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應用領域

骨肉瘤藥物開發與治療篩選

U2OS 是評估針對骨肉瘤之新型及轉用化合物的主要模型細胞系。多項研究已利用此細胞系，探討各類天然及合成化合物的抗腫瘤活性。Curcin C， 一種來自發芽後油桐（Jatropha curcas）種子的第一型核糖體失活蛋白，已被證實能透過活性氧（ROS）介導的凋亡、自噬，以及在 S 期和 G2/M 期停滯，來抑制 U2OS 細胞增殖；其作用機制被歸因於 JNK 訊號傳導的活化，同時抑制 ERK 路徑； 活性氧清除劑NAC與JNK抑制劑SP600125均能削弱此反應，支持上述提出的信號傳導級聯反應 [53]。 一項後續研究顯示，Curcin C 相較於 Curcin 在 U2OS 細胞中展現更高活性的原因，主要在於 LRP1 介導的克拉特林依賴性內吞作用，此途徑對 Curcin C 有效，但對 Curcin 則無效。

天然生物鹼產物阿洛佩林（Aloperine）能抑制 MG-63 和 U2OS 骨肉瘤細胞的增殖與克隆形成能力，經流式細胞術證實可誘導細胞凋亡，並在刮痕實驗和 Transwell 實驗中抑制侵襲能力，同時下調 MMP-2、MMP-9、 PI3K 及 p-AKT1 的下調 [54]。這項研究突顯了天然生物鹼可透過多條收斂途徑，同時抑制細胞生長與轉移潛能。 另一項獨立研究顯示，天然甜味劑代謝物甜菊醇能以劑量依賴性和時間依賴性方式抑制 U2OS 細胞增殖；機制研究揭示其會導致細胞週期在 G1 期停滯，且因 Bax/Bcl-2 比值增加而顯示出線粒體凋亡途徑 [55]——這些發現使天然代謝物成為骨肉瘤化學預防研究的候選物質。

單寧酸增強了順鉑在 U2OS 細胞中的細胞毒性作用，但這種相互作用被證實與比例密切相關： 當單寧酸與順鉑的比例為 90:10 和 85:15 時觀察到協同作用，而比例為 75:25 和 50:50 時則呈現拮抗作用，且單獨使用單寧酸並未顯著抑制正常 hFOB 1.19 成骨細胞 [56]。因此，任何基於多酚的增敏策略，都取決於謹慎的劑量比例優化，而非單純的聯合給藥。 同樣地，沒食子酸在 U2OS 細胞及其對奧拉帕尼具抗藥性的衍生物（U2OS-PIR）中，增強了奧拉帕尼誘導的細胞死亡並減弱了後天獲得的奧拉帕尼抗藥性，同時抑制血管生成並調控 cPARP、 Bcl-2 及 Bax [57]，從而擴展了適用於骨肉瘤治療研究的天然化合物組合方案。 已獲批准的多激酶抑制劑 Lenvatinib 被證實能透過 p-STAT3/p53/xCT 軸在 U2OS 和 143B 細胞中誘導與鐵死亡相關的變化，揭示了該藥物除其經典的抗血管生成作用外，還可能透過一種新機制來抑制骨肉瘤進展 [19]。針對包括 U2OS 在內的一組骨肉瘤細胞系，評估了以自然殺手細胞為基礎的免疫療法，結果顯示 NKG2D 配體的表達與 NK 細胞介導的殺傷效率呈正相關，而氣溶膠白介素-2 則能改善體內器官特異性 NK 細胞的活性 [20]。

一項涵蓋 63 個人類細胞系及超過 400 種抗腫瘤化合物的廣泛肉瘤藥物篩選研究，記錄了 U2OS 的藥物敏感性特徵，並結合基因與微RNA 表達數據，為該領域提供了豐富的藥物基因組學參考資料 [21]。 具有里程碑意義的「癌症細胞系百科全書」計畫整合了近 950 種細胞系（包括 U2OS）的基因表達、拷貝數及定序數據，並將其與藥物敏感性特徵相關聯，以識別預測治療反應的生物標記 [15]。 隨後的一項藥物基因組學全景研究，針對超過 1,000 株經註釋的細胞系，將藥物敏感性關聯性映射至癌症驅動的變異上，進一步將 U2OS 的反應置於更廣泛的腫瘤學範疇中進行解讀 [22]。

