NIR光触发TiO2@聚多巴胺核壳纳米载体释放5-氟尿嘧啶，可提升胃癌的药物输送与免疫疗法效果

《Journal of Drug Delivery Science and Technology》：NIR-light-triggered release of 5-fluorouracil from TiO2@polydopamine core–shell nanocarriers enhances gastric-tumor drug delivery and immunotherapy

　　

摘要

5-氟尿嘧啶（5-FU）在治疗胃癌时存在系统性脱靶毒性以及肿瘤内积累不足的问题，从而限制了其疗效。本研究通过将5-FU负载到聚多巴胺包覆的二氧化钛纳米颗粒上，制备出一种对近红外光响应的纳米平台（TiO₂@PDA-5FU）。该纳米平台具有稳定的纳米级结构，包封效率为53.88%，药物载量则为51.45%。在808纳米激光照射下，TiO₂@PDA-5FU能实现高效的光热转换（转化效率为70.74%），并促使5-FU释放，在pH值为7.4的PBS溶液中30分钟内可实现约76%的累计释放量。在BGC-823和HGC-27胃癌细胞中，结合使用TiO₂@PDA-5FU与近红外光照射可增强细胞毒性，上调HSP70水平，同时降低IL-10浓度。从机制上看，敲低HSP70可逆转近红外光诱导的IL-10抑制效应，并改变IFN-γ和TNF-α的分泌情况，进一步证实了HSP70在细胞因子调节中的作用。在携带HGC-27肿瘤的小鼠模型中，TiO₂@PDA-5FU会聚集在肿瘤部位，而在808纳米激光照射下5分钟内可使肿瘤温度升高至约50摄氏度。这种联合治疗方式能有效抑制肿瘤生长，降低肿瘤组织中Ki67、CD31、CD34及IL-10的表达，同时增加肿瘤内的CD3⁺CD8⁺和CD3⁺CD4⁺ T细胞数量，还可提升TNF-α和IFN-γ的水平。通过组织学检查和血清生化检测，未发现明显的与治疗相关的组织损伤或肝肾毒性。这些结果表明，TiO₂@PDA-5FU是一种极具前景的近红外光响应策略，可将5-FU递送、光热疗法、化疗以及与IL-10相关的免疫调控相结合，用于胃癌的治疗。（216字）

引言

胃癌是全球最常见的恶性肿瘤之一，也是癌症相关死亡的主要原因，尤其是在中国、韩国和日本等亚洲国家[1]、[2]。目前常用的治疗手段包括手术切除、化疗、放疗、靶向治疗以及免疫治疗[3]、[4]。尽管临床治疗效果有所改善，但由于药物耐药性、肿瘤复发以及系统性毒性等问题，这些方法的疗效仍存在局限[5]、[6]、[7]、[8]、[9]。尤其是传统化疗药物的脱靶毒性会限制剂量提升，进而影响治疗效果[5]。因此，亟需能够整合多种治疗方式的肿瘤靶向递送系统，以在提高抗肿瘤效果的同时减少全身性不良反应。

白细胞介素-10是一种已知的免疫抑制性细胞因子，在包括胃癌在内的多种肿瘤中均存在过度表达现象[10]。胃癌患者肿瘤组织及血清中的IL-10水平升高与不良预后密切相关[11]、[12]。在肿瘤微环境中，IL-10会抑制抗肿瘤免疫反应，帮助肿瘤细胞逃避免疫攻击[10]、[13]、[14]、[15]。此外，IL-10还能激活c-Met/STAT3信号通路，促进肿瘤细胞的增殖、抵抗凋亡并促进其迁移[12]。因此，IL-10既是胃癌预后的潜在生物标志物，也是免疫抑制作用的关键介质。热休克蛋白70是一种在细胞受到应激时会被上调的分子伴侣蛋白[16]。有研究指出，HSP70能够调控IL-10的生成[17]。基于这些发现，我们推测，在近红外光介导的化学光热治疗后，治疗引发的HSP70上调可能会导致IL-10水平下降并影响细胞因子的分泌。

