铜富集过氧化锌通过协同代谢重编程与氧化失衡诱导铜死亡增强结直肠癌免疫治疗

《Materials Today Bio》：Copper-enriched zinc peroxides induced cuproptosis through concurrent metabolic and oxidative dysregulation for boosting immunotherapy in colorectal cancer

本研究针对结直肠癌免疫治疗响应不足的难题，构建了肿瘤微环境响应的可降解铜死亡诱导剂ZCH。该纳米平台通过可控释放Cu2+触发铜死亡，协同Zn2+介导的糖酵解抑制和活性氧爆发，有效打破细胞内氧化还原稳态，显著增强免疫原性细胞死亡和抗肿瘤免疫应答，为结直肠癌免疫治疗提供了新策略。

　　

结直肠癌作为第三大常见消化道恶性肿瘤，严重威胁患者生存。近年来免疫治疗虽取得进展，但抗肿瘤免疫应答不足导致疗效仍不理想。铜死亡作为一种新型程序性细胞死亡方式，通过铜离子与三羧酸循环中脂酰化蛋白结合，诱导蛋白毒性应激和细胞死亡，并能激活适应性免疫应答。然而肿瘤细胞因瓦博格效应对铜死亡不敏感，且细胞内高浓度谷胱甘肽会削弱铜死亡效果，亟需开发能同时实现铜离子靶向递送、糖酵解抑制和氧化还原稳态调控的智能纳米平台。

在这项发表于《Materials Today Bio》的研究中，吉林大学第一医院团队构建了透明质酸功能化的铜掺杂过氧化锌纳米颗粒ZCH。该平台通过EPR效应和CD44靶向在肿瘤部位富集，在酸性肿瘤微环境中降解释放Cu²⁺、Zn²⁺和H₂O₂。释放的Zn²⁺通过抑制乳酸脱氢酶和甘油醛-3-磷酸脱氢酶活性阻断糖酵解，降低ATP合成，进而抑制铜转运蛋白ATP7B的功能，减少铜离子外排。同时，Cu²⁺经谷胱甘肽还原为Cu⁺后发生类芬顿反应，协同Zn²⁺诱导线粒体活性氧和 exogenous H₂O₂共同打破氧化还原稳态，显著增强铜死亡效应。

研究采用阳离子交换法合成ZCH纳米颗粒，通过透射电镜、X射线衍射等技术表征材料性质，利用细胞实验评估纳米颗粒的细胞内化、毒性效应及机制，建立CT26荷瘤小鼠模型验证体内抗肿瘤效果，并通过流式细胞术、免疫荧光等技术分析免疫细胞浸润和细胞因子分泌情况。

2.1.合成与表征

研究人员通过水下莱顿弗罗斯特动态化学法合成平均尺寸100纳米的ZnO₂纳米颗粒，经阳离子交换和透明质酸修饰得到ZCH。表征结果显示ZCH具有良好的分散性和稳定性，在酸性条件下可高效降解并释放活性成分。

2.2.体外抗肿瘤功效与机制

ZCH可被CT26细胞高效内化，在保留良好生物相容性的同时展现显著细胞毒性。机制研究表明，ZCH通过Zn²⁺介导的糖酵解抑制降低ATP水平，下调ATP7B表达，促进铜离子胞内蓄积。同时通过多重活性氧爆发和谷胱甘肽消耗打破氧化还原稳态，显著诱导DLAT蛋白寡聚化和Fe-S簇蛋白 destabilization，证实铜死亡发生。

2.3.体内抗肿瘤功效

在CT26荷瘤小鼠模型中，ZCH治疗组肿瘤生长抑制效果显著，肿瘤组织呈现明显铜死亡特征，且主要器官未观察到明显毒性，证实其良好的体内安全性和治疗效果。

2.4.体内ICD诱导的免疫应答

ZCH治疗组肿瘤组织高表达HMGB1和钙网蛋白，肿瘤引流淋巴结中树突状细胞成熟率显著提升，肿瘤浸润CD4⁺和CD8⁺T细胞比例增加，血清中IFN-γ和TNF-α水平升高，表明有效的抗肿瘤免疫应答激活。更重要的是，ZCH治疗可诱导中枢记忆T细胞和效应记忆T细胞形成，建立长期免疫记忆，有效抑制肿瘤肺转移。

该研究成功构建了一种多功能铜死亡纳米诱导剂，通过协同调控铜离子蓄积、糖酵解抑制和氧化还原稳态，有效增强结直肠癌的铜死亡介导的免疫治疗效果。ZCH纳米平台不仅显著抑制原位肿瘤生长，还能诱导长效抗肿瘤免疫记忆，为肿瘤免疫治疗提供了新思路。