AbMole小课堂丨Bleomycin (BLM) : 博来霉素——构建肺纤维化，系统性硬化症等多种模型的科研工具

Bleomycin是一种由链霉菌（Streptomyces verticillus）产生的糖肽类抗生素。Bleomycin（BLM，博来霉素，AbMole，M2100）可用于动物肺部纤维化和系统性硬化症模型的构建、DNA损伤机制研究、肿瘤研究等多种实验，是多个研究领域的重要工具化合物。

一、Bleomycin（博来霉素）的作用机制

Bleomycin （BLM，博来霉素，AbMole，M2100）是一种结构复杂的糖肽类抗生素 ，其分子包含多个关键组成部分。核心结构由一个独特的双噻唑环系统构成，这一结构特征赋予了Bleomycin（博来霉素）与 DNA 相互作用的能力：双噻唑环能够嵌入 DNA 双链的碱基对之间，并与DNA小沟形成氢键相互作用。Bleomycin的结构中还含有一个可与Fe(II)结合的金属螯合位点，可形成Fe(II)-博莱霉素复合物。当上述复合物与DNA链结合后，在氧气存在下，可通过单电子还原反应生成活性氧自由基（ROS），包括超氧阴离子（O₂⁻）和羟基自由基（·OH），随后自由基从DNA脱氧核糖的C4位抽提氢原子，导致脱氧核糖的氧化开环和DNA链断裂[1]。

二、Bleomycin（博来霉素）的科研应用

1. Bleomycin（博来霉素）用于动物肺纤维化模型的构建

博来霉素（Bleomycin ，BLM，AbMole，M2100）是一种用于构建动物肺纤维化模型的重要化合物，其诱导机理主要有以下几点：首先博来霉素在动物的体内可被博来霉素水解酶（Bleomycin hydrolase）代谢失活，但该酶在肺组织中的活性显著低于其他器官，这可导致博来霉素在动物的肺部蓄积时间更长，浓度更高[2]；Bleomycin在进入肺部组织中后，可通过诱导DNA链断裂直接损伤肺泡上皮细胞DNA，触发细胞凋亡或衰老，这与真实的肺纤维化（IPF）中反复肺泡上皮损伤是高度相似的；由Bleomycin损伤的肺泡上皮细胞通过释放促炎因子（如TNF-α、IL-6），招募中性粒细胞、巨噬细胞等炎症细胞浸润。这些细胞进一步释放ROS和促纤维化因子（如TGF-β），形成慢性炎症微环境。例如研究表明，博来霉素可诱导M2型巨噬细胞极化，促进纤维化进展[3, 4]；Bleomycin（博来霉素）还能通过激活mTOR等信号通路，促使肺泡上皮细胞表型转化为成纤维细胞，增强胶原分泌能力[5]；最后，Bleomycin（博来霉素）可通过上调Fibulin-1c（Fbln1c）等基质蛋白，后者可与纤维连接蛋白（fibronectin）等形成胶原沉积复合物，加速肺结构重塑[6]。

图 1. Bleomycin构建肺纤维化模型的机理[7]

Bleomycin（BLM，博莱霉素，AbMole，M2100） 已被用于多种动物物种以诱导肺纤维化，包括小鼠、大鼠、仓鼠、豚鼠、兔子、狗和灵长类动物，其中小鼠是最常用的模型动物，不同品系的小鼠对 Bleomycin 诱导的肺纤维化的敏感性存在差异，一般使用C57BL/6、DBA/2、Swiss-albino、ICR mice等种系[8]。Bleomycin（博莱霉素）主要通过气管内给药（intratracheal administration）诱导肺纤维化，该方式可精准定位肺局部损伤，常用剂量为1.5-5 mg/kg（小鼠），一般在7天后出现炎症峰值，14-28天后形成明显纤维化[8]。例如，C57BL/6小鼠通过单次气管内滴注5 mg/kg博莱霉素可成功诱导肺纤维化，并在实验后期出现胶原过度沉积[9]。

图 2. Bleomycin诱导的小鼠肺部纤维化模型[9]

