重塑肿瘤微环境新策略：前药纳米 MOFs开启协同抗癌新时代

为解决肿瘤治疗难题及前药 nMOFs 应用局限，西北农林科技大学等单位研究人员开展用前药 nMOFs 重塑肿瘤微环境协同抗癌研究。结果显示 DCCMH 能有效抑制肿瘤，该研究为抗癌治疗提供新思路，值得科研人员一读。

　　

在癌症治疗的战场上，肿瘤微环境（TME）就像癌细胞的 “避风港”，对癌细胞的生长和扩散起着至关重要的作用。肿瘤微环境中存在着高浓度的过氧化氢（）、过量表达的谷胱甘肽（GSH）、适度的酸性、缺氧以及旺盛的新陈代谢等特征 。为了有效消灭肿瘤，改造肿瘤微环境与肿瘤治疗策略相结合势在必行。虽然有很多方法可以改造肿瘤微环境，比如增强缺氧条件、调节肿瘤细胞外基质、利用靶向肿瘤相关成纤维细胞的纳米疗法以及重构肿瘤血管系统等，但仅仅改造肿瘤微环境还不足以完全消灭癌细胞，还需要结合其他治疗手段。

纳米技术的发展，尤其是纳米药物的多模式协同治疗，为癌症治疗带来了新的希望。金属 - 有机框架（MOFs）作为一种新型的纳米材料，因其具有稳定的结构、可控的组成以及高效封装小分子药物的能力，在纳米医学领域备受关注。MOFs 可以由金属离子和有机配体自组装而成，将金属离子的抗癌特性与化疗和免疫治疗药物的递送相结合，在协同抑制肿瘤生长方面展现出巨大的潜力。然而，目前的纳米 MOFs 存在生物利用度有限的问题，主要原因是使用了无活性且不灵活的前体配体。为了解决这个问题，研究人员提出将生物活性药物分子作为前体配体，从而产生了前药纳米 MOFs（prodrug nMOFs）。这种前药纳米 MOFs 可以在特定刺激下选择性地释放封装的药物，有效防止药物提前泄漏，增强了各成分的整体抗癌效果。但目前前药纳米 MOFs 在抗肿瘤联合治疗中的应用报道还比较少。

为了进一步提高前药纳米 MOFs 的疗效，西北农林科技大学等单位的研究人员在《Journal of Nanobiotechnology》期刊上发表了题为 “Remodeling tumor microenvironment using prodrug nMOFs for synergistic cancer therapy” 的论文。他们成功合成了一种对 GSH 敏感的前药纳米 MOFs（命名为 DCCMH），通过改造肿瘤微环境实现了协同癌症治疗，取得了令人瞩目的成果。这一研究为前药纳米 MOFs 的制备提供了一种可行的策略，有望为临床肿瘤联合治疗奠定理论基础。

研究人员在这项研究中用到了几个关键的技术方法。首先是材料制备技术，通过溶剂热法合成了基于铜的纳米 MOFs（CCM），再将阿霉素（DOX）负载到 CCM 上得到 DCCM，最后通过静电相互作用在 DCCM 表面修饰透明质酸（HA）形成 DCCMH。其次是多种表征技术，利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、元素分析、动态光散射分析、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X 射线衍射（XRD）等技术对 DCCMH 的形貌、结构、成分等进行表征。另外，还运用了细胞和动物实验技术，通过细胞实验评估 DCCMH 对细胞的毒性、细胞摄取、细胞内相关物质的变化等；利用动物实验研究 DCCMH 在体内的分布、清除动力学以及治疗效果等。

下面我们来看看具体的研究结果。

DCCMH 的表征

研究人员首先对 DCCMH 进行了一系列的表征。通过 SEM 和 TEM 图像可以看到，CCM 和 DCCMH 纳米颗粒呈现出独特的多孔雪花状形态，直径约为 225±10nm，CCM 的空间晶格尺寸为 0.5nm。元素分析证实了 CCM 纳米颗粒中存在碳（C）、氮（N）、氧（O）和铜（Cu）元素。动态光散射分析显示，CCM、DCCM 和 DCCMH 纳米颗粒的流体动力学直径分别为 190.6nm、223.2nm 和 248.4nm，多分散指数（PDI）分别为 0.085、0.123 和 0.118。而且，DCCMH 纳米颗粒在各种生理溶液中表现出良好的稳定性。FTIR 光谱表明，Cu 离子与 Met 和 CHCA 发生了配位作用，形成了具有多孔结构的金属 - 有机复合物。XRD 图案证明了 CCM 的结晶性质，其空间构型与 CuO 和 CuN 晶体相似。此外，通过 BET 方法测定了 CCM 和 DCCM 的比表面积，进一步说明了 CCM 的多孔结构。DOX 在 CCM 纳米 MOFs 中的负载效率和包封效率分别为 8.12% 和 48.63%，FTIR 光谱和 UV - Vis 吸收光谱也证实了 HA 的功能化和 DOX 的负载成功。XPS 分析表明，DCCMH 中的 Cu 主要以 Cu（I）形式存在，同时含有少量的 Cu（II）。

