面，挥发性有机化合物（Volatile organic compounds, VOCs）统称为挥发性组（volatilome），在人体生理和病理过程中发挥重要作用，其通过酶活性上调或下调、氧化应激、基因激活或抑制及微生物群变化等机制改变，可作为结直肠癌（Colorectal cancer, CRC）等疾病早期迹象的指标。VOC收集具有非侵入性优势，可通过便携式低成本平台评估，作为初步筛查或分诊方法减少侵入性诊断程序依赖，近年成为研究热点。晚期CRC一线化疗常含奥沙利铂方案（如FOLFOX），虽改善预后，但获得性化疗耐药限制长期疗效，其机制包括DNA修复增强、药物转运改变及解毒途径激活等，越来越多证据显示代谢重编程和氧化还原适应在化疗耐药中起关键作用。理解奥沙利铂耐药相关代谢改变有助于识别新生物标志物和靶点，VOCs直接反映细胞代谢活动，是表征肿瘤代谢表型和治疗反应的潜在方法。本研究以常用CRC模型HCT116及耐药衍生物OXrHCT116为对象，分析基础及奥沙利铂暴露下的挥发性组学特征，旨在识别耐药相关差异及代谢改变，支持未来CRC非侵入性监测。该研究发表于《International Journal of Molecular Sciences》。
关键技术方法方面，研究人员使用经认证的HCT116细胞及自行诱导的OXrHCT116细胞（通过逐步增加奥沙利铂浓度至2 μM获得），在无药及2 μM奥沙利铂暴露下培养。通过MTT法和集落形成实验评估细胞活力与克隆能力，剂量-反应分析计算IC50。VOC分析采用顶空针阱萃取（Headspace needle trap extraction, HS-NTE）预浓缩，结合气相色谱-质谱（Gas chromatography–mass spectrometry, GC-MS）检测顶空VOCs，使用双床不锈钢针阱装置（Carbopack X和Carboxen 1000），热脱附后进样，通过NIST库匹配及保留时间定性，部分化合物因无标准品为推定鉴定，统计采用Wilcoxon符号秩检验等。
研究结果部分，首先是2.1. Dose–Response of Oxaliplatin，剂量-反应分析显示HCT116与OXrHCT116奥沙利铂敏感性显著差异（p < 0.001），OXrHCT116的IC50为25.98 μM（95% CI: 17.07–41.21 μM），亲本为0.54 μM（95% CI: 0.42–2.51 μM），耐药倍数约48倍，曲线右移表明敏感性降低。
其次是2.2. Cell Viability of HCT116 and OXrHCT116，MTT和集落形成实验显示OXrHCT116在无药条件下增殖和克隆能力显著降低（p < 0.001），细胞活力效应量Cohen’s d = 1.55，克隆形成d = 6.78，集落数量和大小均减少，故后续VOC分析增加OXrHCT116接种数以匹配检测时细胞数。
接着是2.3. Volatilome Signatures of Cell Lines Under Study，检测到55种与培养基对照有显著差异的VOCs（11种减少，44种升高），包括醛类、烃类、醇类等。亲本消耗2-甲基丁醛等，涉及醛脱氢酶（Aldehyde dehydrogenases, ALDHs）等氧化或醇脱氢酶（Alcohol dehydrogenases, ADHs）还原；产生18种烃类（多为烷烃，源于多不饱和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acids, PUFA）脂质过氧化）、7种酮类（ADH或细胞色素P450氧化）、5种醇类、7种芳香族等。OXrHCT116仅释放2种芳香族（苯乙烯、1,3-二甲基苯），烃类释放少（5种vs13种），不饱和烃消耗能力低。
然后是2.4. Comparison of Volatilomic Signatures of Parental and Oxaliplatin-Resistant HCT116 Lines，亲本释放VOCs更多（36 vs21），消耗更多（8 vs2），有12种独特VOCs；烃类（13 vs5）、芳香族（7 vs2）排放更高，不饱和烃消耗更强。奥沙利铂暴露后亲本VOCs降至27种、耐药15种，亲本芳香族排放减少，耐药仅甲基酮减少，挥发性组几乎不变，提示耐药细胞代谢表型更稳定。
讨论部分总结，获得性奥沙利铂耐药伴随细胞行为和挥发性组显著改变，OXrHCT116增殖克隆降低、VOC排放消耗减少，反映代谢活性降低，与生长速率一致，耐药细胞可能采用低代谢活性表型生存。亲本烃类（尤其支链烷烃）排放高，关联氧化应激下PUFA脂质过氧化及活性氧（Reactive oxygen species, ROS）攻击，耐药细胞烷烃排放少提示氧化还原稳态改善和脂质过氧化降低，符合耐药中抗氧化增强机制。亲本消耗2-甲基丁醛等更高，涉及ALDHs和ADHs，耐药消耗减少提示酶活性或代谢通量降低，影响解毒和氧化还原平衡。芳香族排放减少可能涉及细胞色素P450同工酶改变。亲本对奥沙利铂有挥发性组响应，耐药几乎无，显示代谢稳定性。局限包括VOCs为代谢间接产物未直接测ROS等，体外条件不能直接推及体内，未校正多重比较。意义在于VOCs反映实时代谢，可减少排放和独特模式区分敏感与耐药表型，支持VOC分析作为CRC耐药监测和分层的非侵入性补充工具。
结论部分翻译，综上所述，OXrHCT116细胞的挥发性组学特征表现为VOC多样性降低、脂质过氧化相关化合物排放减少及底物周转下降。这些特征与观察到的增殖和克隆形成减少密切相关，表明其向代谢活性较低但应激韧性较强的细胞表型转变。本研究强调了VOC分析作为一种非侵入性方法捕捉化疗耐药相关代谢适应的潜力。尽管若干检测化合物的精确生化起源尚待完全阐明，但在奥沙利铂敏感与耐药细胞间观察到的一致差异，凸显了挥发性组学分析在深化理解肿瘤代谢和治疗反应方面的价值。未来整合VOC分析与细胞内代谢组学、转录组分析、ROS测量及线粒体功能评估的研究，对于验证所提出的生物学机制及进一步阐明挥发性组学特征与耐药表型之间的联系至关重要。在临床背景下，基于VOC的分析可能提供一种微创策略来监测治疗反应，并可能实现CRC患者奥沙利铂耐药的早期识别，从而支持改进的患者分层和个性化治疗决策。
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