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本文聚焦铁死亡肿瘤治疗，介绍了铁死亡（Ferroptosis）及分子自组装（MSA）原理，阐述基于 MSA 的纳米平台在提高治疗精准度、疗效和生物安全性方面的应用，探讨其临床转化面临的挑战及未来方向，为肿瘤治疗研究提供参考。
1. 引言
铁死亡是一种独特的调节性细胞死亡形式，自 2012 年被发现以来备受关注。它由铁代谢、脂质过氧化和抗氧化防御之间的相互作用驱动，与凋亡、坏死和自噬不同。铁死亡过程中，不稳定铁池（LIP）增加，通过铁蛋白 ophagy 或转铁蛋白受体（TFR）介导的内吞作用获取铁，为活性氧（ROS）生成提供铁离子，参与磷脂过氧化。同时，铁增强脂氧合酶（ALOX）或 Egl-9 家族缺氧诱导因子（EGLN）脯氨酸羟化酶的活性，促进脂质过氧化。含有多不饱和脂肪酸的磷脂（PUFA-PLs）易发生脂质过氧化，其产物积累超过阈值会导致细胞死亡。干预或阻断铁死亡防御系统，如谷胱甘肽过氧化物酶 4（GPX4）- 还原型谷胱甘肽（GSH）系统等，可促进铁死亡。
恶性肿瘤细胞的代谢重编程和基因突变使其对铁死亡敏感，这为肿瘤治疗提供了新途径。例如，间充质型肿瘤细胞富含多不饱和脂肪酸（PUFAs）且依赖 GPX4，对铁死亡特别敏感。肿瘤细胞对不同铁死亡防御途径的不平衡依赖，也使其易受其他铁死亡途径影响。相比之下，正常细胞防御系统完整，不易受铁死亡诱导影响。利用这种差异，可选择性诱导肿瘤细胞铁死亡，减少对正常细胞的损害。一些难治性恶性肿瘤对铁死亡治疗更敏感，铁死亡治疗还能克服传统化疗和放疗的耐药性。此外，铁死亡与现有治疗策略结合，如与免疫检查点抑制剂或其他靶向疗法联合，可增强抗肿瘤疗效。目前对肿瘤微环境（TME）中铁死亡的理解也在不断深入。
然而，现有的铁死亡诱导剂大多是小分子，在实际应用中面临诸多挑战，如生物利用度有限、靶向性差、易产生副作用、难以克服肿瘤异质性和耐药机制，且全身给药存在清除快、肿瘤穿透性差等问题。无机纳米晶体用于铁死亡肿瘤治疗时，生物相容性和生物降解性差，缺乏对特定刺激的响应能力，影响抗肿瘤疗效。
分子自组装（MSA）是一种前沿技术，通过分子构建块的自发组织构建纳米结构。与小分子和无机纳米晶体相比，分子自组装纳米材料在铁死亡肿瘤治疗中具有优势。其可编程的组装 / 拆卸过程可设计刺激响应性治疗系统，提高肿瘤特异性、增强肿瘤递送和穿透能力，降低全身毒性和副作用。从生产角度看，MSA 具有更强的定制性、可扩展性和可重复性，有利于商业和个性化医疗。此外，分子自组装纳米材料可用于联合治疗，结合铁死亡与其他治疗方式的协同效应，还能用于生物成像引导的肿瘤治疗。
2. 分子自组装的工程原理
自然界利用 MSA 构建具有不同功能的有序结构。MSA 的发生依赖于相互作用的分子构建块的结构兼容性和化学互补性，其过程所需的分子信息编码在组件中，并通过分子间和分子内的非共价相互作用表达。
多种合成和天然分子可作为 MSA 的构建块，如小有机分子、聚合物、脂质、肽、蛋白质、核酸和金属有机网络等。例如，Skaanning 等人开发了人工无环核酸（aTNA），用于构建超小尺寸（小于 5nm）且高耐久性的立方和金字塔形 DNA 纳米结构，为治疗性货物的递送提供了便捷且经济的方式。Wu 等人利用 MSA 将铁死亡诱导剂二茂铁（Fc）、分化诱导剂全反式维甲酸（ATRA）、化疗药物阿霉素（DOX）和肿瘤靶向配体 DSPE-PEG-HA 整合到一个纳米平台（HA/DOX@Fc-SS-ATRA）中，用于三阴性乳腺癌（TNBC）的联合治疗。
MSA 的核心是利用非共价相互作用（如氢键、范德华力、静电相互作用、疏水相互作用和 π- 效应）将分子组件结合在一起。这些弱相互作用整体协同，提供可逆、动态和选择性的力，引导分子精确组织成明确的结构，并影响其与环境的相互作用。例如，Li 等人通过精细调节超分子相互作用，合成了单层和多层二维（2D）纳米片。
MSA 过程可受外部因素干预，如溶剂组成、温度和外部场等。Tang 等人研究发现，电场增强会增加 π- 共轭分子骨架的堆叠概率。Ghosh 等人通过控制溶液 pH、浓度和温度，证明了生物活性肽 PEP-1 可自组装成六种不同形态和四种不同二级结构，且该肽具有生物相容性和对多种外部参数的响应性，其纳米组装体可用于生物医学应用。
