Improved Photodynamic Therapy Based on Glutaminase Blockage via Tumor Membrane Coated CB-839/IR-780 Nanoparticles  

基于谷氨酰胺酶阻斷的腫瘤膜包被CB-839/IR-780納米粒子改善光動(dòng)力療法  

來(lái)源：Small 2024, 20, 2305174  

《Small》期刊2024年第20卷，文章編號(hào)2305174  

 

摘要內(nèi)容：  

光動(dòng)力療法（PDT）因腫瘤微環(huán)境（TME）缺氧及還原性物質(zhì)（如GSH、NADPH）過(guò)表達(dá)導(dǎo)致活性氧（ROS）殺傷效果受限。本研究構(gòu)建了一種新型納米粒子IRCB@M，通過(guò)自組裝光敏劑IR-780和谷氨酰胺酶抑制劑CB-839，并用腫瘤細(xì)胞膜包裹實(shí)現(xiàn)同源靶向。該納米粒子通過(guò)阻斷谷氨酰胺代謝通路，同時(shí)抑制有氧呼吸（減少氧耗）和降低還原性物質(zhì)水平（削弱抗氧化能力），在體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中顯著增強(qiáng)PDT對(duì)胃癌的殺傷效果。  

 

研究目的：  

解決PDT中ROS生成受限（缺氧）及被腫瘤抗氧化系統(tǒng)（GSH、NADPH）清除的問(wèn)題，通過(guò)代謝干預(yù)策略提升PDT療效。  

 

研究思路：  

雙重增效機(jī)制設(shè)計(jì)：  

 

利用CB-839抑制谷氨酰胺酶（GLS），阻斷谷氨酰胺代謝通路。  

 

效應(yīng)Ⅰ：抑制線粒體有氧呼吸，減少氧消耗，緩解腫瘤缺氧。  

 

效應(yīng)Ⅱ：降低NADPH和GSH生成，削弱腫瘤抗氧化能力。  

納米載體構(gòu)建：  

 

IR-780（光敏劑）與CB-839通過(guò)π-π堆積和疏水作用自組裝成核（IRCB）。  

 

用胃癌細(xì)胞（AGS）膜包裹IRCB形成IRCB@M，賦予同源靶向和免疫逃逸能力。  

響應(yīng)性釋放：  

 

納米粒子在腫瘤高GSH環(huán)境中解體，實(shí)現(xiàn)腫瘤特異性藥物釋放。  

體內(nèi)外驗(yàn)證：  

 

體外：驗(yàn)證細(xì)胞攝取、氧消耗、還原物質(zhì)水平、ROS生成及細(xì)胞殺傷。  

 

體內(nèi)：評(píng)估腫瘤靶向性、抗腫瘤效果及生物安全性。  

 

測(cè)量數(shù)據(jù)及研究意義（標(biāo)注來(lái)源圖表）：  

納米粒子表征（圖1如下）：  

尺寸、電位、UV光譜、TEM形貌：證明IRCB@M成功制備且穩(wěn)定（圖1A-B, F如下）。  

SDS-PAGE蛋白分析：驗(yàn)證腫瘤膜蛋白成功包裹（圖1E如下）。  

GSH響應(yīng)降解：證實(shí)納米粒子在腫瘤高GSH環(huán)境中釋放藥物（圖1G-H如下）。  

 

 

 

   意義：確保納米系統(tǒng)的靶向遞送和可控釋放特性。  

體外氧消耗與缺氧緩解（圖2 如下）：  

 

溶解氧實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)（丹麥Unisense電極）：IRCB@M處理組氧消耗速率顯著降低（圖2G如下）。  

Hif-1α表達(dá)下降（免疫熒光/Western blot）：證實(shí)缺氧緩解（圖2H-I 如下）。  

ATP水平降低：驗(yàn)證有氧呼吸被抑制（圖2J如下）。  

 

 

   意義：直接證明代謝干預(yù)可節(jié)約氧氣用于PDT。  

還原系統(tǒng)抑制（圖3如下）：  

 

NADP+/NADPH比值升高、GSH/GSSG比值降低（圖3B-C如下）：證實(shí)抗氧化能力削弱。  

基礎(chǔ)ROS水平上升（H2DCF-DA熒光）：反映還原平衡被破壞（圖3E-F如下）。  

 

 

   意義：為ROS積累提供條件，減少其被抗氧化物質(zhì)清除。  

PDT增效驗(yàn)證（圖4如下）：  

細(xì)胞ROS爆發(fā)性增加（常氧/缺氧下）：IRCB@M+激光組熒光最強(qiáng)（圖4C如下）。  

細(xì)胞存活率最低（CCK-8）：IRCB@M+激光在缺氧下仍保持高效殺傷（圖4D-E如下）。  

 

線粒體膜電位崩潰（JC-1檢測(cè)）：顯示協(xié)同殺傷機(jī)制。  

 

   意義：雙重效應(yīng)顯著提升PDT在缺氧環(huán)境中的療效。  

體內(nèi)抗腫瘤效果（圖5）：  

 

 

腫瘤靶向成像：IRCB@M在腫瘤處富集最強(qiáng)。  

 

腫瘤體積/重量抑制：IRCB@M+激光組效果最優(yōu)（圖5B-C如下）。  

Hif-1α下調(diào)、TUNEL陽(yáng)性細(xì)胞增加：證實(shí)缺氧緩解和細(xì)胞凋亡（圖5E-F如下）。  

 

   意義：體內(nèi)驗(yàn)證納米系統(tǒng)的治療優(yōu)勢(shì)。  

生物安全性（圖6如下）：  

器官H&E切片、血常規(guī)/生化指標(biāo)無(wú)異常（圖6A-G如下）。  

 

 

 

   意義：支撐臨床轉(zhuǎn)化潛力。  

 

結(jié)論：  

IRCB@M通過(guò)阻斷谷氨酰胺代謝，同步實(shí)現(xiàn)"節(jié)氧"（減少腫瘤耗氧）和"耗竭還原物質(zhì)"（降低GSH/NADPH），雙重增強(qiáng)PDT的ROS殺傷效率。  

 

腫瘤膜包裹賦予同源靶向能力，顯著提升藥物在腫瘤部位的富集。  

 

在胃癌模型中顯著抑制腫瘤生長(zhǎng)，且系統(tǒng)毒性低，為ROS依賴(lài)性療法提供新策略。  

 

丹麥Unisense電極數(shù)據(jù)的詳細(xì)解讀：  

數(shù)據(jù)內(nèi)容（圖2G）：使用Unisense溶解氧分析儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)AGS細(xì)胞培養(yǎng)液的氧消耗曲線。結(jié)果顯示，IRCB@M處理組的氧濃度下降速率顯著慢于對(duì)照組（PBS、IR-780單獨(dú)組）。  

 

研究意義：  

直接證明"節(jié)氧"機(jī)制：該數(shù)據(jù)首次量化了GLS抑制劑CB-839通過(guò)阻斷谷氨酰胺代謝，抑制線粒體有氧呼吸鏈，從而降低腫瘤細(xì)胞耗氧速率的效果。  

 

關(guān)聯(lián)PDT增效：節(jié)約的氧氣可直接作為PDT中光敏劑（IR-780）生成ROS的底物，解決了PDT核心限制因素——缺氧問(wèn)題。  

 

技術(shù)優(yōu)勢(shì)：Unisense電極的高靈敏度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為代謝干預(yù)策略提供了動(dòng)態(tài)、直觀的證據(jù)，是機(jī)制研究的關(guān)鍵支撐。