Au/Fe/Au三层纳米盘磁引导光热疗法的组织与血清蛋白质组学整合分析揭示铁死亡、凝血及免疫应答机制

《Scientific Reports》：Integrated tissue and serum proteomics on magnet-guided photothermal therapy using Au/Fe/Au trilayer nanodiscs

本研究针对纳米材料介导的光热疗法(PTT)在肿瘤治疗中靶向性差、系统生物学响应不明等难题，研究人员通过构建Au/Fe/Au三层纳米盘(AuFeAuNDs)模型，结合磁引导与近红外(NIR)激光照射，对小鼠模型开展组织与血清整合蛋白质组学分析。研究发现MgO+L(纳米盘+磁引导+激光)联合处理可彻底清除肿瘤，并在组织层面调控组蛋白修饰、转录调控通路，在血清层面抑制补体激活、凝血途径并激活纤溶过程。52个组织-血清共有蛋白被鉴定出参与铁死亡(ferroptosis)、凝血及防御应答。该研究为纳米材料介导的光热疗法提供了分子机制见解和潜在生物标志物。

　　

在肿瘤治疗领域，光热疗法(Photothermal Therapy, PTT)作为一种局部消融技术，因其空间可控性强、系统毒性低和非侵入性潜力而备受关注。其核心原理是利用光热试剂将光能转化为热能，选择性诱导癌细胞凋亡或坏死。然而，如何实现光热试剂在病灶部位的高效富集和精确激活，一直是临床转化的关键瓶颈。纳米材料，特别是金基和磁性纳米材料，为提升PTT疗效提供了新思路。金纳米材料具有优异的光热转换效率，而磁性氧化铁纳米颗粒可通过外磁场引导实现靶向递送。尽管前期研究已证实Au/Fe/Au三层纳米盘(AuFeAuNDs)结合了近红外(NIR)吸收和磁响应能力，在磁引导PTT中展现出治疗潜力，但其在蛋白质组层面对局部组织和全身系统产生的生物学影响，尚缺乏深入而全面的解析。

为了揭示AuFeAuNDs介导的磁引导光热疗法在分子层面的作用机制，韩国标准科学研究院(KRISS)等机构的研究团队在《Scientific Reports》上发表了最新研究成果。他们通过对小鼠肿瘤模型的组织和血清进行整合蛋白质组学分析，系统阐述了该疗法如何调控局部及全身的蛋白质表达网络，为理解其生物学效应和生物安全性提供了重要依据。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先，制备并表征了聚乙二醇(PEG)修饰的金纳米盘(AuNDs)和Au/Fe/Au三层纳米盘(AuFeAuNDs)，并通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对其形貌进行了分析。其次，建立了CT26细胞荷瘤小鼠模型，并设置了六个实验组别，以全面比较不同处理条件的效应。第三，对收集的组织和血清样本进行了蛋白质提取和预处理，其中血清样本还进行了高丰度蛋白去除。第四，采用纳流液相色谱-电喷雾电离-串联质谱(nLC-ESI-MS/MS)技术进行蛋白质鉴定和定量。最后，利用生物信息学工具，包括基因本体(GO)富集分析、京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路分析、蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络构建等，对差异表达蛋白质(Differentially Expressed Proteins, DEPs)进行功能阐释。

局部（组织）蛋白质组对AuFeAuNDs的响应

研究人员首先聚焦于肿瘤组织内部的蛋白质组变化。由于MgO+L组（AuFeAuNDs + 磁引导 + 激光照射）实现了肿瘤的完全消除，无法获取组织样本，因此组织蛋白质组分析在其余五组（Ctrl, Ctrl+L, Au, MgX, MgO-L）中进行。主成分分析(PCA)结果显示，MgO-L组（AuFeAuNDs + 磁引导，无激光照射）与其他组别明显分离，表明磁性AuFeAuNDs的处理本身就能引起组织蛋白质组的显著改变。热图和GO富集分析进一步揭示，MgO-L组中上调的蛋白质主要富集在组蛋白乙酰化、核蛋白定位、中性粒细胞活化等生物过程，以及转录共激活因子活性、染色质结合等分子功能。这表明磁性AuFeAuNDs处理影响了细胞核内的染色质状态和转录调控机制。PPI网络分析识别出一个与细胞应激反应调控相关的核心模块。此外，通过比较MgX（AuFeAuNDs，无磁引导，有激光照射）和MgO-L组，发现MgO-L处理下调了与甲状腺激素合成、PI3K-Akt信号通路相关的蛋白质，同时上调了与抗原加工呈递、补体系统相关的蛋白质，提示磁靶向可能通过抑制生长相关信号并激活局部免疫应答来发挥作用。

