《Journal of Nanobiotechnology》神奇生物纳米复合物 AbDA-Lim：打破铁稳态，开启癌细胞非经典铁死亡抗癌新征程

为解决增强癌细胞铁死亡敏感性及铁补充疗法存在的问题，首都医科大学等单位研究人员开展 AbDA-Lim 诱导癌细胞非经典铁死亡的研究。结果显示其能破坏铁平衡诱导铁死亡，还具光热增效。推荐一读，或为抗癌研究带来新启发。

　　

在癌症治疗的战场上，有一种细胞死亡方式 —— 铁死亡（ferroptosis），引起了众多科研人员的关注。铁死亡是由亚铁离子（Fe (II)）通过芬顿反应触发脂质过氧化，产生大量活性氧（ROS），进而对细胞造成氧化损伤导致的细胞死亡。癌细胞在疯狂生长和转移的过程中，对铁有着极高的需求，因为铁在 DNA 合成、细胞增殖和代谢调节等生物过程中，就像一把万能钥匙，发挥着至关重要的作用。理论上来说，癌细胞对铁的高需求，会让它们在面对铁死亡时更加脆弱，就像一座看似坚固但内部已经被白蚁蛀空的城堡，轻轻一推就可能倒塌。

然而，现实却没那么简单。癌细胞就像一群狡猾的 “敌人”，它们非常擅长调节细胞内不稳定铁池（LIP）的水平，通过巧妙地控制铁的摄取、利用和储存之间的平衡，一次次躲过铁死亡的 “攻击”。铁在细胞内大多以 Fe (III) 的形式被储存起来，或者与谷胱甘肽（GSH）紧紧结合，就像被关在坚固牢房里的犯人，无法发挥作用，这样就能防止 ROS 的产生。而且，当 Fe (III) 好不容易转化为 Fe (II) 时，癌细胞又会利用具有还原性的 GSH 迅速与 Fe (II) 结合，把它藏起来，让它无法参与芬顿反应，从而避免受到氧化损伤。所以，要想让癌细胞发生铁死亡，关键就在于增强 LIP，打破 LIP 和储存铁池之间的平衡，把被 “囚禁” 的 Fe (II) 释放出来，让它能够参与到对癌细胞的 “攻击” 中。

在这个研究方向上，之前的科研成果虽然取得了一些进展，但也面临着不少挑战。大部分铁在体内是以血红素的形式存在的，血红素加氧酶 1（HMOX1）可以降解血红素，促使 Fe (III) 转化为 Fe (II) 。有研究发现，提高 HMOX1 的水平或活性，似乎能增加 LIP，但是问题来了，从血红素中释放出来的 Fe (II)，往往不会乖乖地进入 LIP，而是又被 “抓回” 铁蛋白中变成 Fe (III)，或者再次与 GSH 结合，使得通过调节 HMOX1 来诱导铁死亡的效果大打折扣。另外，通过补充铁来增加 LIP 从而诱导铁死亡的方法，也充满了争议。这种方法不仅效果不理想，还可能导致铁过载，就像给身体强行塞进太多东西，最终对正常组织造成严重损害，引发一系列安全问题。

面对这些难题，首都医科大学和南京大学等单位的研究人员决心要找到新的突破点。他们经过不懈努力，在《Journal of Nanobiotechnology》期刊上发表了一篇名为 “Bio-nanocomplexes impair iron homeostasis to induce non-canonical ferroptosis in cancer cells” 的论文。这篇论文就像一把新的 “钥匙”，为癌症治疗中诱导铁死亡的研究打开了新的大门。研究人员发现，一种由白蛋白、聚多巴胺和柠檬烯组成的生物纳米复合物（AbDA-Lim），可以通过破坏铁平衡，有效促进 LIP 的增加，诱导癌细胞发生非经典铁死亡（non-canonical ferroptosis）。而且，聚多巴胺还具有光热特性，能够增强光热疗法的协同抗肿瘤效果。这一发现意义重大，为癌症治疗提供了一种全新的、独特的策略，就像在黑暗中为癌症治疗照亮了一条新的道路。

为了开展这项研究，研究人员运用了多种关键技术方法。在纳米复合物的制备与表征方面，他们采用特定方法制备出 AbDA-Lim，并使用动态光散射（DLS）测量其粒径，利用透射电子显微镜（TEM）观察其形态。细胞实验技术上，通过 MTT 法检测细胞增殖情况，用流式细胞术（FCM）和共聚焦激光扫描显微镜检测细胞内活性氧（ROS）、脂质 ROS 水平，采用相关试剂盒测定细胞内 GSH 含量。分子生物学研究中，运用 RNA 测序分析基因表达变化，借助蛋白质免疫印迹（Western blot）检测相关蛋白水平，还利用网络药理学预测化合物潜在作用靶点。在动物实验方面，构建了荷瘤小鼠模型，对小鼠进行药物处理、激光照射，之后通过组织染色等方法评估药物疗效和安全性。

