ACS Nano | 苏州大学开发新型纳米制剂，实现光热诱导铜死亡与肿瘤免疫激活

原创1738阅读 2025-03-24 11:38:45

　　Highlights

1. 开发了能够特异性靶向肿瘤的MACuS纳米制剂。

2. MACuS在光照下能有效诱导肿瘤细胞死亡，激活免疫系统。

3. 实验证明MACuS具有良好的生物安全性，无明显毒副作用。

近日，“ACS Nano”（IF=15.8）上发表了一篇题为“Tumor Metabolism Aiming Cu2–xS Nanoagents Mediate Photothermal-Derived Cuproptosis and Immune Activation”的文章。这篇文章介绍了一种新型的纳米制剂——代谢靶向的Cu2−xS（MACuS），它通过葡萄糖介导的生物矿化方法合成，能够特异性地靶向肿瘤细胞。

研究背景介绍

铜死亡是一种新型的细胞死亡机制，涉及铜离子在细胞内的异常积累，导致线粒体功能障碍和细胞代谢紊乱。

光热疗法（PTT）是一种利用光激活的纳米材料将光能转换为热能，以选择性地杀死肿瘤细胞的治疗方法。它具有非侵入性和对周围正常组织的损伤较小的优点。

葡萄糖转运受体1（GLUT-1）是一种葡萄糖转运蛋白，它在多种肿瘤细胞中过表达，负责将葡萄糖从血液中转运到细胞内，以支持肿瘤细胞的高代谢需求。

免疫原性细胞死亡（ICD）是一种特殊的细胞死亡方式，能够激活免疫系统，促进抗肿瘤免疫反应。

研究思路分析

　　研究技术路线图

01基础合成与体外实验

①MACuS是一种通过CuCl2、葡萄糖-6-磷酸（G6P）和硫乙酰胺（TAA）的生物矿化反应合成的纳米制剂。其表面通过G6P官能化，能够特异性地靶向肿瘤细胞。它具有高效的光热转换效率，能够在NIR-II照射下迅速提高温。此外，MACuS还能在光照条件下催化产生•OH，表明其在光热作用下能够诱导ROS的生成，进而可能触发铜死亡。

②使用GLUT-1抑制剂WZB117预处理肿瘤细胞，发现MACuS的摄取量显著减少。此外，通过在4T1肿瘤细胞中敲低GLUT-1的表达，也观察到同样现象。光声成像技术在活体小鼠中观察到MACuS在肿瘤区域的积聚在注射后12小时达到峰值，且在WZB117预处理的小鼠中这种积聚效果受到抑制。

③实验结果显示，MACuS结合NIR-II照射显著降低了4T1肿瘤细胞的活性。此外，MACuS诱导的ICD通过NIR-II照射得到增强，表现为细胞表面CRT表达的增加、ATP和HMGB-1分泌的增强。

④研究发现，MACuS能显著增加4T1细胞内ROS水平，且与NIR-II照射联合使用时效果更强。WB检测发现，MACuS处理导致铜死亡相关蛋白表达下调。使用siRNA敲低FDX1基因可以抑制铜死亡，并降低ROS水平。此外，FDX1沉默导致DAMPs释放减少，增强肿瘤细胞的免疫原性。

02体内免疫效应与抗肿瘤效果

①从小鼠骨髓细胞分化得到的树突状细胞（BMDCs）和巨噬细胞（BMDMs）与经MACuS和/或NIR处理的4T1肿瘤细胞共培养。结果显示，MACuS处理可以增加DC活化标志物表达，使DCs的活性显著提高。还可以促进巨噬细胞从免疫抑制性M2型极化成促炎性M1型。表明，MACuS通过诱导ICD和激活抗原呈递细胞（APCs），发挥抗肿瘤作用。

②建立小鼠双侧4T1肿瘤模型，发现经MACuS+NIR处理后，肿瘤引流淋巴结中的巨噬细胞和树突状细胞表现出明显的促炎活化，血清中的IFN-γ和TNF-α水平升高，免疫系统被激活。还促进细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）扩增，并抑制Tregs细胞，从而增强抗肿瘤免疫反应。

③通过红外摄像监测，发现MACuS结合NIR-II辐照能显著提高肿瘤部位温度，有效抑制肿瘤生长。单独使用MACuS也显示出一定程度的抗肿瘤效果。

④此外，MACuS+NIR治疗组小鼠生存率显著提高，抗转移效果显著，且在脾脏中观察到较强的免疫细胞活化，表明MACuS的PTT策略成功激活了体内免疫系统，抑制了肿瘤的远处转移。

03体内模型的深入研究与安全性评估

①代谢组学分析发现，MACuS降低了GSH水平，可能在肿瘤部位引起氧化应激。MACuS+NIR处理增加与糖酵解相关的代谢物，而降低了TCA循环中的代谢物。KEGG分析显示，MACuS显著上调了与氨基酸和脂质代谢相关的途径。

②为模拟临床场景，选择家兔模型作为替代。与小鼠实验观察到的结果相似， MACuS在家兔中也具有卓越的光热效果。MACuS处理显著抑制肿瘤生长，并显著延长荷瘤家兔的寿命。此外，MACuS+NIR治疗能显著减少肺转移结节。

③在对小鼠进行的MACuS介导的光热疗法研究中，观察到小鼠体重没有显著差异。此外，有部分MACuS在肝脏积累，但并未引起明显的肝脏毒性。血液生化显示，所有血液学参数在四个实验组中均保持在标准范围内。H&E染色也证实了主要器官的组织损伤和炎症浸润最小。此外，在对家兔的研究中，也没有发现主要器官的病理变化，确认了MACuS介导的光热疗法的安全性。