纳米化氯硝柳胺通过抑制HIF-1α增强胰腺癌对吉西他滨敏感性的代谢机制研究

《iScience》：Niclosamide nanoparticles enhance pancreatic cancer sensitivity to gemcitabine via HIF-1α inhibition

本研究针对胰腺癌(PC)治疗中吉西他滨(Gem)耐药及肿瘤缺氧微环境导致的疗效不佳问题，开发了基于聚酸酐的氯硝柳胺纳米颗粒(NicNps)，通过靶向线粒体代谢、抑制HIF-1α通路，显著增强Gem的化疗敏感性。实验表明NicNps可破坏线粒体膜电位(Δψ)、降低氧耗率(OCR)，并通过调控2-酮戊二酸(2-KG)/琥珀酸代谢比值促进HIF-1α降解，在体外和原位移植瘤模型中均有效抑制肿瘤生长。该研究为克服胰腺癌化疗耐药提供了新型纳米递送策略。

　　

胰腺导管腺癌(PDAC)是全球癌症相关死亡的第三大原因，五年生存率仅13%，其治疗面临巨大挑战。这种疾病的致命性源于晚期诊断率高、易转移特性，以及对标准化疗药物吉西他滨的普遍耐药。肿瘤内部的缺氧微环境是导致耐药的关键因素，它通过激活缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)促进血管生成、代谢重编程和化疗抵抗。

面对这一难题，研究人员将目光投向老药新用——氯硝柳胺(Nic)，一种已获FDA批准的驱虫药。该药物已被证明能够抑制肿瘤信号通路并诱导线粒体损伤，但极差的水溶性和生物利用度限制了其临床应用。为突破这一瓶颈，研究团队创新性地开发了基于聚酸酐(PA)的氯硝柳胺纳米颗粒(NicNps)，旨在提高药物递送效率并增强抗肿瘤效果。

本研究发表于《iScience》，系统探讨了NicNps如何通过代谢调控逆转胰腺癌的吉西他滨耐药。研究人员发现，NicNps能够有效破坏线粒体功能，改变细胞代谢状态，并通过调控关键代谢物比率促进HIF-1α降解，从而抑制肿瘤生长。这一发现为胰腺癌治疗提供了新的联合治疗策略。

关键技术方法

研究采用熔融缩聚法合成CPH:SA（20:80）聚酸酐共聚物，通过闪速纳米沉淀技术制备NicNps，并利用扫描电镜(SEM)和动态光散射(DLS)表征颗粒形貌与电位。体外实验通过MTT法评估细胞活性，JC-1染色和Seahorse分析检测线粒体膜电位(Δψ)和氧消耗率(OCR)，液相色谱-质谱联用(LC-MS/MS)进行靶向代谢组学分析。体内研究采用原位移植瘤模型（AsPC-1人源细胞系和KCT-3248鼠源细胞系），通过免疫组化评估HIF-1α、VEGF等蛋白表达，TUNEL染色检测细胞凋亡。

NicNps的合成与表征

研究人员首先合成了CPH:SA（20:80）摩尔比的聚酸酐共聚物，并通过闪速纳米沉淀法将氯硝柳胺封装于纳米颗粒中。扫描电镜显示空白纳米颗粒(Nps)和NicNps均呈球形，平均直径分别为272±115 nm和317±128 nm。动态光散射分析显示NicNps的水合直径为440±44 nm，表面电位为-52±6.1 mV，证实了氯硝柳胺的成功装载。

NicNps抑制胰腺癌细胞存活

在常氧和缺氧条件下，NicNps均能显著抑制小鼠胰腺癌(KCT-3248)细胞增殖。当与吉西他滨联用时，对胰腺癌细胞的杀伤效果进一步增强，表明NicNps能够克服缺氧驱动的化疗耐药。

纳米化氯硝柳胺阻碍胰腺癌细胞生长和线粒体功能

通过JC-1染色检测发现，NicNps处理后的胰腺癌细胞线粒体膜电位(Δψ)显著降低，JC-1单体比例增加。Seahorse线粒体压力测试显示，NicNps处理降低了AsPC-1和KCT-3248细胞的基础呼吸、最大呼吸能力、ATP耦合呼吸和备用呼吸容量，表明线粒体功能受损。

