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铜死亡治疗新突破！上海交通大学开发新型纳米药物偶联物，增强抗肿瘤免疫
Highlights
1. 开发了CuPEs@PApt，能精准靶向肿瘤并增强铜死亡治疗效果。
2. 通过铜过载和GSH耗竭，CuPEs@PApt有效抑制肿瘤生长。
3. CuPEs@PApt诱导铜死亡的同时，激发抗肿瘤免疫，提供新的治疗途径
近日，“Journal of the American Chemical Society”（IF=14.4）上发表了一篇题为“Polyvalent Aptamer Nanodrug Conjugates Enable Efficient Tumor Cuproptosis Therapy Through Copper Overload and Glutathione Depletion”的文章。这篇文章开发了一种名为CuPEs@PApt的多价寡核苷酸纳米药物偶联物，用于提高肿瘤铜死亡治疗的效率。
研究背景介绍
铜死亡是一种依赖于线粒体铜过载的细胞死亡方式，其特征是线粒体中的脂酰化蛋白累积和铁硫簇蛋白的丢失。
免疫原性细胞死亡（ICD）是指细胞死亡过程中能够激活免疫系统，促进抗肿瘤免疫反应的一种细胞死亡方式。在某些癌症治疗中，诱导ICD可以增强机体对肿瘤的免疫监视和清除能力。
研究思路分析
研究技术路线图
01CuPEs@PApt 的构建与基础性质研究
①为制备CuPEs@PApt，设计了编码EpCAM适体和PolyT序列的模板DNA。EpCAM适体可选择性结合肿瘤细胞表面高表达的EpCAM，PolyT序列用于螯合铜离子。通过引物和T4连接酶将模板转化为封闭圆形模板，再经滚环扩增（RCA）产生长链多价适体（PApt），该PApt能够高效装载并靶向输送铜死亡诱导剂。
②随后，通过H2O2和Elesclomol（Es）与Cu2+的配位作用合成CuPEs纳米点，并用PVP涂层提高其水溶性和分散性。PApt与CuPEs的共孵育使得PApt中的PolyT序列能够螯合CuPEs中的铜离子，形成具有类似核小体结构的CuPEs@PApt。通过AFM和琼脂糖电泳验证了RCA过程中的各个步骤产物，显示CuPEs@PApt在模拟的肿瘤微环境和细胞内溶酶体酸性条件下能够产生羟基自由基并耗竭GSH，从而增强铜死亡治疗效果。
02CuPEs@PApt对肿瘤细胞铜死亡的影响
①CuPEs@PApt通过“开源节流”策略增强肿瘤细胞的铜死亡。首先，CuPEs@PApt利用多价EpCAM寡核苷酸特异性靶向肿瘤细胞并被内吞至溶酶体。在溶酶体环境中，CuPEs@PApt释放Es和CuP纳米点，Es能够将Cu2+运输至线粒体引发铜过载。同时，CuP纳米点分解产生Cu2+和H2O2，这些物质能催化产生大量•OH，耗竭GSH，抑制Cu-GSH螯合，从而增强铜死。
②将带有4T1细胞皮下肿瘤的小鼠随机分为五组，分别给予对照、Es、CuP、CuPEs和CuPEs@PApt治疗。结果显示，CuPEs和CuPEs@PApt组对肿瘤生长抑制效果更为显著，尤其是CuPEs@PApt组因其优越的肿瘤靶向和内吞作用展现出最强的抗肿瘤效果。此外，通过H&E染色的肿瘤组织切片和主要器官的检查，证实CuPEs@PApt在治疗过程中未引起显著毒性。
③组织学染色揭示了CuP、CuPEs和CuPEs@PApt处理组肿瘤组织中ROS水平显著增加和GSH水平相应减少，表明CuPEs@PApt在体内催化了强烈的芬顿反应，导致GSH耗竭。免疫组化分析进一步证实了CuPEs@PApt诱导的铜死亡效果，与其他组相比，CuPEs@PApt组显示出更强的铜死亡诱导能力。
03CuPEs@PApt的体内应用效果及免疫反应研究
①研究通过尾静脉注射ICG标记的CuPEs@PApt（ICG@CuPEs@PApt），研究其在体内的靶向能力。结果显示ICG@CuPEs@PApt组在肿瘤部位的荧光信号显著增强，表明CuPEs@PApt能有效靶向肿瘤组织，并增强肿瘤部位铜死亡诱导剂的积累。
②通过ICP-OES测量血液中铜离子浓度，发现CuPEs@PApt在血液中的循环半衰期较长，且主要通过尿液排泄。进一步的治疗效果和安全性评估显示，与对照组相比，CuPEs@PApt组展现出显著的抗肿瘤效果，且未引起显著的体重变化或主要器官毒性，证明了CuPEs@PApt作为一种新型多价寡核苷酸纳米药物偶联物，在提高肿瘤铜死亡治疗效果和改善治疗剂的生物相容性方面的潜力。
③研究发现，与对照组相比，CuPEs@PApt处理的肿瘤组织中钙网蛋白（CRT）水平显著增加，表明其诱导了ICD。在淋巴结中，CuPEs@PApt显著提高了树突状细胞（DCs）的成熟率和CD8+/CD4+T细胞比例，增强了抗肿瘤免疫反应。此外，CuPEs@PApt处理的小鼠肿瘤内CD8+T细胞的浸润、增殖和活化水平均显著提高，这表明铜死亡诱导的ICD能够促进CD8+T细胞在肿瘤部位的浸润、增殖和抗肿瘤活性，从而增强适应性抗肿瘤免疫反应并抑制肿瘤生长。
图1. CuPEs@PApt的设计、合成和特性分析
图2. CuPEs@PApt诱导的体外增强肿瘤细胞铜死亡
图3. CuPEs@PApt诱导的体内增强肿瘤铜死亡。
图4. CuPEs@PApt体内增强肿瘤靶向药物递送。
图5. 铜死亡诱导的体内抗肿瘤免疫反应
图6.abstract
结论与讨论
本研究成功开发了一种多价寡核苷酸纳米药物偶联物CuPEs@PApt，通过“开源节流”策略显著增强了肿瘤细胞的铜死亡治疗。CuPEs@PApt能有效靶向肿瘤，通过线粒体铜过载和GSH耗竭诱导铜死亡，同时激活抗肿瘤免疫反应。体内外实验证实了其在增强肿瘤铜死亡和抑制肿瘤生长中的潜力，展现了良好的生物相容性和治疗效果。
未来研究需进一步探索其在不同类型肿瘤和临床应用中的有效性及安全性。此外，还需要深入理解CuPEs@PApt诱导的免疫反应机制，以及如何优化药物递送系统以提高治疗选择性和减少潜在毒性。