RBCM/ZIF-8仿生纳米递送系统通过协同诱导铜死亡效应及多种策略提升对抗耐药性乳腺肿瘤的疗效

《Materials Today Chemistry》：RBCM/ZIF-8 biomimetic nano-delivery system to improve anti-resistant breast tumor efficacy by synergistic cuproptosis effect and multiple strategies

【字体：大中小】 时间：2026年03月13日 来源：Materials Today Chemistry 6.7

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　　纳米递送系统FRCZD通过ZIF-8负载DOX和CuS，外覆FA修饰的红血细胞膜，实现肿瘤靶向及多模态治疗（化疗、光热疗法、化学动力学疗法），在近红外光刺激下诱导cuproptosis协同增强疗效。

杨硕月|王金鹏|程倩倩|袁华建|朱琳|王欣|刘素曦|宋若兰|李宁|张璐|李鹏

河南工业大学生物工程学院，中国郑州

摘要

化疗药物通常伴随着毒副作用和较低的生物利用度，而像乳腺癌这样的实体瘤经常表现出多药耐药性，这限制了化疗和其他单一疗法的临床效果。为了解决这些问题，需要开发高效的递送系统，这些系统能够输送各种治疗剂，并引入新的程序性死亡机制以实现协同的抗肿瘤效果。在这项研究中，使用了沸石咪唑-8（ZIF-8）作为核心载体来装载多柔比星（DOX）和光热剂CuS，并进一步用叶酸（FA）修饰的红细胞膜（RBCM）进行包覆，从而制备出FRCZD递送系统。该系统能够靶向乳腺癌MCF-7细胞及其耐药株MCF-7/ADR细胞。值得注意的是，DOX和CuS在肿瘤微环境（TME）和近红外辐射（NIR）的作用下能够迅速释放。在光刺激下，CuS诱导了光热疗法（PTT），这不仅增强了局部药物积累，还催化了H₂O₂产生有毒的羟基自由基（?OH），从而引发了化学动力学疗法（CDT）。此外，过量的Cu²⁺摄入会导致线粒体代谢功能障碍，最终引发铜死亡（cuproptosis）。结果表明，FRCZD结合NIR能够加速细胞凋亡，同时干扰细胞周期分布，从而抑制肿瘤细胞的增殖和迁移。体内实验结果进一步证实，FRCZD + NIR比其他实验组更有效地抑制了肿瘤生长，并且表现出良好的生物安全性。总体而言，集成平台FRCZD通过结合化疗、PTT和CDT方法诱导铜死亡，显著提高了治疗效果，为对抗耐药性肿瘤的治疗带来了希望。

引言

根据当前的癌症统计数据，乳腺癌（BRCA）已经超越肺癌成为全球最常见的癌症类型，也是女性癌症相关死亡的主要原因[[1], [2], [3]]。临床上，使用纳米药物的化疗（CT）仍然是BRCA的主要治疗方式[4]。然而，化疗的局限性——如低生物利用度、严重的系统毒性和药物耐药性——阻碍了其广泛应用。幸运的是，包括光热疗法（PTT）、光动力疗法（PDT）、化学动力学疗法（CDT）、靶向药物递送和免疫疗法在内的替代治疗策略已经开发出来，作为精确且优化的选项，减少了副作用[[5], [6], [7]]，显示出巨大的潜力[8]。

癌症在其发展过程中经历了一个复杂的进化过程，其特征是细胞异质性和快速转移，这使得单一药物的治疗效果不佳。目前，肿瘤治疗的重点已经转向联合疗法。与单一疗法相比，联合疗法可以有效克服多药耐药性，减少肿瘤转移和复发，并提高治疗效果[9,10]。特别是CT、CDT和PTT的联合应用通过光触发药物释放，减少了系统毒性，提供了一种协同的肿瘤治疗方式[11]。这对于在视觉引导下精确治疗耐药性实体瘤尤为重要。

PTT作为一种有前景的替代或辅助传统癌症治疗方法，因其微创性、快速恢复时间和低并发症率而受到关注。在PTT中，近红外（NIR）光热剂将光能转化为热能[12]。研究表明，PTT增强了肿瘤内的渗透性，促进了治疗剂在肿瘤组织中的传输，并调节了局部血管和细胞膜的通透性。这一过程增加了肿瘤细胞的脆弱性，从而提高了它们对治疗药物的敏感性[13]。目前，关于PTT在肿瘤治疗中的研究逐渐从NIR-I生物窗口（650-950 nm）转向NIR-II生物窗口（1000-1350 nm），因为NIR-II激光具有更深的组织穿透力和更高的最大允许暴露水平[14]。CDT通过芬顿反应或类似芬顿的反应有效地将内源性过氧化氢（H₂O₂）转化为致命的羟基自由基（·OH），导致肿瘤细胞死亡[[15], [16], [17]]。这种策略中使用的主要金属催化剂——铁、铜和锰，利用肿瘤微环境（TME）中存在的H₂O₂，无需外部刺激[18]。这种方法具有高度选择性和安全性；它不对组织穿透深度施加限制，并具有重要的临床应用潜力[19]。诱导的高温不仅可以作为一种独立的治疗方式，还可以提高药物递送效率，同时促进类似芬顿的反应。这种双重效应有助于与各种疗法的有效整合，包括化疗和CDT，从而增强协同治疗策略的效果[20,21]。然而，一个主要挑战仍然是：如何同时装载PTT诱导剂和CDT诱导剂，并改善它们的治疗效果、安全性和循环特性[22]。

