李红昌/喻学锋/李洋首次发现黑磷纳米材料本身的抗肿瘤机理

尽管纳米材料已显示出有希望的生物医学应用潜力，但对其与生物系统的分子相互作用的不完全了解阻止了它们被纳入主流临床应用。

2021年8月5日，中国科学院深圳先进技术研究院李红昌，喻学锋及李洋共同通讯在Nature Nanotechnology 在线发表题为“Intrinsic bioactivity of black phosphorus nanomaterials on mitotic centrosome destabilization through suppression of PLK1 kinase”的研究论文，该研究展示了黑磷 (BP) 纳米材料直接影响细胞周期的中心体机制。BP 通过减弱中心体周围材料的内聚力来破坏有丝分裂中心体的稳定性，从而导致有丝分裂中的中心体断裂。结果，BP 处理的细胞表现出多极纺锤体和有丝分裂延迟，并最终发生细胞凋亡。

从机制上讲，BP 通过使中心体激酶 polo 样激酶 1 (PLK1) 失活来破坏中心体的完整性。BP 直接与 PLK1 结合，诱导其聚集，降低其胞质流动性并最终限制其募集到中心体进行激活。通过这种机制，BP 纳米材料在肿瘤异种移植小鼠中显示出巨大的抗癌潜力。总之，该研究揭示了 BP 杀瘤特性的分子机制，并通过探索纳米材料的内在生物活性为纳米材料的生物医学应用提供了方向。

通常，许多纳米药物是被动药物载体系统，很少考虑纳米材料本身对细胞、组织、器官和系统产生预期效果的内在贡献。然而，这忽略了现实，因为这些反应性表面和超小纳米材料与细胞中许多功能性生物分子的规模范围相同。尽管纳米材料直接和积极地发挥了许多生物效应，但某种纳米材料是否可以针对特定的细胞器甚至特定的生物分子引发特定的细胞效应，如许多常用的小分子药物在很大程度上仍然未知。

在这方面，彻底了解纳米材料在分子和细胞水平上诱导的细胞内信号调制对其潜在的纳米医学应用至关重要。另一方面，了解纳米生物相互作用可以产生意想不到的结果，从而为提供更安全、更有效的纳米技术和纳米医学带来新的机会。

细胞周期和细胞死亡是癌症纳米药物开发的标志性目标。然而，对直接涉及细胞周期和细胞死亡的任何纳米生物相互作用知之甚少，因为许多癌症纳米药物诱导细胞死亡的大多数工具都是通过使用批准的抗癌药物来实现的。在这里，该研究提出纳米材料本身可以通过对中心体及其相关生物学的特定影响，对真核生命最基本的机制——细胞周期产生非常深远和直接的影响。

作为细胞的微管组织中心 (MTOC)，中心体在许多基本细胞过程中发挥着关键作用，例如细胞分裂和运动以及细胞内运输。中心体由一对中心粒组成，中心粒被称为中心粒周围材料 (PCM) 的蛋白质基质包围。在有丝分裂期间，中心体通过募集更多的 PCM 进行扩张，这大大增加了它们的微管成核能力，并且对于双极纺锤体组件至关重要。由于细胞分裂中的这些关键功能，中心体异常可以中止细胞周期，使中心体成为潜在的抗癌靶点。

该研究展示了黑磷 (BP) 纳米材料直接影响细胞周期的中心体机制。 BP 通过减弱中心体周围材料的内聚力来破坏有丝分裂中心体的稳定性，从而导致有丝分裂中的中心体断裂。结果，BP 处理的细胞表现出多极纺锤体和有丝分裂延迟，并最终发生细胞凋亡。

从机制上讲，BP 通过使中心体激酶 polo 样激酶 1 (PLK1) 失活来破坏中心体的完整性。 BP 直接与 PLK1 结合，诱导其聚集，降低其胞质流动性并最终限制其募集到中心体进行激活。通过这种机制，BP 纳米材料在肿瘤异种移植小鼠中显示出巨大的抗癌潜力。总之，该研究揭示了 BP 杀瘤特性的分子机制，并通过探索纳米材料的内在生物活性为纳米材料的生物医学应用提供了方向。

来源：Plant_ihuman iNature