iRGD功能化的负载磺胺嘧啶非晶态磷酸铁纳米团簇激活铁死亡并逆转胶质母细胞瘤中的间质转化

《Journal of Nanobiotechnology》：iRGD-functionalized amorphous iron phosphate nanoclusters loaded with sulfasalazine activate ferroptosis and reverse mesenchymal transition in glioblastoma

　　

摘要

胶质母细胞瘤（GBM）仍是一种致命的脑部恶性肿瘤，原因在于血脑屏障（BBB）限制了药物的递送、胶质瘤干细胞（GSC）驱动了复发，以及治疗诱导的细胞可塑性。尽管诱导铁死亡代表了清除耐药性GSC的一种有前景的策略，但柳氮磺吡啶（SAS）——一种经典的系统Xc?抑制剂——的治疗潜力受到其血脑屏障渗透性差和脑肿瘤内积聚不足的限制。在此，我们设计了一种经iRGD功能化、聚多巴胺辅助的无定形磷酸铁纳米团簇，其中负载SAS，称为iRGD-PDA-AFP-SAS，以实现穿透血脑屏障的递送、铁供应、系统Xc?阻断和针对GSC的铁死亡治疗的的一体化。该纳米团簇表现出稳定的形貌、均匀的元素分布、无定形结构、良好的水分散性和高的比表面积。在功能上，iRGD-PDA-AFP-SAS显著抑制了GSC的活力、增殖、神经球形成、自我更新及干性标志物的表达。体外血脑屏障模型和原位胶质瘤模型显示，其能够有效穿透血脑屏障、降低颅内肿瘤负荷、减少Ki67阳性增殖并延长生存期，而游离SAS则显示出有限的疗效。从机制上看，iRGD-PDA-AFP-SAS通过增加Fe2?、ROS和MDA的积累、耗竭GSH、上调ACSL4、抑制SLC7A11/GPX4，并诱导线粒体膜电位崩溃和线粒体超微结构损伤，从而在GSC中激活铁死亡；这些效应可被Ferrostatin-1部分逆转。转录组分析和救援实验鉴定出NR4A2下调是推动铁死亡激活的关键上游事件。重要的是，iRGD-PDA-AFP-SAS还逆转了倾向神经向间充质转变（PMT），表现为CD44/YKL-40表达降低、SOX2/OLIG2表达升高和侵袭能力受损，而Ferrostatin-1或NR4A2过表达则可部分恢复间充质表型。此外，iRGD-PDA-AFP-SAS在患者来源的GSC13原位胶质瘤模型中增强了替莫唑胺的治疗效果。综上，本研究确立了iRGD-PDA-AFP-SAS作为一种可穿透血脑屏障的铁死亡纳米治疗平台，并揭示了一条NR4A2下调—铁死亡激活—PMT逆转的轴，可抑制GBM进展并改善治疗反应。

图解摘要

胶质母细胞瘤（GBM）仍是一种致命的脑部恶性肿瘤，原因在于血脑屏障（BBB）限制了药物的递送、胶质瘤干细胞（GSC）驱动了复发，以及治疗诱导的细胞可塑性。尽管诱导铁死亡代表了清除耐药性GSC的一种有前景的策略，但柳氮磺吡啶（SAS）——一种经典的系统Xc?抑制剂——的治疗潜力受到其血脑屏障渗透性差和脑肿瘤内积聚不足的限制。在此，我们设计了一种经iRGD功能化、聚多巴胺辅助的无定形磷酸铁纳米团簇，其中负载SAS，称为iRGD-PDA-AFP-SAS，以实现穿透血脑屏障的递送、铁供应、系统Xc?阻断和针对GSC的铁死亡治疗的一体化。该纳米团簇表现出稳定的形貌、均匀的元素分布、无定形结构、良好的水分散性和高的比表面积。在功能上，iRGD-PDA-AFP-SAS显著抑制了GSC的活力、增殖、神经球形成、自我更新及干性标志物的表达。体外血脑屏障模型和原位胶质瘤模型显示，其能够有效穿透血脑屏障、降低颅内肿瘤负荷、减少Ki67阳性增殖并延长生存期，而游离SAS则显示出有限的疗效。从机制上看，iRGD-PDA-AFP-SAS通过增加Fe2?、ROS和MDA的积累、耗竭GSH、上调ACSL4、抑制SLC7A11/GPX4，并诱导线粒体膜电位崩溃和线粒体超微结构损伤，从而在GSC中激活铁死亡；这些效应可被Ferrostatin-1部分逆转。转录组分析和救援实验鉴定出NR4A2下调是推动铁死亡激活的关键上游事件。重要的是，iRGD-PDA-AFP-SAS还逆转了倾向神经向间充质转变（PMT），表现为CD44/YKL-40表达降低、SOX2/OLIG2表达升高和侵袭能力受损，而Ferrostatin-1或NR4A2过表达则可部分恢复间充质表型。此外，iRGD-PDA-AFP-SAS在患者来源的GSC13原位胶质瘤模型中增强了替莫唑胺的治疗效果。综上，本研究确立了iRGD-PDA-AFP-SAS作为一种可穿透血脑屏障的铁死亡纳米治疗平台，并揭示了一条NR4A2下调—铁死亡激活—PMT逆转的轴，可抑制GBM进展并改善治疗反应。

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