肖海华/梁兴杰/武钦佩等ACS Nano：NIR辐射诱导的温和热疗提升抗癌疗效！

来源：高分子科学前沿

DNA烷化剂通常通过与DNA共价结合形成链间或链内交联来杀死肿瘤细胞。顺铂是一种经典的DNA烷化药物，已被广泛用于治疗各类癌症。但是，其严重的副作用和耐药性是临床的主要障碍。研究表明，顺铂进入细胞后，会被过量的细胞内谷胱甘肽（GSH）分解，仅有小于1％的顺铂最终会与DNA结合并形成Pt-DNA交联。自从发现其作用机理以来，人们一直在寻找直接有效地去除细胞内GSH并增加链间交联以提高药物疗效和克服耐药性的方法，但是几乎没有突破。因此，为了提高顺铂的抗癌作用，减少GSH介导的耐药性并增加链间交联具有重要意义。

中科院化学研究所肖海华、Yingjie Yu，国家纳米科学中心梁兴杰，北京理工大学武钦佩等人提出可以通过碘硫醇点击化学介导的GSH耗竭和通过近红外（NIR）光触发的温和热疗来增加DNA链间交联的形成，实现顺铂的抗癌效率增强。该研究是通过制备具有Pt（IV）前药和碘原子侧基（碘化物）的两亲聚合物来实现的。该聚合物进一步用于封装IR780，并组装成Pt-I-IR780纳米颗粒。通过在肿瘤部位进行NIR光辐照诱导的温和热疗（43°C），加速了GSH介导的聚合物主链中Pt（IV）还原为Pt（II），促进了GSH和碘化物之间的碘硫醇取代点击反应，从而减弱了GSH介导的顺铂分解作用，并增加了高毒性和不可修复的Pt-DNA链间交联的比例。通过NIR辐射诱导的温和热疗可以增强对癌细胞的杀伤作用，并减轻肿瘤负担，从而实现有效的化疗。该研究以题为“Near-Infrared Light Irradiation Induced Mild Hyperthermia Enhances Glutathione Depletion and DNA Interstrand Cross-Link Formation for Efficient Chemotherapy”的论文发表在《ACS Nano》上。

【纳米粒子与温和热疗的结合】

临床研究表明，通过温和的热疗可以提高临床上常用的抗癌药物，尤其是铂类药物的疗效。在癌症患者的临床治疗中，顺铂常用于腹膜内热灌注疗法。热疗可以改变癌细胞膜的通透性，这有利于抗癌药物渗透到肿瘤细胞中。热疗还可以增加抗癌药物形成的不可修复的DNA交联程度，从而导致癌细胞凋亡。受此启发，作者假设可以通过升高温度来增加高毒性且不可修复的Pt-DNA链间交联的程度。作者设计了一种两亲性聚合物，其中含有Pt（IV）前药（图1A）和大量成对的碘原子侧基（碘化物）。设计该聚合物的优点在于，其主链上的Pt（IV）可以通过细胞内还原剂的还原，迅速断裂其聚合物链，而侧链上的碘化物可通过碘硫醇的点击化学反应与细胞内GSH反应，从而消耗细胞内的GSH。Pt（IV）前药进一步在光热敏剂IR780的存在下自组装，形成Pt-I-IR780 纳米粒子（图1B），并在小鼠上进行疗效检测。

图1消耗GSH的过程以及增加链间Pt-DNA交联形成的示意图

【Pt-I-IR780纳米粒子的体外抗癌功效】

为了测试温和热疗是否可以增强Pt-I-IR780的抗癌功效，作者用近红外光照射了经Pt-I-IR780处理的细胞，诱导了43°C的温和热疗（图2A）。在43°C时，Pt-I-IR780的细胞杀伤作用大大增强，与顺铂相比，疗效几乎提高了5倍（图2B）。然后对细胞进行凋亡测定，结果表明，IR780本身，无论是否受到辐照，都不会诱导细胞凋亡。对于没有光照射的Pt-I-IR780，细胞凋亡率为7.85％。当用NIR光照射Pt-I-IR780诱导43°C的温和热疗时，凋亡率最高（13.27％）（图2C）。这表明温和热疗会促进Pt-I-IR780的抗癌疗效。Pt-I-IR780具有大量的碘化物侧基，它们可以通过碘硫醇点击反应被细胞内硫醇（例如GSH）取代。这将导致细胞内GSH的消耗。为了证明这一点，作者在细胞中测试了GSH水平。经Pt-I-IR780处理的细胞的GSH最低（图2E）。这表明Pt-I-IR780纳米粒子可以消耗GSH，而温和热疗进一步加速了该消耗过程。

图2 NIR引起的温和热疗提高了Pt-I-IR780的抗癌活性

【Pt-I-IR780纳米粒子的体内抗肿瘤疗效】

作者将来自肝癌患者的肿瘤组织片段直接植入小鼠的右后腿（图3A），并在接受Pt-I-IR780治疗的小鼠的肿瘤上，用NIR光照射诱发温和热疗（图3B，C）。与其他治疗方法相比，Pt-I-IR780结合热疗具有最佳的肿瘤抑制作用（图3D）。研究结束时（第14天），收集肿瘤和器官并称重。结果发现，在用Pt-I-IR780处理的小鼠中，肿瘤最小（图3F，G）。Pt-I-IR780携带大量碘化物，这些碘化物通过碘硫醇点击反应与细胞内GSH反应并耗尽细胞内的GSH。与其他组相比，从接受Pt-I-IR780处理的小鼠身上切除的肿瘤组织显示出更明显的凋亡或坏死现象（图3I）。综上所述，所有结果表明，Pt-I-IR780结合温和热疗法在肝癌细胞中表现出显着的抗肿瘤作用，从而减少了GSH对顺铂的分解作用，并增加了DNA链交联的程度。

图3 NIR引起的温和热疗提高了Pt-I-IR780的抗肿瘤疗效

总结：作者报道了在主链中包含Pt（IV）和在侧链中包含碘化物的聚合物化学结构。由于细胞内的还原剂可还原Pt（IV）前药，因此聚合物主链进入癌细胞后可迅速断裂，释放出Pt（II）药物和碘化物。此外，作者还提出了通过碘硫醇点击化学来消耗细胞内GSH的概念以及增强DNA链间DNA交联形成的方法。在过去的几十年中，几乎没有关于在顺铂进入癌细胞后可以使用外部控制来定向调节链间交联形成的报道。在此，作者提出的Pt-I-IR78纳米颗粒与温和热疗相结合的技术，可以实现有效的铂类化疗，并为将来的临床应用带来广阔前景。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c03781