GSH 消耗、?OH 生成和细胞毒性评估

细胞内的氧化还原平衡对于细胞的生存至关重要，打破这个平衡可以有效抑制癌细胞的生长和增殖。研究发现，随着 DCCMH 浓度的增加，GSH 含量逐渐下降。当 GSH 浓度为 10mM，DCCMH 浓度为时，DCCMH 纳米颗粒在 6 小时内完全降解，同时释放出高达 78% 的 DOX，这表明 DCCMH 纳米颗粒具有优异的 GSH 消耗和响应性药物释放行为，能够破坏肿瘤微环境的氧化还原平衡。通过以亚甲基蓝（MB）为探针检测?OH 的生成，发现当同时存在 GSH 和时，DCCMH 的化学动力学治疗（CDT）效果显著，而且?OH 能够持续产生，保证了其持续的细胞毒性。电子自旋共振（ESR）光谱也进一步验证了?OH 的高效生成。MTT 实验表明，DCCMH 对人正常肝细胞（HL7702）的毒性可忽略不计，但对人肝癌细胞（HepG2）表现出显著的细胞毒性。随着药物浓度的增加和孵育时间的延长，HepG2 细胞的活力逐渐下降，DCCMH 对 HepG2 细胞的 IC50 为，而且 DCCMH 对 Hela 细胞、U87MG 细胞和 4T1 细胞也具有良好的杀伤效果。此外，DCCMH 的联合指数（CI）为 0.79，证明其实现了 CDT 和化疗（CT）的良好协同作用。

体外治疗效果

研究人员深入研究了 DCCMH 对 HepG2 细胞的作用机制。通过流式细胞术和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）分析发现，DCCMH 中的 DOX 能够大量转运到细胞核中，且细胞对 DCCMH 的摄取随时间增加，6 小时后达到最大值，荧光信号比对照组增加了 9 倍。这种增强的细胞摄取主要归因于纳米药物的增强渗透和滞留效应以及 DCCMH 中的 HA 与 HepG2 细胞表面大量表达的 CD44 受体之间的高选择性亲和主动靶向摄取。DCCMH 能够使细胞内 GSH 水平降低 45%，其成分 CHCA 抑制细胞内乳酸外排，导致细胞内乳酸积累，pH 下降，有利于细胞内芬顿反应的发生。DCCMH 处理的细胞产生了更多的?OH，线粒体膜电位下降，表明 CDT 对癌细胞造成了损伤。同时，Met 上调了 HepG2 细胞中 AMPK 的表达，影响细胞代谢，协同增强了化疗效果。通过活 / 死染色和凋亡检测发现，DCCMH 处理的 HepG2 细胞出现明显凋亡，凋亡率达到 67.1%，且主要发生在凋亡初期，DCCMH 还能阻碍癌细胞在 G2/M 期的进展。

体内治疗效果

研究人员将 Cy5.5 整合到 DCCMH 纳米平台上，研究其在荷 H22 肿瘤小鼠体内的生物分布和清除动力学。结果发现，DCCMH - Cy5.5 的荧光信号在肿瘤部位逐渐积累，8 小时后达到较高水平，并能持续保留长达 28 小时。主要器官的离体荧光成像显示，28 小时后肿瘤区域的荧光信号很强，肾脏组织也有较强的荧光信号，而其他组织的荧光信号较弱，这表明 DCCMH 能够在肿瘤区域有效积累，有利于长期治疗癌症。在对荷 H22 肿瘤小鼠进行的体内治疗实验中，将小鼠分为四组，分别给予 PBS、DOX、CCMH 和 DCCMH 处理。结果显示，DCCMH 治疗有效抑制了肿瘤生长，抑制率达到 74.24%，显著优于其他治疗方式，且延长了小鼠的生存时间。同时，DCCMH 处理组小鼠的体重变化无明显异常，表明其没有明显的全身毒性。对 H22 肿瘤组织的分析发现，DCCMH 显著上调了 AMPK 酶的活性，促进了化疗效果。组织病理学分析表明，DCCMH 诱导了肿瘤细胞的显著凋亡和增殖抑制，且对主要器官没有明显的毒性。此外，溶血试验和血液生化分析显示，DCCMH 具有良好的生物安全性。

在这项研究中，研究人员成功设计了一种创新的前药纳米 MOF（DCCMH），它能够有效调节肿瘤微环境。当遇到肿瘤微环境中高浓度的 GSH 时，DCCMH 会逐渐分解，向癌细胞释放、CHCA、Met 和 DOX，引发一系列抗肿瘤反应。通过芬顿反应将转化为?OH，自身被氧化为，消耗 GSH，对癌细胞造成氧化损伤；CHCA 阻止乳酸外排，提高细胞内酸度，增强类芬顿反应；Met 激活 AMPK 途径，降低肿瘤细胞对 DOX 的耐药性。这些作用协同促进了肿瘤微环境的重塑，实现了显著的抗肿瘤效果，肿瘤抑制率达到 74.24%。

这项研究的意义重大。它为前药纳米 MOFs 的简单合成提供了新的方法，这种前药纳米 MOFs 能够在癌细胞内引发一系列反应来调节肿瘤微环境。同时，该研究也为临床肿瘤联合治疗奠定了理论基础，有望推动癌症治疗领域的进一步发展，为癌症患者带来新的希望。未来，或许基于这种前药纳米 MOFs 的治疗方法能够广泛应用于临床，为攻克癌症这一难题贡献重要力量。