纳米化氯硝柳胺抑制胰腺癌细胞的代谢合成

代谢组学分析显示，NicNps显著改变了胰腺癌细胞的代谢谱。在AsPC-1细胞中，嘌呤、烟酰胺和丙氨酸/天冬氨酸代谢通路受影响最显著；而在KCT-3248细胞中，嘧啶和嘌呤代谢通路变化最为明显。特别值得注意的是，烟酰胺代谢通路中间体（包括烟酰胺、NAD、NADP等）以及嘌呤代谢物AICAR在NicNps处理后均显著减少。

纳米化氯硝柳胺增强胰腺癌细胞中HIF-1α降解代谢

研究人员发现，在缺氧条件下，NicNps处理的胰腺癌细胞中2-酮戊二酸(2-KG)水平显著升高，2-KG/琥珀酸比值增加。这一变化促进了HIF-1α蛋白的降解，Western blot分析证实NicNps处理降低了缺氧条件下AsPC-1和KCT-3248细胞中HIF-1α蛋白表达。细胞活力实验进一步表明，NicNps有效降低了缺氧条件下胰腺癌细胞的存活率。

纳米化氯硝柳胺抑制原位胰腺癌模型中的肿瘤生长

在AsPC-1原位移植瘤模型中，NicNps治疗显著降低了肿瘤质量。组织学分析显示，NicNps治疗组肿瘤细胞密度降低，而细胞死亡标志物cleaved caspase-3和TUNEL阳性细胞增加，表明NicNps通过诱导肿瘤细胞死亡抑制肿瘤生长。

纳米化氯硝柳胺靶向原位胰腺癌移植瘤模型中的肿瘤缺氧

通过缺氧敏感标志物EF5染色发现，NicNps治疗组肿瘤中的缺氧区域显著减少。免疫组化分析进一步显示，NicNps降低了肿瘤组织中HIF-1α及其靶基因GLUT-1和VEGF的表达。

纳米化氯硝柳胺增强胰腺癌对吉西他滨的敏感性

吉西他滨与NicNps联用对AsPC-1细胞的杀伤效果优于单药治疗。这种联合方案还显著降低了细胞氧耗率(OCR)和线粒体膜电位(Δψ)。在动物实验中，Gem+NicNps联合治疗显著降低了肿瘤负荷，增加了肿瘤细胞死亡。

氯硝柳胺纳米颗粒抑制吉西他滨处理的胰腺癌中HIF-1α蛋白

代谢组学分析表明，Gem+NicNps联合处理提高了缺氧胰腺癌细胞中的2-KG水平和2-KG/琥珀酸比值。Western blot证实该联合方案降低了HIF-1α蛋白表达。体内实验显示，联合治疗组肿瘤中的缺氧区域和HIF-1α、VEGF表达均显著减少。

研究结论与意义

本研究系统阐明了NicNps通过靶向线粒体代谢增强胰腺癌吉西他滨敏感性的分子机制。NicNps不仅提高了氯硝柳胺的生物利用度，还通过破坏线粒体功能、抑制NAD和ATP合成、改变代谢物平衡，进而促进HIF-1α降解，最终逆转由缺氧微环境驱动的化疗耐药。

特别值得注意的是，NicNps对2-KG/琥珀酸代谢轴的调控是克服吉西他滨耐药的关键机制。在缺氧条件下，NicNps引起的2-KG积累和2-KG/琥珀酸比值升高，部分恢复了脯氨酰羟化酶(PHD)活性，从而促进HIF-1α降解，打破了胰腺癌缺氧微环境与化疗耐药之间的恶性循环。

该研究的创新点在于将纳米技术与代谢靶向治疗相结合，不仅为胰腺癌治疗提供了新的联合治疗策略，也为基于代谢重编程的癌症治疗研究开辟了新方向。未来研究可进一步优化NicNps的靶向递送效率，并探索其与其他化疗方案的协同效应，推动这一策略向临床转化。