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等离子体是物质第四种状态,系由正负离子、电子、中性粒子以及紫外线、可见光等组成的、整体呈电中性的粒子混合体。大气压冷等离子体(cold atmospheric plasma,CAP)由于在正常大气压下产生,温度接近于室温,具有较强的生物学效应,近年来在灭菌、促伤口愈合、皮肤及口腔疾病治疗、癌症治疗等方面均有应用或研究。CAP能够“选择性”杀死肿瘤细胞,.对正常组织和细胞损伤相对较小;现有研究显示,其主要机制是CAP处理引起细胞内氧化性自由基(reactive oxidative speices,ROS)水平显著升高,致使核DNA和线粒体等损伤,进一步诱导细胞凋亡。GSDME(Gasdermin E),系GSDM蛋白家族成员,亦为潜在的抑癌基因之一。现有研究表明,由于启动子甲基化导致表观遗传学沉默,GSDME在部分肿瘤组织中本底表达水平低于正常组织;GSDME可被半胱氨酸蛋白酶Caspase-3剪切,释放其N段结构域致细胞膜穿孔,介导了化学或生物因子导致的细胞焦亡,上调其表达可提高肿瘤化疗敏感性;此外,GSDME还协同p53参与了肿瘤细胞的DNA损伤应激等。焦亡是近年来发现的一种程序性细胞死亡,它与细胞凋亡在形态和发生机制上存在明显区别。虽然CAP可诱导肿瘤细胞凋亡,但CAP是否能诱导焦亡发生却未见报道。本论文探索CAP致肿瘤细胞焦亡的规律及相关机制,并分析GSDME在肿瘤细胞中蛋白表达水平与CAP敏感性及焦亡发生的关系。本研究中,CAP采用介质阻挡放电装置(atmospheric-pressure dielectric barrier discharge plasma,DBD)产生,工作气体为氦气。研究成果主要包括以下三个方面:(1)肿瘤细胞中GSDME蛋白本底表达水平与CAP敏感性的关系研究。检测到不同肿瘤细胞系的GSDME蛋白本底表达水平有较大差异;三类细胞系中的代表性GSDME本底高表达和低表达细胞,其细胞活力均呈CAP处理剂量依赖型下降;且GSDME高表达细胞对CAP的敏感性显著高于低表达细胞,说明肿瘤细胞中GSDME本底表达水平与CAP敏感性紧密相关。(2)CAP致肿瘤细胞焦亡的规律研究。焦亡相关指标(形态学变化、GSDME切割、乳酸脱氢酶释放、凋亡/坏死细胞比例)检测结果显示,CAP处理可有效诱导焦亡发生,且呈剂量依赖性;此外,同等条件CAP致GSDME本底高表达细胞的焦亡率显著高于低表达细胞,说明GSDME与CAP致肿瘤细胞焦亡紧密相关。(3)CAP诱导焦亡的机制研究。稳定敲低GSDME基因致CAP处理细胞焦亡率显著下降,GSDMD低表达则不影响焦亡发生,说明CAP致肿瘤细胞焦亡系GSDME依赖型。抑制Caspase-3活力,GSDME的切割活化及CAP致焦亡率均被显著抑制,说明Caspase-3在切割GSDME致焦亡发生中起到重要作用;并且CAP处理后检测到Caspase-3上游Caspase-9的活化;清除CAP处理导致的ROS产生,亦可显著抑制焦亡发生,提示ROS启动焦亡相关信号通路。本研究创新之处在于揭示了CAP可介导GSDME依赖型焦亡发生,完善了CAP抗肿瘤的机制;证实GSDME表达水平与CAP敏感性密切相关,提示GSDME可以作为CAP肿瘤治疗的一个增敏靶点。