2. Bleomycin（博来霉素）用于DNA损伤和修复的研究

Bleomycin（BLM，博来霉素，AbMole，M2100） 还是一种研究DNA损伤和修复机制的重要工具。Bleomycin主要通过诱导DNA双链断裂（DSBs）来模拟电离辐射性损伤，进而研究细胞对DNA损伤的响应和修复机制。高分辨率测序显示，Bleomycin在细胞中的DNA断裂位点具有序列特异性，偏好5'-RTGTAY（R=G/A, Y=T/C）[10]。还有研究发现Bleomycin可以影响同源重组修复（HR）、 非同源末端连接（NHEJ）、碱基切除修复（BER）等在内的多种DNA修复方式[11]。

3. Bleomycin（博莱霉素）用于动物系统性硬化症（SSc）模型的构建

Bleomycin（BLM，博莱霉素，AbMole，M2100） 诱导的系统性硬化症（SSc）动物模型是目前研究SSc发病机制和药物筛选的经典工具。Bleomycin通过产生活性氧（ROS）导致DNA链断裂，激活TGF-β等促纤维化通路，最终引起皮肤等组织的胶原过度沉积。可通过传统皮下注射或者植入式微型泵系统释放Bleomycin诱导动物产生系统性硬化症，例如雄性C57BL/6小鼠在连续28天背部皮下注射Bleomycin（100-200 μg/天）后，通过Masson染色和羟脯氨酸含量检测证实胶原沉积增加等硬化症指标的出现[12]。

4. Bleomycin（博来霉素）用于肿瘤研究

Bleomycin（BLM，博来霉素，AbMole，M2100）也是一种肿瘤研究中常用的抗生素之一，Bleomycin主要用于研究包括鳞状细胞癌、霍奇金淋巴瘤、非霍奇金淋巴瘤、睾丸癌和头颈部肿瘤等在内的多种恶性肿瘤。例如博莱霉素在宫颈癌细胞（HeLa）中，通过下调cyclin A2和cyclin B1的表达，诱导G2/M期细胞周期阻滞，并通过染色质凝聚和DNA断裂触发早期及晚期凋亡[13, 14]。

三、范例详解

1. FEBS Open Bio. 2025 Jan;15(1):140-150.

韩国首尔国立大学的科研人员在该论文中探究了细胞中RecQ样解旋酶 4（RECQL4）与多聚 ADP 核糖（PAR）的相互作用，及其在 DNA 双链断裂（DSB）应答中起到的关键效应。研究发现，RECQL4可通过其直接与聚腺苷二磷酸核糖（PAR）结合，进而被招募到DNA双链断裂位点，这一过程依赖于PARylation（PAR的合成）。具体来说，RECQL4的360–437氨基酸区域包含一个PAR结合基序（PBM），这个区域对于RECQL4的快速、瞬时且依赖PARylation的与DSBs结合至关重要。AbMole的Bleomycin（BLM，博来霉素，AbMole，M2100）在该文章中作为一种诱导DNA双链断裂的试剂被实验人员使用：Bleomycin通过产生DNA损伤来模拟细胞在自然状态下可能遭遇的基因毒性压力，从而激活细胞的DNA损伤响应机制。在实验中，研究人员利用Bleomycin处理细胞，观察RECQL4在DNA损伤位点的招募情况以及其在DNA损伤响应中的功能。发现在Bleomycin处理的细胞中，RECQL4的招募依赖于PARylation[15]。

图 3. The small region of RECQL4 sufficient for rapid recruitment to DSB sites directly interacts with PAR[15]

2. Cell Signal. 2025 Sep;133:111867.

成都中医药大学的研究团队在上述文章中鉴定了特发性肺纤维化（IPF）的潜在生物标志物。实验人员通过对公开数据集的单细胞RNA测序（scRNA-seq）和批量RNA测序分析，鉴定出4个与特发性肺纤维化密切相关的枢纽基因FTH1、FABP5、DCXR和IGFBP7。随后在体内和体外模型中的证实了 IGFBP7是一种新的生物标志物。在实验中，科研人员使用了由AbMole提供的Bleomycin（BLM，博来霉素，AbMole，M2100）构建了体外的肺纤维化模型和小鼠肺纤维化模型。细胞模型构建：BEAS-2B经Bleomycin（10μg/mL）处理48小时，发现Bleomycin刺激导致BEAS-2B细胞从多边形或圆形转变为细长纺锤形，细胞死亡增加，纤维化标志物（COL1A1和纤连蛋白1）和间充质标志物（N-钙粘蛋白和波形蛋白）的表达增加，表明细胞肺纤维化模型的成功构建。小鼠模型：C57BL/6小鼠麻醉后，通过气管为小鼠注射Bleomycin（5 mg/kg，溶于PBS），经过14天的饲养期后，对小鼠肺部组织进行生化或组织切片分析，结果表明Bleomycin组的肺组织中有明显的胶原沉积和纤维化，并且纤维化标志物S100A4明显高于对照组。

图 4. Validation of the hub genes in BLM-induced in vivo IPF model[16] ​

参考文献及鸣谢

[1] V. Murray, J. K. Chen, L. H. Chung, The Interaction of the Metallo-Glycopeptide Anti-Tumour Drug Bleomycin with DNA, International journal of molecular sciences 19(5) (2018).

