强效抑肿瘤！南方医科大学发文：开发出可实现肿瘤一体化诊疗的纳米载体

9月17日，南方医科大学研究团队在期刊《Advanced Science》上发表了研究论文，题为“Highly Efficient Synergistic Chemotherapy and Magnetic Resonance Imaging for Targeted Ovarian Cancer Therapy Using Hyaluronic Acid-Coated Coordination Polymer Nanoparticles”，本研究利用顺铂前体药物(Pt-COOH)、Fe3+和天然多酚(棉酚)构建了结构稳定、药物释放行为可控、载药量高的纳米粒(HA@PFG NPs)。肿瘤部位的酸性pH值有利于HA@PFG NPs释放Fe3+、Pt-COOH和棉酚。消耗谷胱甘肽的Pt-COOH和以顺铂为基础的化疗加具有促凋亡作用的棉酚显示出杀伤肿瘤细胞的协同作用。此外，Fe3+在肿瘤部位的释放促进铁死亡，并使OC的MRI成像成为可能。在患者来源的肿瘤异种移植(PDX)模型中，HA@PFG NPs减轻了肿瘤活性。RNA测序分析表明，HA@PFG NPs主要通过IL-6信号通路改善OC症状。这项工作将MRI成像与以顺铂为基础的化疗相结合，为OC的诊断和协同治疗提供了巨大的希望。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202309464

背景知识

 01 

卵巢癌(OC)是一种预后极差的隐匿性疾病，超过70%的OC确诊时已处于晚期，5年总生存(OS)率低于30%。高病死率和相对较低的生存率主要是由于缺乏早期诊断和有效治疗干预的方法。早期发现和诊断OC可显著改善患者的预后。超声、CT和MRI是术前诊断OC的常用方法。在这些影像学技术中，MRI具有高空间分辨率和软组织对比度，是目前最强大的诊断工具之一，广泛应用于诊断，尤其是鉴别诊断和术前治疗方案的选择。钆造影剂广泛应用于临床MRI。然而，在肾功能不全的患者中，钆造影剂与肾源性系统性纤维化相关。因此，开发新型造影剂是非常迫切的需求。Fe3+不仅是生物体必需的元素，而且是一种顺磁性物质，因此可以用MRI非侵入性地测量。这使得Fe3+有望成为一种安全的对比剂。

顺铂为基础的化疗是OC的一线治疗方案。基于顺铂的各种形式的纳米药物已经得到了广泛的研究。然而，它们的应用总是受到载铂量低的限制，这增加了顺铂的剂量并导致了诸如肾毒性等副作用。金属基纳米粒子（NPs）的出现为解决这一问题提供了新的机会。金属基NPs通过过渡金属离子与化疗药物之间的配位键连接，已成为纳米医学领域的热点。由配位键形成的无载体NPs具有高药物负载能力、方便的药物比例调节和良好的肿瘤微环境响应性。最近，由于其出色的物理化学性质，这种NPs在生物成像、药物递送和表面涂层方面吸引了广泛的关注，为抑制肿瘤生长提供了一种优越的方法。针对顺铂前药与金属多酚NPs的组合研究较少。

体外细胞毒性及其机制

 02 

受纳米粒子增强摄取可以增强对化疗药物的细胞毒性反应这一想法的启发，研究人员研究了HA@PFG纳米粒子对A2780细胞的抗肿瘤作用。研究显示，顺铂的IC50值为11.56±1.42 µM。PFG纳米粒子的IC50值为5.48±2.81 µM，HA@PFG纳米粒子的IC50值为1.31±0.37 µM。随后的实验证实，在治疗48小时后，PBS组的凋亡细胞比例仅为6.69%，棉酚组为8.50%，顺铂组为13.77%，Pt-COOH组为8.24%。PFG纳米粒子组的凋亡细胞比例达到50.90%。对于HA@PFG纳米粒子，凋亡细胞的比例达到55.38%。进一步的活/死细胞实验也表明，与其他组相比，HA@PFG纳米粒子导致大量红色荧光，表明在此期间死亡细胞数量显著增加。HA@PFG纳米粒子对A2780细胞具有很强的毒性，这与MTT和凋亡结果一致。

受到HA@PFG纳米粒子体外抗肿瘤效果的鼓舞，研究人员进一步探究了其可能的作用机制。图1A展示了HA@PFG纳米粒子协同治疗的细胞毒性机制的示意图。在细胞内摄取后，HA@PFG纳米粒子在酸性条件下会释放出大量的Fe3+、Pt-COOH和游离的棉酚。在Fe3+和Pt-COOH的共同作用下，内源性还原剂GSH被大量消耗，扰乱了氧化还原平衡并诱导铁死亡。如图1B所示，在A2780细胞中观察到了浓度依赖性的GSH水平降低。此外，HA@PFG纳米粒子组的细胞内GSH水平显著低于其他各组，表明纳米粒子具有更强的GSH耗竭能力。相反，细胞内脂质过氧化物（LPO）水平呈现相反的趋势。此外，与其他处理相比，HA@PFG纳米粒子处理的A2780细胞显示出更强的绿色荧光，表明其产生了更多的活性氧。由Fe3+和ROS介导的脂质过氧化导致的GSH耗竭是铁死亡的两个基本特征。这些结果支持铁死亡是HA@PFG纳米粒子对癌细胞毒性的主要机制。

图1：HA@PFG纳米粒子引起的细胞毒性机制

为了进一步探究HA@PFG纳米颗粒的细胞毒性的潜在分子机制，研究人员通过蛋白质免疫印迹实验检测了相关功能蛋白。如图1H、I所示，在Fe3+（PFG纳米颗粒和HA@PFG纳米颗粒）存在下，GPX4表达显著下调，而PBS组表达正常。此外，HA@PFG纳米颗粒处理后，A2780细胞中也观察到了GPX4表达的降低，因为棉酚可作为Bcl-2的抑制剂。A2780细胞暴露于HA@PFG纳米颗粒后，出现了显著升高的与细胞凋亡相关的蛋白质。总之，HA@PFG纳米颗粒通过Fe3+诱导的铁死亡和棉酚抑制Bcl-2来引起细胞凋亡。

研究小结

 03

在这项工作中，研究人员利用Fe3+、羟基和多酚之间的配位，开发了稳定的NPs HA@PFG NPs。NPs在生理条件下稳定可靠，对肿瘤部位的pH值敏感。内化后，HA@PFG NPs通过协同化疗和铁死亡发挥其细胞毒性作用。通过RNA-seq进行的全基因组测序显示，参与HIF-1, PI3K-Akt, MAPK和铁死亡通路的基因被HA@PFG NPs显著影响。此外，磁性金属离子(Fe3+)被成功掺杂到纳米粒子中，使HA@PFG纳米粒子具有MRI成像能力。尤其是，由于增强的肿瘤靶向性和血管通透性，HA@PFG NPs在OC PDX模型中表现出强大的肿瘤抑制作用。综上所述，通过一体化诊疗系统实现了肿瘤生长抑制和MRI增强，为HA@PFG NPs的临床转化提供了可能。（转化医学网360zhyx.com）

【参考资料】

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202309464

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