5-氟尿嘧啶是一种广谱化疗药物，被广泛用于治疗乳腺癌、食管癌、肠癌以及胃癌等多种实体瘤[18]、[19]、[20]、[21]。然而，该药物缺乏肿瘤选择性且存在系统性毒性，这些都是其临床应用中的主要限制因素[22]、[23]、[24]。基于纳米材料的递送系统可以通过增强渗透保留效应提高药物在肿瘤中的积累程度，从而实现被动靶向给药[25]。光热疗法因其微创性、广泛的适用性以及精确的空间和时间控制能力，已成为一种极具潜力的局部治疗手段[26]、[27]、[28]。将纳米载体介导的药物递送与光热疗法结合，可以更好地控制化疗的效果，提升局部肿瘤治疗的针对性[29]。最近的纳米医学研究显示，通过合理设计的治疗平台，结合多种分子调控策略，有望克服胃癌中的光热疗法耐药性问题，进而提升光热疗法的效果[30]。此外，还有多功能纳米探针和纳米催化系统被开发出来，能够将肿瘤成像、免疫调控以及放射免疫疗法整合在同一体系中[31]、[32]。另外，一些能够响应肿瘤微环境变化的成像技术，比如实时磁共振成像技术，可用于监测肿瘤的酸化情况，为预测治疗反应和优化治疗方案提供新的思路[33]。先前的研究已经表明，热疗以及与光热疗法相关的热应力能够诱导HSP70的表达或引发与HSP70相关的热应激反应[34]、[35]、[36]、[37]。升高的HSP70水平可能抑制IL-10的生成，从而减轻肿瘤微环境中的IL-10介导的免疫抑制作用[17]。因此，我们推测，将纳米载体介导的5-FU递送与光热疗法结合，有望进一步提升化学光热疗法的效果，并改善与IL-10相关的免疫调控功能。

在本研究中，我们通过将二氧化钛纳米颗粒表面包覆聚多巴胺，然后再在纳米颗粒表面负载5-FU，制备出了一种光热纳米药物TiO₂@PDA-5FU（见图1）。聚多巴胺包层赋予了该纳米材料对近红外光响应的光热特性，而5-FU的负载则使得药物能够在聚集到肿瘤部位后发挥局部化疗作用。在808纳米激光照射下，TiO₂@PDA-5FU会产生局部热量，促使5-FU释放，进而增强对肿瘤细胞的杀伤作用。这种化学光热联合治疗方式还能诱导HSP70水平上升，同时降低IL-10浓度，体现出与IL-10相关的免疫调控作用。总体而言，这种TiO₂@PDA-5FU纳米平台提供了一种简单且对近红外光响应良好的策略，能够将被动肿瘤递送、化疗、光热疗法以及与IL-10相关的免疫调控相结合，用于胃癌的治疗。

章节要点

材料与实验动物

四丁基钛酸盐、无水乙醇、醋酸、盐酸多巴胺、氢氧化铵（NH₃·H₂O）、5-氟尿嘧啶、吲哚菁绿、荧光异硫氰酸酯异构体（FITC）以及2,2,2-三溴乙醇均购自美国密苏里州圣路易斯的Sigma-Aldrich公司。此外还使用了含Tween 20的三缓冲盐溶液、不含EDTA的胰酶、Annexin V结合缓冲液、4-(2-(2-甲氧基-4-硝基苯基)-3-(4-硝基苯基)-2H-四唑-3-基)-5-苯基-1,3-二磺酸钠（CCK-8）、Annexin V-AbFluor? 488试剂以及丙啶等物质。

TiO₂@PDA-5FU的制备与表征

TiO₂@PDA-5FU纳米颗粒是通过分步法制备的（见图1）。首先通过四丁基钛酸盐的水解反应制备出二氧化钛纳米颗粒[38]，随后通过盐酸多巴胺的原位氧化聚合反应在二氧化钛纳米颗粒表面形成聚多巴胺层，从而提升其光热性能。

研究人员对TiO₂@PDA-5FU的形态、粒径、表面电荷、化学成分、光热性能以及近红外光照射下的药物释放行为进行了系统的研究分析。

结论

在本研究中，我们成功制备出一种对近红外光响应的TiO₂@PDA-5FU纳米平台，可用于胃癌的化疗、光热疗法以及与IL-10相关的免疫调控。该纳米平台具有较高的5-FU载量，在808纳米激光照射下能实现良好的光热转换效果，还能在近红外光刺激下释放药物，且其在血清中的稳定性也较为良好。体外实验表明，TiO₂@PDA-5FU与近红外光联合使用可增强对肿瘤细胞的杀伤作用，同时促使HSP70水平上升，进而降低IL-10浓度。敲低HSP70则可以逆转近红外光诱导的相应效应。

作者贡献说明

王立生：可视化分析、结果验证、软件应用、方法设计、统计学分析。 郑中华：可视化分析、结果验证、软件应用、统计学分析。 王贝贝：论文撰写与修改、初稿撰写、研究指导、资源协调、项目管理、方法设计、实验实施、数据整理、研究构思。 廖善英：可视化分析、结果验证、软件应用、方法设计、统计学分析。 朱梦妮：方法设计、研究构思。 徐正雷：可视化分析、软件应用。

利益冲突声明

所有作者均声明不存在任何利益冲突。

数据可用性说明

相关数据将在有需求时予以提供。

利益冲突声明

? 所有作者均声明自己不存在任何可能影响本研究结果的已知财务利益关系或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号：82002608）、广东省基础与应用基础研究基金（项目编号：2021A1515011013）以及广州市基础与应用基础研究项目基金（项目编号：202102021169）的支持。同时，我们也感谢深圳合清医疗研究有限公司在技术方面给予的帮助。

黄琳琳|徐正雷|朱梦妮|廖善英|郑中华|王立生|王贝贝