纳米颗粒增强型丙戊酸在胶质母细胞瘤中的治疗潜力与毒理学权衡：行为学与氧化应激研究进展

《Neuropharmacology》：Therapeutic Potential and Toxicological Trade-Offs of Nanoparticle-Enhanced Valproic Acid in Glioblastoma: Behavioral and Oxidative Insights

　　

•纳米 VPA 单独使用或与 TMZ 联用，均显著缩小了胶质母细胞瘤体积
•纳米 VPA 缩小肿瘤的效果优于 VPA，尽管生存获益较小
•VPA+TMZ 联合疗法通过降低氧化应激，最大程度改善了神经结局
•纳米 VPA 和 VPA 改善了大鼠的认知能力，并减轻了心理症状

引言
多形性胶质母细胞瘤（GBM）约占所有恶性肿瘤的 50.1%，因此被认为是最常见的恶性脑肿瘤形式 [1]。侵袭性生长、侵袭行为和高复发率导致患者预后不良，死亡率较高 [2]。据报道，美国的 GBM 发病率约为每 10 万人口 3.19 至 4.17 例 [3]。近期研究表明，各国的年发病率有所上升；人口老龄化和诊断技术的进步可能是干预的可能因素 [4]。GBM 肿瘤的位置及其范围在疾病进展中起着重要作用，可能导致脑组织损伤、水肿和癫痫的发生 [5]。胶质瘤患者最常见的临床表现是癫痫发作，其次是认知障碍、运动问题和头痛 [6]。随着 GBM 的进展和治疗，患者通常会经历与焦虑障碍相关的精神症状 [7]。此外，肿瘤进展可能导致性格改变、社交困难和记忆问题 [8]。

通常，由于血脑屏障（BBB）限制了物质进入健康脑组织，GBM 的治疗具有挑战性 [9]。只有小分子（小于 500 Da）和脂溶性化合物才能被动扩散通过此屏障 [10]。同时，脑肿瘤屏障（BTB）的非均质通透性创建了缺氧区域，阻碍药物递送并导致耐药性 [11]。治疗 GBM 的另一个挑战源于其在脑内的深部位置 [12]。此外，胶质细胞存在于独特的肿瘤微环境（TME）中，通过直接相互作用和分泌促进肿瘤发展。通过氧化应激（OS）和创建活性氧（ROS）生态位，TME 促进了肿瘤的发展 [13]。OS 促进癌细胞侵袭，同时协助维持 GBM 干细胞（GSC），从而参与因治疗逃逸或耐药而导致的肿瘤复发 [14]。在过去二十年中，患者的标准治疗并未取得进展，导致诊断后的中位生存期仅为 12 至 15 个月，存活五年以上的患者不足 5% [15]。当前治疗包括手术切除肿瘤，随后进行放疗和替莫唑胺（TMZ）化疗以针对残留细胞 [16]。然而，由于其普遍毒性以及对所有细胞 DNA 的无差别修饰，TMZ 作为 GBM 推荐一线疗法的临床使用受到限制 [17]。许多大鼠研究表明，TMZ 治疗会损害社会识别、空间和情景记忆以及依赖海马的学习能力 [18], [19]。此外，暴露于辐射和 TMZ 的小鼠表现出焦虑样行为增加和认知缺陷 [20]。不同研究表明，联合治疗可能比单用 TMZ 治疗更有效 [21]。抗癫痫药物（AEDs）已用于 GBM 患者的治疗，与未接受 AEDs 的患者相比，显示出更长的生存率 [22]。

在 AEDs 中，丙戊酸（VPA）常被选用于处理 GBM 的围手术期癫痫，无论是治疗性还是预防性，且其效力高于同类其他药物 [23]。进一步调查表明，VPA 可能具有抗癌活性，因为它可以在体外和体内环境中抑制多种类型人类肿瘤细胞的生长 [24]。通过抑制组蛋白去乙酰化酶（HDAC），VPA 促进分化、触发凋亡并抑制人类胶质瘤细胞系的增殖，这种机制也可能有助于其在一系列神经损伤（包括 OS）中的神经保护效应 [25], [26], [27]。由于 VPA 能够增强 TMZ 的生物利用度（因为 VPA 可以抑制负责分解 TMZ 的肝脏酶），VPA 影响了 TMZ 联合放疗的疗效 [28]。此外，VPA 与放疗联用时对 TMZ 的调节作用也可能归因于 VPA 诱导自噬的能力 [29]。研究结果表明，当 VPA 和 TMZ 联合给药时，GBM 患者的生存率可能会提高 [30]。在 VPA 在体外和体内增强人类肿瘤细胞放射敏感性的同时，它还能在体外和体内模型中保护海马神经元免受辐射诱导的变性 [31]。研究表明，VPA 在实验模型（体外和体内）中通过抑制胶质瘤细胞分泌血管内皮生长因子（VEGF）以及直接抑制内皮细胞增殖和管形成，调节胶质瘤血管生成 [32]。此外，调查显示，VPA 治疗可能能够减少神经认知缺陷，并为神经和精神障碍提供一种新颖的治疗策略 [33]。尽管低剂量 VPA 的使用通常被认为是安全的，但高剂量 VPA 可能会产生严重的不良后果，包括肝毒性、胰腺炎、高氨血症和脑病，并且在人类和啮齿动物中可能表现出致畸副作用 [34], [35]。