系统性（血清）蛋白质组对AuFeAuNDs的响应

血清蛋白质组反映了机体的全身性反应。研究人员对所有六个实验组进行了分析。相关性分析和PCA结果均一致表明，MgO+L组的血清蛋白质组表达谱与其他各组相关性最低，形成了独立的聚类，说明磁引导与激光照射的联合应用对血清蛋白质组成产生了最为深刻的影响。GO富集分析发现，MgO+L组中下调的蛋白质主要参与补体激活、免疫球蛋白介导的免疫反应、血液凝固等通路。这表明在肿瘤被有效清除后，机体相关的免疫和凝血应答需求降低。而上调的蛋白质则与胆固醇外流、脂蛋白颗粒、白细胞介素-1受体激活等功能相关。PPI网络分析进一步确认了三个核心模块，分别与补体级联反应、蛋白质-脂质复合物重构以及血小板活化和脱颗粒密切相关。这些结果提示MgO+L治疗能够系统性地调节免疫、炎症、脂质代谢和凝血网络。

激光照射增强AuFeAuNDs诱导的血清蛋白质组响应

为了明确激光照射在联合治疗中的具体贡献，研究人员直接比较了MgO-L和MgO+L组的血清蛋白质组。结果显示，在MgO+L组中，有63个蛋白质下调，10个蛋白质上调。下调蛋白同样富集于补体激活、体液免疫反应、凝血等通路，进一步证实了肿瘤清除后相关系统活动的减弱。而上调蛋白则显著富集于内源性凝血途径、纤维蛋白凝块形成、纤溶作用、以及血液凝固的负向调控等通路。补体系统与凝血系统在结构（均为蛋白酶级联反应）和功能（协同参与组织损伤修复和抗肿瘤免疫）上联系紧密。该结果表明，激光照射的加入不仅增强了肿瘤消融效果，还特异性地激活了与凝血和纤溶平衡相关的血清蛋白网络。

组织-血清共有蛋白的比较生物学响应

组织与血液在体内密切相互作用。本研究鉴定出52个在组织和血清中共同存在的蛋白质。KEGG通路和生物过程分析表明，这些共有蛋白显著富集于胆固醇代谢、铁死亡、血小板活化、凝血、体液免疫应答和防御反应等关键通路。对这些通路中关键蛋白的表达模式进行深入分析发现，与铁死亡相关的铜蓝蛋白(Ceruloplasmin, CERU)和转铁蛋白(Transferrin, TRFE)在组织中表达变化各异，但在MgO+L组的血清中均显著下调，提示治疗可能影响了铁稳态和铁死亡过程。与凝血、体液免疫应答和防御反应相关的大量蛋白（如激肽原-1、凝血酶原、免疫球蛋白、结合珠蛋白等）在肿瘤组织中普遍上调，而在血清中，尤其是在MgO+L组则呈现下调趋势。这种组织与血清表达模式的差异，反映了肿瘤微环境本身具有促凝血、促炎症的特性，而成功的联合治疗（MgO+L）则在系统水平上减弱了这些反应，表明治疗可能引起了从体液免疫向细胞免疫的偏移，并系统性地调节了凝血和炎症状态。

综上所述，本研究通过整合组织和血清蛋白质组学分析，深入揭示了Au/Fe/Au三层纳米盘在磁引导和激光照射下引发的多层次生物学效应。在局部组织层面，治疗影响了核内转录调控和应激反应通路；在全身系统层面，则显著重塑了免疫、凝血和脂质代谢网络。特别重要的是，激光照射的引入激活了血清中的纤溶过程。52个组织-血清共有蛋白及其关联的铁死亡、凝血和免疫防御通路，为了解该疗法的作用机制提供了关键连接点。研究发现，成功的治疗（MgO+L）导致肿瘤局部通路激活的同时，伴随系统水平相关反应的正常化或减弱，这提示血清蛋白质组有潜力作为监测治疗反应的系统指标。尽管本研究基于单一肿瘤模型，但其构建的多组学分析框架为纳米材料介导的光热疗法的机制研究和临床转化奠定了重要基础，有望推动多功能纳米材料在肿瘤治疗及其他领域的个性化监测与应用。