响应刺激的CuFeTe2纳米片在三阴性乳腺癌治疗中用于增强铜死亡/铁死亡机制

《Advanced Science》：Stimuli-Responsive CuFeTe2 Nanosheets for Amplified Cuproptosis/Ferroptosis in Triple-Negative Breast Cancer Therapy

三阴性乳腺癌（TNBC）治疗中，CuFeTe?纳米片（CFT）通过酸性肿瘤微环境（TME）响应性释放Fe2?和Cu2?，协同铁依赖性凋亡（ferroptosis）和铜依赖性凋亡（cuproptosis），并利用NIR-II光热增强ROS生成和GSH耗竭，最终诱导免疫原性细胞死亡（ICD）。CFT安全降解并经肾脏排泄。

　　### 三阴性乳腺癌（TNBC）治疗中的双路径协同作用机制分析

三阴性乳腺癌（Triple-negative breast cancer, TNBC）是一种高度侵袭性的乳腺癌亚型，其特点是缺乏雌激素受体（ER）、孕激素受体（PR）和HER2受体的表达。这使得TNBC在临床治疗中面临较大的挑战，因为它通常对激素治疗和靶向HER2的药物具有抗性。此外，TNBC细胞具有显著的代谢需求，导致其对铜（Cu）和铁（Fe）的摄取量较高，这使得其在某些特定的细胞死亡机制中表现出高度的敏感性。近年来，科学家们发现，铜死亡（cuproptosis）和铁死亡（ferroptosis）在肿瘤治疗中展现出巨大潜力，这两种机制均依赖于细胞内金属离子的积累以及氧化应激的增强，而TNBC细胞的这一特性为它们提供了独特的治疗靶点。

然而，尽管铜死亡和铁死亡具有潜在的治疗价值，它们在实际应用中仍受到肿瘤细胞固有抗氧化防御系统的限制。例如，细胞内铜的稳态调节机制可以有效控制铜离子的浓度，而高浓度的谷胱甘肽（GSH）则可以通过与铜离子的结合，抑制铜死亡的进程，并维持铁死亡的平衡。因此，如何有效克服这些抗氧化防御机制，成为提高TNBC治疗效果的关键问题。为了解决这一难题，研究人员开发了一种新型的纳米材料——CuFeTe?纳米片（CFT），其具有响应肿瘤微环境（TME）的特性，并能通过近红外二区（NIR-II）光热效应增强其治疗效果。

CFT的设计理念是通过其独特的化学组成和物理特性，实现对铜死亡和铁死亡的协同激活。首先，CFT能够在肿瘤微环境中释放Fe2?和Cu2?，这些金属离子在特定条件下可以被进一步还原为更具毒性的Cu?和Fe2?。其次，CFT具有良好的光热性能，能够在NIR-II波段内吸收光能并转化为热能，从而提升局部温度，加速细胞内的氧化反应，增强细胞死亡的效率。此外，CFT还能够通过调控细胞内的GSH水平，降低其抗氧化能力，为铜死亡和铁死亡的激活创造有利条件。

在肿瘤微环境中，酸性条件是CFT释放金属离子的重要触发因素。当CFT进入酸性TME时，Fe2?和Cu2?会被释放出来，其中Cu2?在细胞内可以与GSH发生反应，生成Cu?，从而抑制GPX4（谷胱甘肽过氧化物酶4）的活性，加剧脂质过氧化（LPO）反应，进而诱导铁死亡。同时，Cu?还能够促进DLAT（二氢硫辛酰胺S-乙酰转移酶）的聚集，并干扰细胞内的铁硫（Fe–S）簇蛋白，从而启动铜死亡过程。另一方面，Fe2?的积累进一步增强了铁死亡的效应，而Fe2?和Cu?均能够催化过氧化氢（H?O?）的分解，生成更具毒性的羟基自由基（•OH），从而放大氧化应激水平。