为了减轻任何担忧，可以使用纳米颗粒（NPs）运输药物，以提高生物利用度，减少毒性，并允许更有效地给药至目标区域 [36]。这些装置可以将治疗药物选择性递送至肿瘤细胞，减少与健康组织相关的非靶向效应，并规避 BBB 和 BTB 的生理和物理屏障 [37]。研究结果表明，纳米粒系统可以有效递送 VPA，表现出针对进展性癌细胞的高包封率和持续释放。这种方法不仅增强了疗效，还有助于防止可能导致组织损伤的不良毒性 [38]。

综上所述，现有的 GBM 治疗策略仍然不足以降低死亡率、控制肿瘤进展或改善生存率和生活质量（QOL），这很大程度上是由于疾病固有的复杂性。现有证据表明，VPA 可能发挥抗癌作用，保护神经元和胶质细胞，减轻神经认知障碍，并帮助平衡 OS 系统，而新兴策略如 NPs 和破坏 BBB 同时限制毒性的方法值得进一步研究。基于这一证据，我们假设纳米 VPA，单独使用或与 TMZ 联用，在 C6 诱导的 GBM 模型中将发挥抗肿瘤和神经保护作用，减轻氧化应激和神经认知障碍，并改善生存结局，相对于单独的 VPA 和 TMZ。为了验证这一假设，本研究评估了 VPA 和纳米 VPA，单独使用以及与 TMZ 联用，对认知功能、记忆和学习能力、运动技能和运动行为，以及 C6 诱导的 GBM 模型中的组织病理学、氧化应激参数和生存结局的影响。

章节片段
材料与方法
实验方案如图 1 所示，突出了活动时间表。
纳米结构表征
图 2 中的 SEM 图像生动地展示了纳米 VPA 结构，表现出优异的分散性，并揭示了与纳米颗粒活性表面相关的结构粘附。这些颗粒近乎均匀的尺寸增强了其卓越的精细度，这是纳米技术中一种非常理想的特征，归因于增加的表面积带来了强烈的粘附倾向。图像中出现的明显球形结构进一步强调了

讨论
在本研究中，研究了单独或联合使用 VPA 和 TMZ，以及纳米 VPA 和 TMZ 治疗大鼠 C6 诱导的胶质母细胞瘤，对组织病理学、肿瘤体积、焦虑样行为、社交互动、平衡和记忆，以及血清和脑组织氧化状态的影响。本研究结果表明，所有治疗组的药物治疗后肿瘤体积显著减小，这在纳米 VPA 和纳米 VPA+TMZ 组中更为明显。

局限性
本研究存在若干局限性。首先，未进行分子水平的机制验证：氧化应激调节与抗肿瘤效果之间的关系是关联性的而非因果性的，尽管纳米 VPA 组显示出比 VPA 更大的肿瘤体积减少，但未直接评估纳米颗粒对 BBB/BTB 的渗透，因此这一结果应解释为观察结果，而非增强屏障穿越的机制证据。

结论
总之，如表 3 所示，我们的研究结果为我们发现的一些支持性证据提供了依据，即纳米 VPA 和纳米 VPA+TMZ 对组织病理学和肿瘤体积具有更有利的效果，然而纳米 VPA+TMZ 组的生存率低到足以建议在未来的研究中使用较低剂量的纳米 VPA，尤其是与其他化疗药物联用时。VPA+TMZ 缩小肿瘤体积的效果不如其他组，但与其他组相比大鼠的生存率更高。

CRediT 作者贡献声明
雷扎·赫伊兰迪什：监督。阿扎德·沙赫罗赫希·拉伊尼：写作 – 审阅与编辑。法特梅·胡什曼德：项目管理、方法论。哈米德·巴希里：写作 – 审阅与编辑、写作 – 原始草稿、监督、资金获取、正式分析、概念化。梅拉特·马赫穆迪：写作 – 审阅与编辑。法尔纳兹·塞格希：监督。内金·赫达亚里：写作 – 原始草稿、项目管理、方法论、正式分析。普亚·帕沙扎德·阿扎里：项目管理，

未引用参考文献 [26], [83], [86]。

利益冲突声明
作者声明他们没有任何已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。

数据可用性
数据将应要求提供。

伦理和参与同意声明
所有程序均符合 NIH 实验室动物护理和使用指南，并经克尔曼医科大学伦理委员会批准（伦理编号 IR.KMU.AEC.1403.025）。

发表同意声明
不适用。

资助
本研究由伊朗克尔曼医科大学阿夫扎利普尔医学院神经药理研究所神经科学研究中心支持和资助（项目编号 403000019）。

利益冲突声明
作者声明他们没有任何已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。

内金·赫达亚里|法尔纳兹·塞格希|梅赫迪·兰贾尔|普亚·帕沙扎德·阿扎里|法特梅·胡什曼德|阿扎德·沙赫罗赫希·拉伊尼|梅拉特·马赫穆迪|哈米德·巴希里|雷扎·赫伊兰迪什