《Scientific Reports》：Riboflavin-PLGA nanoparticles enhance the effectiveness of the pyruvate carboxylase inhibitor ZY-444 in targeting lipogenesis in colon and breast cancer
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本研究针对丙酮酸羧化酶(PC)在结肠癌和乳腺癌中过度表达促进肿瘤生长和转移的问题，开发了核黄素(Rf)功能化PLGA纳米颗粒递送PC抑制剂ZY-444的新策略。研究证明纳米化ZY-444在HT-29、HCT116和MDA-MB-231细胞中抑制克隆形成能力提高11-19倍，迁移侵袭抑制效果增强10倍以上，并通过下调ACC1、FASN、HMGCR等关键脂生成酶显著降低甘油三酯和胆固醇水平。该靶向纳米递送系统为代谢重编程抗癌治疗提供了新思路。
在肿瘤生物学研究领域，代谢重编程已成为癌症最显著的特征之一。肿瘤细胞通过改变其代谢途径来支持快速增殖、转移和耐药性，这些适应性改变包括增强的有氧糖酵解、磷酸戊糖途径、谷氨酰胺分解和新生脂质生成。在众多代谢酶中，丙酮酸羧化酶(Pyruvate Carboxylase, PC)作为重要的回补反应酶，通过催化丙酮酸羧化为草酰乙酸，补充三羧酸循环(TCA cycle)中间产物，在维持肿瘤生物合成途径中发挥关键作用。近年来研究发现PC在多种癌症中过度表达，包括乳腺癌、结肠癌、肺癌、前列腺癌等，其表达水平与临床病理参数和患者不良预后密切相关。
尽管靶向癌症代谢已成为有前景的治疗策略，但现有PC抑制剂ZY-444存在水溶性差、生物利用度低等问题，限制了其临床应用效果。同时，该化合物在结肠癌中的疗效尚未充分探索，也缺乏高效的靶向递送系统。正是针对这些挑战，泰国玛希隆大学的研究团队在《Scientific Reports》上发表了创新性研究成果，开发了核黄素功能化PLGA纳米颗粒递送系统，显著增强了ZY-444的抗癌 efficacy。
研究团队采用了几项关键技术方法：通过多步化学反应合成ZY-444并利用核磁共振(NMR)和质谱(HRMS)进行结构表征；使用单乳液溶剂蒸发法制备核黄素功能化PLGA纳米颗粒，并通过动态光散射、扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)进行物理表征；利用共聚焦显微镜观察纳米颗粒的细胞摄取和细胞内定位；采用MTT法、克隆形成实验、Transwell小室实验分别评估细胞活力、长期增殖能力和迁移侵袭能力；通过qRT-PCR和Western blotting分析脂质代谢相关基因表达；使用生化试剂盒检测甘油三酯和胆固醇水平。
ZY-444抑制乳腺癌和结肠癌细胞生长
研究首次证实ZY-444不仅能抑制乳腺癌细胞生长，对结肠癌细胞HT-29和HCT116也表现出显著抑制作用。MTT实验显示ZY-444对HCT116、HT-29、MCF-7和MDA-MB-231细胞的IC50值分别为1.36μM、1.53μM、1.80μM和3.06μM，相比传统化疗药物5-氟尿嘧啶(5-FU)和紫杉醇在某些细胞系中表现出更优的抑制效果。
ZY-444负载PLGA纳米颗粒的物理特性
为解决ZY-444水溶性差的问题，研究人员成功制备了核黄素功能化的PLGA纳米颗粒。该递送系统粒径约300纳米，呈球形，表面带正电荷，适合药物递送应用。纳米颗粒成功封装ZY-444，封装效率为5.99%，负载效率为0.64%。
Rf功能化PLGA纳米颗粒的细胞摄取
通过荧光显微镜观察发现，核黄素功能化纳米颗粒能有效被癌细胞摄取，且与核黄素转运蛋白(RFVTs)过度表达相关。纳米颗粒进入细胞后主要定位于溶酶体，在MDA-MB-231和HCT116细胞中的摄取效率高于HT-29细胞。
ZY-444负载纳米颗粒增强对细胞活力和克隆形成的抑制作用
纳米化ZY-444显著增强了抗癌效果，对HT-29、HCT116和MDA-MB-231细胞的IC50分别降低了3倍、13.6倍和19.2倍。克隆形成实验显示，0.5μM的PLGA-CSRf-ZY-444即可完全抑制三种癌细胞的集落形成，而游离ZY-444在相同浓度下仍允许细胞形成集落。
ZY-444负载纳米颗粒增强对细胞迁移和侵袭的抑制作用
在侵袭性强的HCT116和MDA-MB-231细胞中，纳米化ZY-444显著增强了对迁移和侵袭的抑制效果。0.25-0.5μM的PLGA-CSRf-ZY-444即可抑制HCT116细胞迁移和侵袭约25%-65%，而游离ZY-444需要1-2μM才能达到类似效果。
ZY-444负载纳米颗粒增强对关键脂生成酶的下调并降低甘油三酯和胆固醇水平
研究发现ZY-444通过抑制PC活性，下调了乙酰辅酶A羧化酶1(ACC1)、脂肪酸合酶(FASN)和HMG-CoA还原酶(HMGCR)等关键脂质代谢酶的表达。纳米化ZY-444处理更显著降低了这些酶的mRNA和蛋白水平，同时伴随甘油三酯和胆固醇含量的减少。
研究结论与讨论部分强调，该研究首次将ZY-444的应用拓展至结肠癌，并成功开发了核黄素功能化PLGA纳米递送系统。纳米化ZY-444通过增强细胞摄取效率，显著提高了对结肠癌和乳腺癌细胞增殖、克隆形成、迁移和侵袭的抑制作用。其分子机制与下调脂质生成关键酶表达，降低细胞内甘油三酯和胆固醇水平密切相关。脂质作为细胞膜主要成分、能量来源和信号分子前体，在癌症进展中发挥重要作用，因此破坏脂质合成能有效抑制癌细胞生长和转移。
该研究的创新点在于将代谢靶向治疗与纳米技术相结合，为解决PC抑制剂ZY-444水溶性差和靶向性不足的问题提供了有效策略。核黄素作为靶向配体，通过RFVTs介导的细胞内吞作用增强纳米颗粒在癌细胞中的特异性积累，为实现精准癌症治疗奠定了基础。研究成果不仅拓展了ZY-444的治疗应用范围，也为开发基于代谢重编程的个性化癌症治疗方案提供了新思路，在乳腺癌和结肠癌治疗领域具有重要转化价值。