miR-16-1-3p/MDM2/p53 軸已被證實是骨肉瘤中 TGF-β1 訊號傳導輸出的重要調控因子。 Xue 等人證實，miR-16-1-3p 的過度表達顯著降低了 U2OS 細胞的增殖和克隆形成潛能，而將其與 TGF-β 治療結合使用，則強烈增強了 G1 期停滯，並幾乎完全抑制了腫瘤生長能力 [23]。 同一項研究顯示，miR-16-1-3p 可抑制 TGF-β 誘導的肌動蛋白重塑及上皮-間質轉化相關變化， 且聯合給藥可提高野生型 U2OS 細胞對順鉑的敏感性，並在雞胚絨毛尿囊膜模型中減少腫瘤結節體積及轉移，從而闡明了該微RNA 如何抑制 TGF-β 訊號傳導中促進轉移的途徑。 研究顯示，成骨細胞來源的細胞外囊泡（OB-EVs）會以細胞系依賴性方式改變骨肉瘤細胞的行為： 在 U2OS 細胞中，其降低了代謝活性（1.30 倍）與增殖能力（1.70 倍），同時增加了凋亡（1.15 倍）；反之，MG-63 細胞的增殖能力則增加了 4.9 倍。 隨之進行的轉錄組分析以 MNNG/HOS 細胞為對象，結果顯示有 296 個基因呈現差異表達；作者提出微RNA 穿梭可能是潛在的貢獻機制，但此機制仍需進行功能驗證 [24]。 研究團隊透過單細胞轉錄組學探索骨肉瘤中的代謝重編程，並鑑定出鈣蛋白-2（STC2）為核心糖解調節因子，其功能已在 MG-63 和 U2OS 細胞中透過 Seahorse 細胞外通量分析獲得驗證 [25]。

DNA 修復、細胞週期調控與 DNA 損傷反應

U2OS 是 DNA 修復研究中最廣泛使用的模型之一，主要原因在於其野生型 p53 背景，使得研究人員能夠全面探究所有 p53 依賴性的損傷應答。 一項全基因組規模的研究繪製了 U2OS 的細胞週期調控轉錄組圖譜，在多個同步細胞週期中，鑑定出 2,140 個週期性表達的轉錄本，對應於 1,871 個獨特基因 [52]。 透過將針對 G2/M 轉錄因子 FOXM1 的 ChIP-seq 數據，與先前發表的 E2F1、E2F4、 E2F6、GABPA 以及 DREAM 複合體的已發表 ChIP-seq 數據，作者證實 FOXM1 會強烈活化 G2/M 期基因的啟動子，而對 S 期誘導的基因僅有微弱活化作用；此外，U2OS 與 HeLa 細胞共有的核心細胞週期基因集，會被多種細胞週期轉錄因子結合。 該數據集確立了 U2OS 作為第二個經獨立特徵化的人類模型，用於繪製細胞週期轉錄組圖譜，並至今仍是人類細胞分裂週期基因調控研究中廣泛採用的參考標準。

PPM1D/Wip1（一種能使 p53 失活的磷酸酶）中的功能獲得突變，會產生 C 端截短且過度活化的 Wip1，並在 DNA 損傷後破壞 p53 依賴性的 G1 檢查點； U2OS 攜帶此類截短等位基因（p.Arg458Ter）的雜合型 [7] [61]。這使得 U2OS 成為研究 Wip1 截短如何透過減弱 DNA 損傷反應而賦予選擇性生長優勢的有用模型。 研究人員對暴露於 2 Gy 光子的 U2OS 細胞進行了 DNA 損傷反應的單細胞變異性定量分析；透過比較雙核細胞中姊妹核內的 53BP1 和 γH2AX 焦點， Płódowska 等人證實，在隨機分布的 DNA 損傷之上，修復焦點的形成存在隨機的細胞間噪聲，其中噪聲佔 53BP1 焦點總變異性的 28%，佔 γH2AX 焦點總變異性的 50% [26]。 針對軟組織肉瘤細胞系（包括用作對照組的 U2OS 細胞）進行的姊妹染色單體交換分析證實，內源性 γH2AX 的形成與基因組不穩定性相關，並可能預測細胞對 DNA 損傷治療的反應 [27]。