[2] J. Biya, A. Stoclin, S. Dury, et al., [Consortium for detection and management of lung damage induced by bleomycin], Bulletin du cancer 103(7-8) (2016) 651-61.

[3] K. Wang, T. Zhang, Y. Lei, et al., Identification of ANXA2 (annexin A2) as a specific bleomycin target to induce pulmonary fibrosis by impeding TFEB-mediated autophagic flux, Autophagy 14(2) (2018) 269-282.

[4] Y. Wu, L. Xu, G. Cao, et al., Effect and Mechanism of Qingfei Paidu Decoction in the Management of Pulmonary Fibrosis and COVID-19, The American journal of Chinese medicine 50(1) (2022) 33-51.

[5] Q. Han, L. Lin, B. Zhao, et al., Inhibition of mTOR ameliorates bleomycin-induced pulmonary fibrosis by regulating epithelial-mesenchymal transition, Biochemical and biophysical research communications 500(4) (2018) 839-845.

[6] G. Liu, M. A. Cooley, A. G. Jarnicki, et al., Fibulin-1c regulates transforming growth factor-β activation in pulmonary tissue fibrosis, JCI insight 5(16) (2019).

[7] V. Della Latta, A. Cecchettini, S. Del Ry, et al., Bleomycin in the setting of lung fibrosis induction: From biological mechanisms to counteractions, Pharmacological research 97 (2015) 122-30.

[8] R. G. Jenkins, B. B. Moore, R. C. Chambers, et al., An Official American Thoracic Society Workshop Report: Use of Animal Models for the Preclinical Assessment of Potential Therapies for Pulmonary Fibrosis, American journal of respiratory cell and molecular biology 56(5) (2017) 667-679.

[9] D. Zhang, B. Liu, B. Cao, et al., Synergistic protection of Schizandrin B and Glycyrrhizic acid against bleomycin-induced pulmonary fibrosis by inhibiting TGF-β1/Smad2 pathways and overexpression of NOX4, International immunopharmacology 48 (2017) 67-75.

[10] V. Murray, J. K. Chen, M. M. Tanaka, The genome-wide DNA sequence specificity of the anti-tumour drug bleomycin in human cells, Molecular biology reports 43(7) (2016) 639-51.

[11] G. Galita, O. Brzezińska, I. Gulbas, et al., Increased Sensitivity of PBMCs Isolated from Patients with Rheumatoid Arthritis to DNA Damaging Agents Is Connected with Inefficient DNA Repair, Journal of clinical medicine 9(4) (2020).

[12] F. Vafashoar, K. Mousavizadeh, H. Poormoghim, et al., Gelatinases Increase in Bleomycin-induced Systemic Sclerosis Mouse Model, Iranian journal of allergy, asthma, and immunology 18(2) (2019) 182-189.

[13] S. Shrivastava, C. K. Ratnacaram, Targeting the TGF-β-p21 axis: a critical regulator of bleomycin-induced cell cycle arrest and apoptosis in vitro-implication for progressive cervical cancer therapy, Medical oncology (Northwood, London, England) 42(4) (2025) 85.

[14] B. R. Nixon, S. C. Sebag, M. S. Glennon, et al., Nuclear localized Raf1 isoform alters DNA-dependent protein kinase activity and the DNA damage response, FASEB journal : official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology 33(1) (2019) 1138-1150.

[15] S. Shin, D. Kim, H. Kim, et al., Interaction of RECQL4 with poly(ADP-ribose) is critical for the DNA double-strand break response in human cells, FEBS open bio 15(1) (2025) 140-150.

[16] T. Zhu, B. R. Mu, B. Li, et al., IGFBP7: A novel biomarker involved in a positive feedback loop with TGF-β1 in idiopathic pulmonary fibrosis, Cellular signalling 133 (2025) 111867.