3. 分子自组装纳米药物在铁死亡肿瘤治疗中的应用
铁死亡是一种有前景的肿瘤治疗途径，但肿瘤微环境的复杂性和恶性细胞的特性阻碍了铁死亡疗法的效果。分子自组装纳米药物可利用 MSA 的独特性质克服生物屏障，提高抗肿瘤疗效。以下将介绍相关研究进展，并总结代表性的 MSA 系统。
3.1 异位分子自组装
异位 MSA 是在应用环境外合成和组装纳米材料，可精确调节分子相互作用和组装结果。例如，合成的两亲性分子 PTO-Biotin 可自组装成纳米颗粒，在生物素引导下靶向肿瘤细胞，808nm 激光照射引发酸激活的光热效应，通过溶酶体功能障碍和增强的细胞内芬顿反应诱导铁死亡。Zhou 等人采用多步自组装方法制备的 siRNA/GA-Fe@MOF 纳米复合材料，在肿瘤酸性内体 / 溶酶体微环境中分解，释放多种物质，共同作用于肿瘤细胞的氧化还原和酸碱平衡，实现放大的铁死亡。
肿瘤组织的适应性和防御系统会影响铁死亡肿瘤治疗效果。Liu 等人开发的 QSSP 纳米颗粒，在肿瘤细胞酸性微环境中分解，释放的前药分子靶向线粒体，通过硫醇 - 二硫键交换反应下调内源性 GSH，并抑制 DHODH，促进铁死亡。Cheng 等人将 GPX4 抑制剂 RSL3 和 FSP1 抑制剂 iFSP1 与基因工程小鼠铁蛋白（mHFn）共组装，利用 mHFn 与肿瘤细胞上过表达的转铁蛋白受体（TfR）的高亲和力，特异性递送药物，阻断抗氧化途径，增强 ROS 生成和脂质过氧化，刺激免疫系统，与抗 PD-L1 抗体联合可根除肿瘤。
3.2 原位分子自组装
原位 MSA 在靶位点或特定理化环境中直接发生，利用应用位点的天然条件驱动自组装过程，减少后处理，避免肿瘤递送效率低和铁死亡疗法非特异性激活等问题。例如，Gi-F-CAA 在肿瘤微环境的酸性条件下自组装，增加细胞摄取和肿瘤积累，增强 GPX4 抑制和芬顿效应。
控制原位 MSA 的动力学对构建智能抗肿瘤平台很重要。酶指导的自组装（EISA）是控制原位 MSA 的有效方法。Yang 等人基于主客体络合开发的 EISA 策略，可控制酶在亚细胞水平的组装过程，实现靶向细胞器内铁死亡的选择性诱导。
原位 MSA 还可与异位 MSA 结合，即组装 - 拆卸 - 重新组装方法。例如，一种基于肽的系统在体外预组装成纳米胶束便于体内递送，进入肿瘤细胞后在 GSH 作用下分解，释放的肽分子在线粒体内原位自组装成纳米纤维。Wang 等人报道的 TEP-FFG-CRApY 肽纳米组装体在肿瘤细胞内受碱性磷酸酶（ALP）作用发生形态转变，促进溶酶体逃逸和与 GPX4 相互作用，诱导铁死亡并增强肿瘤免疫原性。
异位 MSA 适合制造精确的纳米结构，原位 MSA 则更利于与生物系统整合，两者的发展为创造具有定制特性的纳米材料提供了可能。
4. 结论和未来展望
纳米技术与肿瘤治疗的结合推动了创新治疗策略的发展，分子自组装纳米药物在铁死亡肿瘤治疗中具有提高治疗精度、疗效和安全性的潜力。本文讨论了相关研究进展，包括异位和原位 MSA 的工程原理，以及先进的铁死亡诱导分子自组装纳米药物。
目前，异位和原位 MSA 策略存在一些不足。异位 MSA 在动态生理环境中的靶向效率和疗效有限，原位 MSA 在放大生产和建立标准方面存在困难。设计级联刺激响应系统或混合系统可能是解决这些问题的有效途径。
铁死亡诱导的 MSA 平台从实验室到临床应用面临诸多挑战，需要持续研究。首先，自组装纳米药物的可扩展和可持续生产至关重要，微流控等纳米制造技术的发展有助于实现精确控制和可持续合成。其次，铁死亡的分子机制尚未完全明确，深入研究有助于设计更有效的铁死亡诱导剂，同时研究肿瘤细胞与 TME 的相互作用可增强肿瘤铁死亡响应并减少副作用。再者，个性化医学要求在铁死亡肿瘤治疗中，通过基因组学和蛋白质组学的进展，准确识别生物标志物，针对特定疾病和患者亚组进行治疗，并提高成本效益。最后，临床应用中需要全面了解纳米组装体与生物系统的时空动态相互作用，建立治疗标准和监管评估体系，这需要科学家、临床医生和监管机构的密切合作。