研究人員利用 U2OS 細胞探討亨廷頓氏症中的體細胞 CAG 重複擴增現象。針對 MSH3 Y245/K246 IDL 結合口袋進行基因敲除，顯著降低了 DNA 相互作用，並在表達突變型 HTT 第 1 外顯子的 U2OS 細胞系中抑制了重複序列擴展；而對同一位點進行藥理學阻斷，不僅減緩了 U2OS 細胞中的重複序列擴展，更重要的是，亦減緩了源自亨廷頓病患者 iPSC 的中型棘突神經元中的擴展速度 [28]。 U2OS DR-GFP衍生細胞系已廣泛用於同源重組修復實驗，且已生成多種敲除衍生細胞系——包括 RAD52、TBK1 及 OPTN 敲除細胞系——以解析特定的修復途徑組分，這些均被歸類為 CVCL_0042 [61] 的子條目。TSC2 腫瘤抑制基因已被鑑定為應激顆粒抑制因子； 在一份報告此項研究的預印本中，U2OS 細胞中透過 siRNA 介導的 TSC2 部分下調並未誘導自發性應激顆粒形成，這與小鼠胚胎成纖維細胞中觀察到的完全缺失形成對比，從而確立 TSC2 是應激顆粒組裝的閾值依賴性調節因子 [29]。 針對癌症細胞系面板進行的全基因組篩查，旨在尋找純合性缺失及極性複合體基因破壞，亦已納入 U2OS 數據，有助於識別隱性癌症基因及脆弱位點特徵 [30] [31]。

晝夜節律生物學與基因調控

U2OS 已成為哺乳動物晝夜節律時鐘研究的領先模型。這些細胞展現出強健且自維持的晝夜節律，並常與時鐘基因螢光素酶報告基因搭配使用，進行即時發光測量。 Burke 等人利用表達時鐘基因螢光素酶報告子的 U2OS 細胞，證實咖啡因會以劑量依賴性方式延長晝夜節律週期，並透過藥理學分析與 siRNA 敲低實驗，確立了該效應是由於腺苷受體訊號傳導所致——而非瑞諾丁受體或磷酸二酯酶活性 [59]。 同一系統亦可支援大規模的化學篩選：在 U2OS 細胞中對現有藥物進行的高通量篩選發現，約有 5% 的藥物會改變晝夜節律週期，從而鑑定出脫氫表雄酮是一種可縮短週期的化合物，並指出 ABL1、ABL2 及 BCR 激酶在週期調控中扮演重要角色 [60]。 這些特性已被廣泛運用，以闡明支配核心 BMAL1/CLOCK 轉錄-轉譯回饋迴路及其與致癌路徑相互作用的分子機制。

一項最近的預印本研究探討了 c-MYC 在 U2OS 細胞中的內源性晝夜節律特性。 Kalyanaraman 等人透過建立 c-MYC 報告基因，並將其振盪相位與 BMAL1 和 PER2 報告基因進行比較，報告指出 c-MYC 啟動子在 U2OS 細胞（一種先天 MYC 水平較低的細胞系）中會節律性振盪，且其振盪相位與核心生物鐘組分不一致 [32]。基於這些發現建立的計算模型指出，MYC 作為一種時鐘干擾因子，其作用時機能將對晝夜節律計時的負面影響降至最低——這項發現對於理解致癌性 MYC 過度表達如何擾亂晝夜生理機能具有重要意義。 作為預印本，這項研究尚未完成同儕審查。儘管如此，它仍充分展現了 U2OS 細胞系在同時探究致癌基因功能與晝夜節律調控方面的適用性。

U2OS 為端粒酶陰性細胞系，其透過「端粒替代性延長」（ALT）機制維持端粒長度；此基於重組的機制最初由 Bryan 等人 [58] 在部分腫瘤及腫瘤衍生細胞系中首度記載。 這使其成為 ALT 研究的標準模型，該機制在包括骨肉瘤在內的部分癌症中均活躍。該細胞系亦常被用於研究組蛋白修飾動力學、核結構及染色質組織，其優勢在於具有大型細胞核且易於進行光學成像。 經螢光標記的組蛋白及核孔蛋白衍生物——包括 U2OS EGFP-H2B 以及源自 U2OS 的多種 CRISPR 標記 NUP96 細胞系——已實現對染色質及核內運輸過程的高空間解析度定量成像 [61]。

