《Biomaterials》：Polysaccharide-confined polyaniline nanocomplexes reprogram pyrimidine metabolism for synergistic photothermal tumor ablation
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摘要聚苯胺（PANI）是一种有前景的近红外（NIR）光热剂，但其易于聚集的特性以及缺乏内在的代谢调控功能限制了其在体内的抗肿瘤应用。为了克服这些限制，我们通过纳米限域原位聚合策略构建了一种生物相容性的壳聚糖/岩藻多糖/聚苯胺（CFP）三元包合物。利用壳聚糖的疏水螺旋腔作为纳米反应
摘要
聚苯胺（PANI）是一种有前景的近红外（NIR）光热剂，但其易于聚集的特性以及缺乏内在的代谢调控功能限制了其在体内的抗肿瘤应用。为了克服这些限制，我们通过纳米限域原位聚合策略构建了一种生物相容性的壳聚糖/岩藻多糖/聚苯胺（CFP）三元包合物。利用壳聚糖的疏水螺旋腔作为纳米反应器，有效调节了PANI链的增长，获得了具有优异水分散稳定性的单分散纳米棒。岩藻多糖同时具有高效分散剂和强效代谢调节剂的作用，能够抑制嘧啶代谢途径。机制研究表明，CFP主要通过巨噬细胞内吞作用进入肺腺癌细胞，占内吞总量的约44-47%，而克拉顿（clathrin）和洞窝（caveolae）介导的途径贡献较小。多组学分析显示，岩藻多糖主要调节嘧啶代谢，在转录组和蛋白质水平上显著下调了核心酶TK1、DTYMK和CDA。这种代谢抑制损害了DNA修复能力，使得基于PANI的光热疗法引起的大量活性氧（ROS）积累和严重DNA损伤变得几乎不可逆，从而实现了显著的协同抗肿瘤效果。生物信息学分析进一步将这些代谢基因与T细胞耗竭和免疫微环境重塑联系起来。体内实验表明，CFP+NIR方案表现出显著的肿瘤积聚、强烈的生长抑制作用和延长的生存期。至关重要的是，对免疫功能正常的 mice 进行的全面毒理学评估（包括血液学、血清生化和组织学分析）证实了CFP的极佳系统生物安全性。本研究提出了一种将天然多糖介导的代谢干预与光热消融相结合的精确肿瘤治疗策略。
引言
肺腺癌（LUAD）是非小细胞肺癌中最常见的组织类型[1]，其特征是细胞增殖快、代谢重编程异常、侵袭性强以及具有内在的免疫逃逸能力[2],[3]。尽管临床化疗、靶向治疗和免疫治疗不断取得进展，但由于获得性耐药性、脱靶副作用和对单一治疗方案的应答率低，LUAD患者的预后仍然不理想[4]。因此，迫切需要开发具有高靶向效率、低毒性和协同治疗机制的新多功能纳米治疗平台来治疗LUAD[5]。
肿瘤代谢重编程是恶性肿瘤进展的标志[6]，其中嘧啶代谢被异常激活，以支持LUAD细胞中的无限DNA/RNA合成、细胞周期进展和DNA损伤修复[7]。关键酶TK1[8]、DTYMK[9]和CDA[10]在维持嘧啶代谢平衡中起着关键作用，它们的过表达与肿瘤增殖、转移和不良临床预后密切相关[11],[12]。靶向嘧啶代谢途径已成为抑制LUAD生长和逆转治疗耐药性的有希望策略[13]。然而，小分子代谢抑制剂通常存在溶解度低、循环时间短和分布非特异性的问题[14],[15]，这极大地限制了其临床应用。
天然多糖因其优异的生物相容性、低免疫原性和固有的抗肿瘤活性而在生物医学研究中受到广泛关注[16],[17]。作为典型的天然多糖，岩藻多糖可以抑制肿瘤增殖、调节代谢途径并改变免疫微环境[18],[19],[20]，而壳聚糖具有独特的三螺旋腔结构[21]，可作为单体包封和纳米级限域聚合的理想载体[22],[23],[24]。聚苯胺（PANI）是一种经典的有机光热材料，具有很强的近红外吸收能力、高的光热转换效率和良好的生物稳定性，显示出在808 nm激光介导的光热肿瘤消融中的巨大潜力[25]。然而，单一组分PANI容易聚集[26]，缺乏肿瘤靶向和代谢调控功能，这限制了其进一步的体内应用[27]。
