NQO1激活的自增强双金属纳米平台通过诱导铁死亡（Ferroptosis）和铜死亡（Cuproptosis）来治疗骨肉瘤

《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》：NQO1?Activated Self?Reinforcing Bimetallic Nanoplatform Triggers Ferroptosis and Cuproptosis for Osteosarcoma Therapy

　　

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  同源细胞膜涂层能够实现主动靶向肿瘤。
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  NQO1激活的VK3可自动生成H₂O₂，为双金属Fenton类反应提供能量。
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  ATP的消耗会捕获铜离子，从而加剧氧化应激。
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  双金属协同作用可触发铁死亡（ferroptosis）和铜死亡（cuproptosis）。

引言

骨肉瘤是儿童和青少年中最常见的原发性恶性骨肿瘤[1],[2]。尽管目前的治疗手段（如手术、放疗和化疗）在一定程度上提高了患者的生存率，但由于高转移潜力、复发率和化疗耐药性[3],[4]，临床预后仍不令人满意。因此，迫切需要新的治疗策略。

化学动态疗法（CDT）通过Fenton或类似Fenton的反应生成大量活性氧（ROS），提供了一种针对肿瘤的治疗方法[5],[6]。基于铁的纳米材料是最常用的Fenton试剂[7],[8]。然而，传统的基于铁的CDT受到内源性过氧化氢（H₂O₂）不足、谷胱甘肽（GSH）水平升高以及在弱酸性条件下单金属系统催化活性低的限制[5],[8]。为了克服这些障碍，研究人员探索了双金属纳米材料。例如，铜-铁双金属系统通常在更宽的pH范围内表现出更高的催化活性，并提高了CDT的效果[9],[10],[11]。重要的是，铁离子和铜离子的同时存在可以激活两种不同的调控性细胞死亡途径[12],[13]。铁死亡主要由铁依赖的脂质过氧化驱动[14]，而铜死亡则由铜诱导的脂质化蛋白质聚集触发[15]。CDT产生的氧化应激为这两种途径创造了有利条件，表明它们具有潜在的协同抗肿瘤作用[16],[17]。

然而，即使使用了双金属纳米催化剂，由于肿瘤微环境（TME）中H₂O₂的稀缺，总体治疗效果仍然受到严重限制[18]。常见的解决策略包括共传递外源性H₂O₂或产生H₂O₂的酶（如葡萄糖氧化酶（GOx）。直接输送H₂O₂稳定性差且毒性非特异性强，而基于GOx的策略则严重依赖于肿瘤内的葡萄糖和氧气水平，这两者在缺氧和营养匮乏的TME中往往受到损害[19]。另一种方法是抑制抗氧化酶（如过氧化氢酶（CAT）以减少内源性H₂O₂的分解，但这并不能增加H₂O₂的绝对浓度，还可能破坏正常的氧化还原平衡[20]。因此，使用一种利用肿瘤特异性酶的外源性前体药物在肿瘤细胞内部主动生成H₂O₂是一个更有效的解决方案[21]。

除了催化活性外，纳米疗法的临床转化还受到肿瘤靶向性差和免疫清除快的限制[22],[23]。表面修饰策略往往无意中增加了免疫原性，导致单核吞噬细胞系统加速清除纳米材料[24]。用天然细胞膜包裹纳米材料提供了一种有前景的替代方案[25]。源自自体细胞的膜保留了自我识别和免疫逃逸功能，提高了生物相容性和循环寿命[26],[27]。此外，这种仿生涂层能够实现针对来源细胞类型的同型靶向，显著提高治疗精度[28]。

基于这些进展，本文设计了一种名为CFCM/VK3的仿生纳米平台，用于协同多模式治疗骨肉瘤。在对三种基于铁的纳米颗粒进行系统评估后，我们选择了CuFe₂O₄纳米颗粒（NPs）作为催化核心，因为它们具有优异的Fenton类活性、强大的GSH消耗能力和对近红外（NIR，808 nm）光热的响应性。为了克服H₂O₂不足的问题，我们向CuFe₂O₄ NPs加载了维生素K3（VK3），这是一种由肿瘤过表达的醌氧化还原酶1（NQO1）特异性激活的前体药物，从而持续生成H₂O₂[29],[30]。随后，整个核心被K7M2骨肉瘤细胞膜包裹，实现了同源靶向和免疫逃逸。当纳米颗粒被肿瘤特异性摄取后，酸性的TME环境会触发VK3的激活，生成H₂O₂并使CuFe₂O₄ NPs分解，释放铁离子和铜离子。这形成了一个自我强化的循环：铁驱动的氧化应激损害ATP合成并抑制铜在细胞内的积累，而累积的铜进一步加剧氧化应激。因此，放大的氧化应激和释放的金属离子同时激活了铁死亡和铜死亡。在近红外（NIR）照射下，光热加热进一步加速了催化反应并提供了直接的热消融效果。在骨肉瘤小鼠模型中，CFCM/VK3表现出强烈的肿瘤抑制作用，并具有极佳的生物安全性，建立了一种新的金属离子干预疗法范式，利用铁和铜之间的相互依赖性来实现自我放大的抗肿瘤效果（图1）。

章节摘录

基于铁的纳米颗粒的合成

CuFe₂O₄ NPs、CoFe₂O₄ NPs和Fe₃O₄ NPs是通过水热法合成的[30]。透射电子显微镜（TEM）图像（图1A-1C）证实这三种纳米材料都具有球形介孔结构。CuFe₂O₄ NPs和CoFe₂O₄ NPs的平均粒径约为280 nm，Fe₃O₄ NPs的平均粒径约为400 nm。紫外-可见-近红外光谱（UV-vis）显示这些纳米颗粒在近红外区域具有宽吸收带

总结

总之，对基于铁的纳米颗粒的系统筛选确定了CuFe₂O₄作为最佳催化剂，它结合了优异的Fenton类活性、GSH消耗能力和光热转化效率。这个核心被加载了NQO1激活的前体药物VK3，并用K7M2细胞膜包裹，形成了仿生纳米平台CFCM/VK3，实现了同源靶向和免疫逃逸。与传统仅通过加载离子来干扰金属离子的策略不同

CRediT作者贡献声明

张晔：撰写-初稿、验证、方法学、实验、数据分析。 李萌：撰写-审稿与编辑、监督、资源管理、项目协调、资金获取、概念构思。 李文宏：撰写-审稿与编辑、监督、资源管理。 白青青：撰写-初稿、验证、方法学、实验、数据分析。 钟艳华：数据分析。 郭新健：方法学、实验

动物实验

本研究遵循ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。

本研究获得了河北医科大学动物护理和使用委员会的批准（批准编号：IACUC-Hebmu-2024102）。

伦理批准和参与同意

所有动物实验均按照河北医科大学的动物护理和使用指南进行，并获得了IACUC-Hebmu-2024102动物伦理委员会的批准。

数据可用性

数据可应要求提供。支持本研究结果的数据可向相应作者索取。

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

本工作得到了河北省中央科技发展基金（264Z2605G）、河北医科大学第十四个临床医学创新研究团队支持计划（2022LCTD-B32）以及河北省教育厅科技项目（ZC2023061）的支持。

张晔|白青青|钟艳华|郭新健|王双岭|李文宏|李萌