內吞作用與細胞內運輸

由於 U2OS 細胞具備強勁的受體內化活性，且適合用於基於螢光測定轉鐵蛋白-Alexa594 攝取量的定量 CME 檢測，因此已成為研究氯化蛋白介導的內吞作用（CME）及動力蛋白 GTP 酶活性的標準模型。 一系列磺醯丁胺化合物——源自丹西爾卡達維林類似物的芳基磺酰胺——以 U2OS 細胞作為主要 CME 檢測平台，被鑑定為 GTP 競爭性動力蛋白 I 和動力蛋白 II 抑制劑 [33]。 在此系統中進行的米哈利斯-門滕動力學分析證實了該抑制機制，且效力最強的類似物在動物模型中亦展現出抗癲癇活性，使基於 U2OS 的 CME 檢測成為神經系統藥物發現的轉譯工具。

此外，針對海洋來源的羥基醌倍半萜類化合物「博利納醌」及其相關萘醌類類似物，在 U2OS 細胞中評估了其對 CME 的抑制活性；透過密度泛函理論引導的結構優化，成功合成了對動力蛋白 GTP 酶及 CME 均具有顯著增強活性的類似物 [34]。這些研究說明了基於 U2OS 的 CME 檢測法如何作為內吞抑制劑結構-活性關係研究的靈敏且可重複的平台。該細胞系一致的受體表達及可預測的內化動力學，使其成為此類研究的首選細胞系統。

研究人員利用活細胞顯微鏡、比值pH測量以及三維聚焦離子束掃描電子顯微鏡，在U2OS細胞中追蹤了反義寡核苷酸（ASOs）被細胞攝取後的命運。在一份報告此項工作的預印本中， Sitarska 等人指出，即使在靶向 RNA 減少超過 90% 的條件下，被內化的 ASO 中仍不到 4% 能抵達細胞核；且 ASO 會積聚於晚期內體、內溶酶體及溶酶體中，並在這些結構內誘導腔內中和作用，過程中既未招募半乳糖凝集素-3，亦未發生限膜破裂 [35]。作者提出，有效的逃逸其實發生在內吞作用的更早期階段，最可能是在早期內體或回收內體中。 U2OS 細胞亦被用於 GLP-1R 活化檢測——該 U2OS 細胞系表達對 cAMP 敏感的 Nomad 生物感測器——以評估一種以磷脂為載體的佛手柑萃取物的代謝效應，此結果證明了該細胞系作為天然產物藥理學工程化受體表達平台的實用性 [36]。 用於研究線粒體DNA突變的Cybrid技術取得了進展，研究人員驗證了新開發的HCT116、HT1080和U2OS無mtDNA（ρ0）衍生物，作為生成跨線粒體Cybrid的受體細胞系 [37]。

蛋白質體學、基因體學與多組學平台

U2OS 一直是大型蛋白質體學計畫中的關鍵參考細胞系。Niforou 等人首次針對 U2OS 建立專屬的蛋白質體圖譜，採用二維凝膠電泳結合 MALDI 質譜分析法： 從兩張二維電泳膠中切下並分析了約 3,000 個斑點，成功鑑定出 237 種不同的基因產物，其中包括 11 種與該細胞系癌變狀態相關的原癌基因 [16]。 後續基於質譜技術的研究，量化了該細胞系在間期與有絲分裂階段的絕對蛋白質組——該研究將其描述為常用的人類細胞系，並在 Cellosaurus 資料庫中歸類為 U2OS——結果顯示至少有約 10,000 種蛋白質表達，其細胞內豐度跨度達七個數量級， 每細胞最高可達 2,000 萬份拷貝 [38] [61]。針對十一種常見細胞系的比較蛋白質體學研究顯示，U2OS 雖與其他細胞系共享一套普遍表達的核心蛋白質，但在功能子集方面則呈現細胞類型特異性的變異 [39]。

