5-氟尿嘧啶修饰铂纳米颗粒靶向诱导胶质母细胞瘤凋亡的机制研究及药物递送系统开发

本研究针对5-氟尿嘧啶(5-FU)治疗胶质母细胞瘤(GBM)存在的血脑屏障穿透性差、系统毒性大等问题，开发了铂纳米颗粒(PtNPs)载药系统。通过分子对接和动力学模拟证实5-FU与Bcl2/Caspase-3的稳定结合，体外实验显示PtNPs/5-FU复合物能下调β-catenin/ZEB1等EMT通路基因，显著增强U87细胞凋亡。该研究为克服GBM化疗耐药提供了新型纳米递送策略。

　　

胶质母细胞瘤(GBM)作为最具侵袭性的脑肿瘤，五年生存率不足7.2%，现有治疗方案面临血脑屏障阻隔和化疗耐药两大瓶颈。5-氟尿嘧啶(5-FU)虽广泛应用于多种癌症治疗，但其亲水性导致脑部递送效率低下，且高剂量使用伴随严重神经毒性。如何突破这些限制，成为神经肿瘤学领域亟待解决的难题。

来自伊朗Shahrekord医科大学（Shahrekord University of Medical Sciences）和Kashan医科大学的研究团队创新性地将目光投向铂纳米颗粒(PtNPs)。这种兼具催化活性和生物相容性的纳米材料，不仅能作为药物载体，其自身还可通过产生活性氧发挥协同抗癌作用。研究人员通过分子模拟与实验验证相结合的策略，系统评估了PtNPs负载5-FU对抗GBM的效果。

为揭示作用机制，团队首先采用AutoDock工具模拟5-FU与凋亡相关蛋白的相互作用，发现其与Bcl2(结合能-6.1 kcal/mol)和Caspase-3(-6.3 kcal/mol)形成稳定复合物，尤其通过His91/Lys15等关键氨基酸与Bcl2的BH4结构域结合。分子动力学(100 ns)进一步证实这些复合物在生理环境下保持稳定，RMSD波动小于0.35 nm。

实验方面，研究人员通过CTAB辅助还原法合成粒径约100-150 nm的PtNPs，XRD显示其具有面心立方结构（特征峰2θ=40°/46.5°）。载药系统展现优异性能：

关键实验技术包括：1)分子对接与分子动力学模拟预测药物-靶点相互作用；2)扫描电镜(SEM)和动态光散射(DLS)表征纳米颗粒理化性质；3)MTT法检测细胞毒性；4)流式细胞术分析凋亡；5)Western blot检测凋亡蛋白表达；6)qRT-PCR量化EMT相关基因。

主要研究发现

1. 纳米载药系统特性
   PtNPs/5-FU的封装效率达70%，在pH 5.4的肿瘤微环境中释放速率比生理pH快1.3倍，符合双指数动力学模型(R²>0.92)。

2. 细胞毒性差异
   游离5-FU在14 μg/mL浓度即可杀伤50% U87细胞，而PtNPs/5-FU需103 μg/mL达到同等效果，但后者诱导的凋亡更持久（72小时存活率35% vs 60%）。

3. 凋亡机制验证
   Western blot显示PtNPs/5-FU处理组Bcl2表达下调2.3倍，同时激活Caspase-3。流式结果显示其诱导33.4%晚期凋亡，显著高于游离药物组(14.6%)。

4. EMT通路抑制
   qPCR证实复合物能同步下调β-catenin、Cyclin D1、ZEB1和Twist1基因表达，其中ZEB1降幅达4.1倍（p<0.01）。

这项研究的重要意义在于：首次通过计算模拟指导PtNPs/5-FU系统的构建，证实其可通过双重机制——即直接诱导凋亡和抑制EMT通路来对抗GBM。相比传统化疗，该纳米平台不仅能延缓药物释放、降低系统毒性，还通过靶向Wnt/β-catenin信号通路克服肿瘤转移倾向。研究为开发下一代脑肿瘤靶向制剂提供了理论依据和技术路线，相关成果发表在《BMC》系列期刊。未来研究可进一步优化纳米颗粒表面修饰，提升血脑屏障穿透效率。