为了解决上述问题，我们通过纳米限域原位聚合技术设计并构建了壳聚糖/岩藻多糖/聚苯胺（CFP）三元包合物[28]。壳聚糖的螺旋腔包裹苯胺单体并调节PANI的聚合均匀性。岩藻多糖既作为水分散剂，又作为核苷酸代谢的调节剂，在我们的多组学筛选中，嘧啶代谢途径受到最显著的影响。PANI提供了高效的光热性能。随后，通过多组学分析筛选了核心代谢靶点、细胞摄取机制、暗毒性以及光热协同效应[29],[30]。系统研究了H3122细胞中的细胞内ROS产生和DNA损伤情况。对临床数据集进行了单细胞转录组分析，以阐明嘧啶代谢紊乱与肿瘤免疫微环境之间的关联，并建立了预后风险模型来评估临床预测价值[31]。最后，在皮下肺癌模型中验证了CFP的体内分布、光热抗肿瘤效果和分子机制。本研究旨在表征岩藻多糖引起的嘧啶代谢相关抑制作用及其与光热治疗的协同作用，从而为肺腺癌治疗提供了一种多功能纳米平台。
章节片段
材料
除非另有说明，本研究使用的所有溶剂和化学试剂均为商业产品，使用前未进一步纯化。N, N-二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜（DMSO）、甲醇和其他溶剂（除非另有指定）均为分析纯度，直接从广州市化学试剂厂或天津志远化学试剂公司购买。壳聚糖（分子量=50,000）从Sigma-Aldrich购买。PEG（分子量=2,000，用作标准样品）
纳米限域聚合、CFP的结构确认和胶体稳定性
如图1a所示，壳聚糖的疏水螺旋腔能够包裹苯胺单体，形成主客体包合物结构。由于苯胺单体的疏水性，纯苯胺在蒸馏水中分散至2.5%的体积分数时迅速沉淀（图1b，左侧）。值得注意的是，预先将苯胺与岩藻多糖混合可以避免相分离，形成均匀稳定的苯胺-岩藻多糖分散体系（图1b，右侧），表明岩藻多糖
结论
总之，我们通过纳米限域原位聚合策略成功制备了一种新型的壳聚糖-岩藻多糖-聚苯胺（CFP）三元包合物。天然多糖壳聚糖不仅作为生物相容性载体，还在限域微环境中调节了PANI的聚合，生成的纳米棒具有优异的水分散稳定性和强大的808 nm光热转换性能。除了作为结构成分外，岩藻多糖还发挥了其他功能
CRediT作者贡献声明
陈晓宇：负责写作——审稿与编辑、验证、资源提供、实验设计、资金申请。姚硕：负责写作——初稿撰写、数据可视化、验证、方法学设计、数据分析。方凯：负责写作——审稿与编辑、初稿撰写、软件开发、方法学设计、数据分析。刘丁鑫：负责实验设计、数据分析。庞家东：负责写作——审稿与编辑、初稿撰写、实验指导，
利益冲突声明
J.P. 是一项待审批的中国专利申请的发明人（申请编号：CN 202610640424.7，申请方：南方科技大学医院），该专利与本文所述的多糖-聚苯胺纳米复合体相关。其他作者声明没有利益冲突。
利益冲突声明
庞家东报告获得了南山 District Health and Wellness System 的重大科技项目的财务支持。王丽萍也获得了南山 District Health and Wellness System 的重大科技项目的财务支持。庞家东拥有南方科技大学的专利#202610640424.7。如果还有其他作者，他们声明没有已知的财务利益冲突
致谢
本研究得到了南山 District Health and Wellness System（项目编号NSZD2025033，针对J.P.；NSZD2024067，针对L.W.）的重大科技项目、东莞人民医院的博士研究项目基金（项目编号K202415，针对X.C.）、国家自然科学基金（项目编号82472041和52271196，针对J.Y.）、广东省企业创新与发展联合基金（项目编号2024A1515220058，针对J.Y.）以及中山大学癌症中心的青年人才计划的支持
陈晓宇|姚硕|方凯|刘丁鑫|陈桂林|王丽萍|庞家东
