基于点击化学的铜离子级联累积共价有机框架纳米系统实现肿瘤铜死亡治疗

《Cell Biomaterials》：Covalent organic framework eliciting a click-based intracellular copper accumulation cascade for cuproptosis cancer therapy

为解决肿瘤细胞对铜积累的耐药性和系统毒性问题，研究人员开发了P1+P2@COF@F127-D纳米系统，通过抑制ATOX1/CCS蛋白和CuAAC点击反应级联放大内源性Cu+积累，诱导铜死亡（cuproptosis）和铁死亡（ferroptosis），在黑色素瘤模型中展现高效抗肿瘤活性且无显著毒性。

　　

铜离子（Cu）作为生命必需元素，在细胞生长和氧化还原调控中扮演关键角色。近年研究发现，铜离子过量可引发一种新型程序性细胞死亡——铜死亡（cuproptosis），其机制与铁硫簇破坏和DLAT蛋白寡聚化相关，为癌症治疗提供了新思路。然而，外源性铜的引入易导致全身毒性，而肿瘤细胞通过谷胱甘肽（GSH）螯合和铜伴侣蛋白（如ATOX1/CCS）的外排作用形成耐药屏障。如何精准调控肿瘤内源性铜离子稳态，成为突破铜死亡治疗瓶颈的核心挑战。

天津大学的研究团队创新性地提出“内源性铜催化-点击化学级联放大”策略，构建了智能响应型纳米系统P1+P2@COF@F127-D。该系统通过共价有机框架（COF）负载谷氨酰胺酶1（GLS1）抑制剂前药P1/P2，并修饰GSH响应的铜外排抑制剂DC_AC50。在肿瘤高GSH环境中，纳米颗粒释放DC_AC50阻断ATOX1/CCS介导的铜外排，升高的Cu⁺触发P1/P2发生铜催化叠氮-炔环加成反应（CuAAC），原位合成GLS1抑制剂C147。该抑制剂通过抑制谷氨酰胺代谢使GSH水平降低60%，进一步减少GSH-Cu复合物形成，形成“铜积累-点击合成-GSH消耗-铜再积累”的正反馈循环，最终实现游离Cu⁺浓度提升8倍，同步激活铜死亡与铁死亡通路。相关成果发表于《Cell Biomaterials》。

研究采用四项关键技术：1）可降解二硫键COF的合成与药物负载；2）DC_AC50与Pluronic F127的GSH响应型偶联；3）基于HPLC和荧光探针的细胞内CuAAC反应监测；4）特异性Cu⁺荧光探针（696-750 nm红移）开发。

结果部分：

1. 纳米系统构建与表征：通过BTA与APD缩合制备120 nm二硫键COF，负载P1/P2（封装率23.8%/25.5%）后经F127-D修饰形成150 nm水分散颗粒，10 mM GSH下24小时药物释放率达100%。

2. 内源性CuAAC验证：DC_AC50使B16细胞总铜量增加，Cu⁺荧光探针显示游离Cu⁺占比从15%提升至37.5%，HPLC证实细胞内成功合成C147。

3. 铜-GSH级联效应：Western blot显示DLAT寡聚化和FDX1下调，JC-1检测线粒体膜电位崩溃，Bio-TEM观察到线粒体嵴断裂，ROS水平显著升高。

4. 体内抗肿瘤效果：黑色素瘤模型显示肿瘤抑制率显著，GSH降低2倍而铜积累3倍，TUNEL染色显示广泛凋亡，且主要器官无病理损伤。

该研究开创性地将生物正交化学与金属离子调控相结合，首次实现不依赖外源铜的肿瘤特异性铜死亡治疗。通过“纳米载体-内源性铜催化-代谢重编程”三级放大策略，解决了铜稳态精准调控的难题，为金属离子干预疗法提供了新范式。值得注意的是，该平台可拓展至其他需要金属离子参与的体内点击合成，为生物医学工程领域开辟了崭新研究方向。