靶向STAT3/线粒体OXPHOS阻断的纳米平台增强胃癌光热治疗

《Materials Today Bio》：The Enhanced Photothermal Therapy against Gastric Cancer by Mitochondria/STAT3-targeted Nanoplatform with OXPHOS Blocking

本研究针对胃癌光热治疗(PTT)中热休克蛋白(HSPs)上调、肿瘤血管异常及药物靶向性差等瓶颈，开发了自组装纳米平台(ATO/CR NPs)。该平台通过阿托伐醌(ATO)阻断氧化磷酸化(OXPHOS)下调ATP/HSP，并靶向STAT3抑制肿瘤增殖，协同CR染料的光热效应，在体内外均展现卓越的抗肿瘤效果，为胃癌治疗提供新策略。

胃癌作为全球第五大常见恶性肿瘤，患者五年生存率不足10%，临床手术联合放化疗后仍有约60%患者出现复发或转移。近年来，近红外(NIR)光热治疗(PTT)因其对正常组织损伤小等优势成为胃癌治疗新方向，但肿瘤部位热休克蛋白(HSPs)的上调、异常血管化以及治疗药物靶向性差等问题严重制约其疗效。

为解决这些难题，安徽医科大学第二附属医院王文斌团队在《Materials Today Bio》发表研究，构建了一种靶向线粒体/STAT3的双功能纳米平台(ATO/CR NPs)。该平台通过FDA批准的阿托伐醌(ATO)与近红外光热剂CR自组装而成，不仅显著增强PTT效率，还通过多机制协同实现胃癌的高效消融。

研究团队主要采用纳米材料自组装技术、光谱表征(紫外吸收、荧光光谱)、生物透射电镜(Bio-TEM)分析亚细胞结构、Seahorse能量代谢分析仪检测氧消耗率(OCR)、蛋白质印迹(Western blot)验证关键蛋白表达，并利用MKN45胃癌细胞系及裸鼠移植瘤模型进行体内外功能验证。

2.1 纳米材料表征与光热性能

ATO/CR NPs呈现均匀球形结构(102.5 nm)，在797 nm处具有强吸收，摩尔消光系数达4.45×10⁴M^-1cm^-1，光热转换效率高达46.3%。穿透实验表明808 nm激光可穿透3 mm鸡肉组织，优于730 nm激光，证实其深部治疗潜力。

2.2 STAT3在胃癌中的表达与靶向价值

通过GEPIA和HPA数据库分析发现STAT3在胃癌组织中显著高表达。分子对接显示ATO可特异性结合STAT3蛋白，抑制其磷酸化并下调下游促癌蛋白。

2.3 体外抗癌效能

MTT实验表明ATO/CR NPs在808 nm激光(1.2 W/cm²)照射下对MKN45细胞的IC₅₀为10.81 μM，流式细胞术检测显示93.6%的细胞凋亡率。溶血实验证实纳米颗粒生物相容性良好。

2.4 细胞摄取与抗血管生成

共聚焦显微镜显示ATO/CR NPs可快速被癌细胞胞吞。HUVEC血管形成实验表明ATO能有效抑制肿瘤血管生成，且对正常血管内皮细胞无毒性。

2.5 线粒体功能障碍机制

Bio-TEM显示ATO/CR NPs(+)组线粒体嵴结构破坏。JC-1染色检测到膜电位显著降低，Seahorse分析表明ATO通过抑制电子传递链复合体III阻断OXPHOS，导致ATP产量下降和HSP-70表达抑制。

2.6 代谢组学与分子机制

代谢组学分析发现ATO/CR NPs处理后340种代谢物异常表达，其中低嘌呤等能量代谢物下调。Western blot证实Cyclin D1、CDK4/CDK6、Bcl-2和p-STAT3蛋白表达均被抑制。

2.7 细胞迁移与侵袭抑制

Transwell实验显示18 μM ATO/CR NPs使细胞迁移率降至6%。溶酶体膜通透性实验表明光热效应可破坏溶酶体膜稳定性，进一步抑制肿瘤转移。

2.8 体内抗肿瘤效果

在MKN45移植瘤模型中，ATO/CR NPs(+)组肿瘤在3次治疗后完全消融且无复发。免疫组化显示肿瘤组织内VEGF和HSP-70表达显著下调，主要器官未发现毒性损伤。

该研究创新性地将STAT3抑制与OXPHOS阻断策略整合于单一纳米平台，通过多机制协同克服了胃癌PTT的耐药性问题。ATO/CR NPs优异的靶向性和生物安全性为其临床转化提供坚实基础，为胃癌精准治疗开辟了新途径。