值得注意的是，铁死亡和铜死亡的协同作用不仅增强了细胞死亡的效率，还通过影响细胞内的热休克蛋白70（HSP70）和ATP水平，进一步提高了肿瘤细胞对治疗的敏感性。HSP70在细胞应激反应中起着关键的保护作用，而铁死亡的发生会导致HSP70的降解，从而削弱了细胞的应激防御能力。此外，ATP是细胞维持正常功能的重要能量来源，其水平的降低会进一步抑制细胞的修复能力，加速细胞死亡。这种由铁死亡和铜死亡共同作用引发的细胞死亡机制，能够有效诱导免疫原性细胞死亡（ICD），从而激活免疫系统，提高治疗的免疫效应。

CFT的光热性能是其治疗效果的重要保障。其在NIR-II波段内的强吸收能力使其能够通过光热疗法（photothermal therapy, PTT）产生局部的温和热效应，这种热效应不仅能够增强金属离子的催化活性，还能促进细胞膜的流动性，从而加速氧化反应的进行。通过这种方式，CFT能够在肿瘤微环境中实现高效的光热增强效应，进一步放大铜死亡和铁死亡的治疗效果。

为了验证CFT的生物相容性和体内清除能力，研究人员对其进行了详细的生物降解和体内排泄研究。结果显示，CFT能够在体内被有效降解，并通过肾脏过滤排出体外，这表明其具有良好的生物安全性。同时，CFT在不同pH条件下的稳定性也得到了验证，其在酸性条件下的降解特性使其能够更有效地响应肿瘤微环境，提高治疗的靶向性。

在体外实验中，CFT对TNBC细胞表现出显著的细胞毒性，而对正常细胞则影响较小。这一现象表明，CFT的治疗效果具有良好的选择性，能够优先作用于肿瘤细胞，而不影响健康组织。此外，CFT的光热效应和金属离子释放特性在不同浓度和照射条件下均表现出良好的协同作用，进一步增强了其对肿瘤细胞的杀伤能力。

CFT的治疗机制不仅限于直接诱导细胞死亡，还通过触发免疫原性细胞死亡（ICD）增强了免疫系统的反应。ICD的发生通常伴随着关键信号分子的释放，如钙网蛋白（calreticulin, CRT）和高迁移率族蛋白1（HMGB1）。这些分子能够作为“吃我”信号和“现我”信号，促进树突状细胞（dendritic cells, DC）的识别和激活，从而增强抗肿瘤免疫反应。因此，CFT不仅能够通过直接的细胞毒性作用治疗肿瘤，还能够通过激活免疫系统，提高治疗的整体效果。

为了更深入地理解CFT的治疗机制，研究人员对其进行了转录组分析。结果表明，CFT + NIR-II治疗能够显著改变4T1细胞的基因表达模式，激活多个关键信号通路，包括MAPK信号通路和TNF信号通路。这些通路在细胞凋亡和氧化应激反应中起着重要作用，进一步支持了CFT在治疗中的多重作用机制。

此外，CFT的光热效应还能够通过影响细胞内的能量代谢，降低ATP水平，从而削弱细胞的生存能力。ATP是细胞维持膜电位和线粒体功能的关键因素，其水平的下降会导致线粒体膜电位的降低和线粒体超氧化物的积累，最终引发细胞凋亡。通过这种方式，CFT能够有效破坏线粒体功能，加速肿瘤细胞的死亡过程。

综上所述，CFT作为一种新型的纳米材料，能够通过其独特的化学组成和物理特性，在肿瘤微环境中实现对铜死亡和铁死亡的协同激活。其光热性能和对GSH的消耗能力，不仅增强了氧化应激反应，还削弱了肿瘤细胞的抗氧化防御机制，从而提高了治疗效果。同时，CFT的生物降解特性和体内清除能力，确保了其在体内的安全性和生物相容性。此外，CFT还能够通过诱导免疫原性细胞死亡，激活免疫系统，进一步提高抗肿瘤免疫反应。这些特性共同构成了CFT在治疗三阴性乳腺癌中的强大潜力，为未来肿瘤治疗提供了新的思路和方法。