糖酵解抑制增强的声动力疗法：一种代谢重编程策略在骨肉瘤治疗中的突破性应用

本研究针对骨肉瘤（OS）治疗中免疫抑制微环境（TME）和代谢重编程的瓶颈问题，开发了兼具糖酵解抑制（靶向PKM2/HK-2）和声动力治疗（SDT）功能的纳米平台SHK@Mn-TiO2。通过逆转缺氧TME（HIF-1α降低50%）和激活cGAS-STING通路，该策略使ROS生成提升53%，并显著增强免疫应答（CD8+ T细胞浸润增加280%），为临床OS治疗提供了新型声免疫联合方案。

　　

骨肉瘤（Osteosarcoma, OS）是儿童和青少年最常见的原发性恶性骨肿瘤，尽管化疗联合手术提高了患者生存率，但过去30年复发OS的疗效始终停滞不前。这一困境源于OS的高度异质性和独特的代谢特征——肿瘤细胞通过有氧糖酵解（Warburg效应）疯狂掠夺葡萄糖，不仅满足自身能量需求，还分泌乳酸（LA）抑制T细胞功能，形成免疫抑制的肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）。更棘手的是，传统声动力疗法（Sonodynamic Therapy, SDT）虽能穿透深层组织杀伤肿瘤，但会触发肿瘤的免疫逃逸机制。如何打破这种代谢-免疫双重壁垒，成为OS治疗的关键科学问题。

苏州大学团队在《National Science Review》发表的这项研究，巧妙设计了一种代谢重编程策略。研究人员通过生物信息学分析发现OS患者中糖酵解关键酶PKM2显著高表达，且与免疫抑制性T细胞（如Tregs）增多相关。基于此，他们构建了负载紫草素（Shikonin, SHK）的锰掺杂二氧化钛纳米棒（SHK@Mn-TiO₂），该平台兼具SDT敏化剂和糖酵解抑制剂双重功能。

研究主要采用四大技术：1）生物信息学分析GEO数据库筛选OS差异表达基因；2）高温热分解法合成Mn-TiO₂纳米棒并通过DSPE-PEG₂₀₀₀修饰负载SHK；3）体外采用K7M2小鼠骨肉瘤细胞系验证糖酵解抑制（LA检测、代谢组学）和SDT效应（ROS检测、ESR谱）；4）构建Balb/c小鼠皮下移植瘤模型评估治疗效果（免疫细胞流式分析、TME缺氧程度检测）。

结果部分揭示多重突破：

1. 1.

   糖酵解双靶点抑制

   通过靶向PKM2（SHK作用）和HK-2（Mn²⁺激活cGAS-STING通路），纳米平台使LA分泌减少63%，ATP水平显著下降。代谢组学显示3-磷酸甘油酸等糖酵解中间体减少，而TCA循环代谢物增加，证实代谢通路重编程。

2. 2.

   缺氧微环境逆转

   [Ru(dpp)₃]Cl₂探针检测显示SHK@Mn-TiO₂使细胞内氧浓度提升，HIF-1α表达降低50%，为SDT提供充足氧源。

3. 3.

   声动力-免疫协同效应

   超声激活下，纳米棒产生单线态氧（¹O₂）使ROS水平增加53%，诱导免疫原性细胞死亡（ICD），显著提升钙网蛋白（CRT）暴露和HMGB1释放。

4. 4.

   免疫微环境重塑

   治疗组肿瘤中CD8⁺ IFN-γ⁺ T细胞增加280%，DC成熟率提升98%，而Tregs和MDSCs分别降至18%和49%。这种"冷肿瘤转热"效应在再攻击实验中展现长期免疫记忆，60天后存活率100%。

结论与意义

该研究首次将代谢干预（PKM2/HK-2抑制）与物理治疗（SDT）有机结合，通过三重机制——能量剥夺（糖酵解抑制）、直接杀伤（ROS爆发）和免疫激活（cGAS-STING通路）实现协同抗肿瘤效果。特别值得注意的是，Mn²⁺的持续释放打破了传统SDT的免疫抑制桎梏，为深部肿瘤治疗提供了新范式。这种"声-代谢-免疫"三位一体策略不仅为OS治疗开辟新途径，其纳米平台设计思路也可拓展至其他高糖酵解特性肿瘤的联合治疗。