利用「細胞表面捕獲技術」進行的大規模細胞表面蛋白質體學研究，將 U2OS 與其他 40 種人類細胞類型（總計 41 種人類及 31 種小鼠細胞類型）的表面組學進行了編目，為識別藥理學上可及的表面靶點提供了資源 [40]。 HLA分型與新抗原預測研究均納入U2OS，以支援癌症免疫療法標靶的開發 [41] [42]。 針對超過 650 種癌症細胞系的反相蛋白陣列特徵分析包含 U2OS，證實磷酸化蛋白質組學數據在預測藥物敏感性方面的能力，超越了僅憑 mRNA 測量所能獲得的資訊 [43]。 這份涵蓋 949 條細胞系的泛癌症蛋白質組圖譜，進一步將 U2OS 蛋白質組數據與 CRISPR 必需性篩選及藥物反應數據整合，揭示了數千種反映癌症脆弱性的蛋白質生物標記 [44]。

透過 RNA 定序對 675 種癌症細胞系進行全轉錄組層面的特徵分析，成功在 U2OS 中編目了基因融合、突變標誌及非人類序列的表達情況 [45]。 新一代 CCLE 特徵分析將分析範圍擴展至涵蓋 1,072 條細胞系的 DNA 甲基化、組蛋白修飾、微 RNA 表達及 RNA 剪接數據，其中 U2OS 細胞系為闡明藥物反應背後分子特徵的整合性分析提供了關鍵貢獻 [46]。 針對 CCLE 樣本組進行的定量蛋白質體學分析，在蛋白質層面識別出僅憑基因組或轉錄組數據無法顯現的通路失調現象 [47]。在 U2OS 細胞中，將「細胞繪圖」（Cell Painting）與「熱蛋白質體分析」（Thermal Proteome Profiling）結合，透過整合形態學分析與無偏見的蛋白質靶點檢測，展現出一種推斷藥物作用機制的強大策略 [17]。U2OS 蛋白質體學資料集亦涵蓋病毒組層級的品質控制：研究團隊開發了一套異源蛋白質體學工作流程，用於在蛋白質體學資料中進行非靶向病毒蛋白檢測，作為一般篩選步驟；作者建議，每份細胞蛋白質體學資料集在發表前均應進行非人類蛋白質檢測 [48]。 一項整合 U2OS 細胞的骨肉瘤整合表觀基因組分析，鑑定出 350 個同時存在遺傳與表觀遺傳異常的基因，深化了對骨腫瘤進展調控機制之理解 [49]。 研究人員亦利用嵌入瓊脂糖基質中的 U2OS 細胞，評估細胞微陣列中的蛋白質表達，從而能夠以組織微陣列格式同時對多條細胞系進行分析 [50]。透過 qRT-PCR 分析，闡明了 U2OS 細胞對透明質酸包被異種骨移植片萃取物的早期標記物反應： RUNX2 上調了 2.61 倍（p = 0.01），而 COL1A1 則未見顯著影響；此外，觀察到的代謝活性差異在經過 FDR 校正後，其顯著性已不復存在 [51]。 作者將此研究描述為探索性研究，並呼籲在原代細胞及體內模型中進行驗證。

結論

U2OS（CVCL_0042）是一種極具多功能性的人類骨肉瘤細胞系，其研究成果已推動骨腫瘤研究、DNA修復生物學、晝夜節律科學、內吞作用藥理學以及大規模組學分析等領域取得根本性進展。 其野生型 TP53 背景、黏附性上皮形態、快速的倍增時間，以及深入的多組學特徵分析，使其成為一個支援極為完善的實驗模型。從早期的 HLA 分型研究，到當代基於 CRISPR 的功能篩選及「細胞繪圖」（Cell Painting）藥物分析，U2OS 始終持續適應生物醫學研究界的各種需求。 對於尋求可靠且文獻記載詳盡的模型來研究骨肉瘤生物學、細胞週期調控、DNA 損傷反應或高通量化合物篩選的研究人員而言，U2OS 將是不可或缺的工具。請前往 cytion.com 瀏覽完整規格，或直接訂購 U2OS 細胞。

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