下面来看看具体的研究结果。首先是 AbDA-Lim 的制备与表征。研究人员利用白蛋白自组装技术，将多巴胺氧化形成聚多巴胺，再与白蛋白交联，最后加入柠檬烯，成功制备出 AbDA-Lim 纳米颗粒。TEM 图像显示，这些纳米颗粒呈现出均匀的球形，就像一个个小小的圆球，直径在 60 - 100nm 之间，zeta 电位为 - 31mV，这一特性让它们在溶液中能够保持相对稳定的状态。

接着，研究人员检测了 AbDA-Lim 对多种癌细胞增殖的影响。他们选取了结肠癌细胞 SW620、乳腺癌细胞 MDA-MB-231、黑色素瘤细胞 B16、前列腺癌细胞 DU145、肺癌细胞 A549、胰腺癌细胞 BxPC3 和肝癌细胞 HepG2 等多种癌细胞系进行实验。结果发现，AbDA-Lim 对这些癌细胞的增殖抑制作用呈现出浓度依赖性，就像一个逐渐收紧的 “紧箍咒”，浓度越高，对癌细胞增殖的抑制效果就越强。而单独的柠檬烯只有在较高浓度时才有一定的抗癌效果，聚多巴胺 - 白蛋白结合物（AbDA）对细胞增殖几乎没有明显影响。

随后，研究人员深入探究了 AbDA-Lim 是否能诱导铁死亡。他们先用流式细胞术检测细胞内 ROS 水平，结果发现，经过 AbDA-Lim 处理的细胞，ROS 水平显著升高，就像细胞内发生了一场 “氧化风暴”。同时，细胞内 GSH 水平明显下降，GSH/GSSG 比值也随之降低，这表明细胞内的抗氧化能力被削弱。进一步通过 C11-BODIPY 染色、TEM 观察和 Western blot 检测发现，AbDA-Lim 处理后的细胞出现了脂质过氧化现象，线粒体形态发生异常，GPX4 蛋白水平下降，这些都是铁死亡的典型特征，充分证明了 AbDA-Lim 能够诱导癌细胞发生铁死亡。

为了弄清楚 AbDA-Lim 诱导铁死亡的机制，研究人员进行了转录组学分析。结果显示，AbDA-Lim 处理后，癌细胞中与铁死亡相关的基因特征明显富集，其中变化最显著的基因是 HMOX1 和 CBS。进一步研究发现，聚多巴胺可以促进 HMOX1 的表达，使更多的血红素降解，释放出 Fe (II)；而柠檬烯则能抑制 CBS 的表达，减少 GSH 的合成，从而促使 Fe (II) 从储存状态释放到 LIP 中。通过 Western blot、LC-MS/MS 等实验也证实了这一机制，AbDA-Lim 独特的作用方式，就像一把 “双刃剑”，从两个方向同时发力，有效提高了细胞内 LIP 的水平，诱导癌细胞发生铁死亡。

在动物实验中，研究人员构建了 SW620 荷瘤裸鼠模型，评估 AbDA-Lim 的治疗效果。结果显示，与对照组相比，接受 AbDA-Lim 治疗的小鼠肿瘤体积明显更小，这表明 AbDA-Lim 具有显著的抗肿瘤效果。而且，通过对肿瘤组织的染色和检测发现，AbDA-Lim 能够增加肿瘤组织中的 Fe (II) 水平，调节 HMOX1 和 CBS 的表达，诱导肿瘤细胞发生铁死亡，同时对正常组织没有明显的损伤，安全性良好。

此外，研究人员还发现 AbDA-Lim 具有光热效应。给 SW620 荷瘤小鼠注射 AbDA-Lim 后，用 808nm 激光照射肿瘤部位，发现肿瘤温度明显升高。而且，将光热疗法与 AbDA-Lim 联合使用，对肿瘤的抑制效果更好，肿瘤组织出现明显坏死，这说明 AbDA-Lim 可以作为光敏剂，增强肿瘤对光热疗法的敏感性。

综合以上研究结果，研究人员得出结论：AbDA-Lim 这种生物纳米复合物，能够通过一种独特的非经典途径，破坏癌细胞的铁稳态，提高细胞内 Fe (II) 通量，最终诱导癌细胞发生铁死亡，而且不需要额外补充铁，避免了铁过载带来的风险。同时，其光热特性还能增强光热疗法的效果。这一研究成果为增强铁通量诱导铁死亡提供了新的理论依据和方法，为癌症治疗带来了新的希望。

在讨论部分，研究人员进一步强调了铁稳态在癌症治疗中的重要性。癌细胞通过维持铁稳态来抵抗铁死亡，而 AbDA-Lim 成功打破了这一平衡，为癌症治疗开辟了新方向。而且，研究还发现了聚多巴胺和柠檬烯调节 HMOX1 和 CBS 表达的潜在机制，为后续更深入的研究奠定了基础。虽然目前的研究取得了重要进展，但未来仍有许多工作需要做，比如进一步优化 AbDA-Lim 的制备工艺，提高其在体内的疗效和稳定性，探索其在更多癌症类型中的应用等。相信在科研人员的不断努力下，这种生物纳米复合物在癌症治疗领域会发挥更大的作用，为众多癌症患者带来新的曙光。