为了满足对高效和精确的协同治疗的需求，迫切需要设计良好的纳米递送载体[23,24]。金属有机框架（MOFs）因其高孔隙率、大的比表面积、可调的孔径大小和生物降解性而受到广泛关注[25,26]。在这些材料中，沸石咪唑酸盐框架-8（ZIF-8）作为一种典型的基于锌的MOF脱颖而出，它是通过Zn²⁺与2-甲基咪唑（2-MIM）的配位形成的[[27], [28], [29]]。ZIF-8在药物递送应用中特别受到青睐，因为它具有低细胞毒性、pH响应性、高比表面积和大孔径[[30], [31], [32], [33]]。硫化铜纳米颗粒（CuS NPs）在近红外II区域表现出强烈的紫外线吸收。作为PTT中的光热剂，它们可以迅速将光能转化为热能。这种能力在恶性肿瘤附近诱导局部温度升高，从而促进靶向肿瘤消融[34,35]。此外，CuS NPs作为CDT的高效剂[36,37]，催化H₂O₂生成活性氧物种（ROS），同时耗尽TME中的谷胱甘肽（GSH）。这种机制减轻了过表达的GSH对ROS诱导的氧化应激的影响[38]。CuS NPs的双重作用不仅减少了GSH对ROS的清除效果，还放大了ROS诱导的氧化应激。

通过增强靶向性、生物相容性、系统循环和在肿瘤部位的药物积累来减少副作用，是一种有前景的治疗策略[[39], [40], [41], [42]]。利用天然细胞膜修饰的纳米颗粒的仿生方法因其固有的生物相容性、生物降解性和非免疫原性而受到关注[43,44]。红细胞（RBCs）是人体血液中最丰富的细胞类型，成熟的RBCs缺乏细胞核和复杂的细胞器，简化了提取过程。因此，RBC膜（RBCM）被视为最丰富和方便的基于膜的生物载体。与其他基于膜的纳米颗粒相比，RBCM可以有效地减少巨噬细胞的吞噬作用，延长血液循环时间，并表现出固有的生物相容性和生物降解性。这些特性有助于提高纳米颗粒的稳定性，延长体外储存时间，并减少聚集[45]。因此，使用RBCM对纳米颗粒进行表面修饰可以增强混合递送系统的稳定性和渗透性，从而提高纳米药物的生物利用度。

程序性细胞死亡包括多种受调控的死亡过程，如凋亡、坏死、焦亡、铁死亡（ferroptosis）和新发现的铜死亡（cuproptosis）[46]。铜死亡可以作为BRCA治疗的一种新兴治疗机制，为BRCA患者带来新的希望[47]。从机制上讲，铜依赖的线粒体功能障碍触发铜死亡[48]，主要是由细胞内铜离子的积累引起的[49]。这一过程涉及铜离子与三羧酸（TCA）循环中的脂肪成分直接结合——导致脂肪线粒体蛋白聚集以及Fe–S簇蛋白的耗尽。这种离子诱导的细胞死亡的可控性和精确性为其在肿瘤治疗中的应用带来了良好的前景[50]。因此，将铜离子与纳米递送技术结合以诱导铜死亡可能为消除耐药性癌细胞提供一种有前景的策略，从而提高治疗效果并最终根除肿瘤。

在这项研究中，合成了具有CDT和PTT双重功能的PVP-CuS NPs。随后，使用一步法将PVP-CuS固定在ZIF-8内，得到CuS@ZIF-8（称为CZ），然后装载模型化疗药物多柔比星（DOX），得到CuS/DOX@ZIF-8（CZD）。最后，通过用叶酸修饰的RBCM（FA-RBCM）包覆CZD的表面，制备出FA-RBCM-CuS/DOX@ZIF-8纳米颗粒（FRCZD）。这种表面修饰增强了混合纳米载体的生物安全性及其对肿瘤的靶向递送。在酸性TME的作用下，ZIF-8分解，释放出封装的CuS NPs和DOX。DOX发挥化疗作用，而CuS NPs通过催化H₂O₂生成更多的有毒?OH来发挥CDT效果。在NIR激光照射下，CuS NPs可以迅速升温，诱导PTT效应，进一步加速DOX和Cu²⁺的释放。这一过程提高了药物吸收并增强了CDT的效果，同时增加了ROS的产生。同时，大量Cu²⁺的释放和摄入会扰乱体内铜离子的平衡，导致线粒体代谢紊乱。这种紊乱导致循环中代谢产物的积累，并下调DLAT（二氢脂肪酸S-乙酰转移酶）的表达。此外，蛋白质应激毒性的增加将上调HSP70（热休克蛋白）的表达，最终导致细胞铜死亡。

与已发表的研究相比，本文开发的仿生混合递送系统在载体组成和多功能治疗能力的整合方面表现出明显的优势。该系统装载了DOX和CuS，表现出良好的生物安全性和活性肿瘤靶向性，并能够在TME条件和NIR照射下实现多响应药物释放。作为集成的纳米治疗平台，FRCZD在靶向药物释放后发挥了联合化疗、PTT和CDT的效果，同时诱导了铜死亡。通过利用铜死亡机制，FRCZD实现了高效的多模式协同治疗，并对乳腺癌表现出显著的抑制效果，尤其是在耐药菌株中。总之，本研究中开发的pH和NIR-II双响应纳米递送系统FRCZD展示了其诱导铜死亡的能力，同时增强了化疗、PTT和CDT的协同治疗效果（图1）。这种方法为利用多功能智能递送平台治疗耐药性实体瘤（如BRCA）提供了一种创新策略。

化学物质和试剂

二水合氯化铜（CuCl₂·2H₂O）、九水合硫化钠（Na₂S·9H₂O）、六水合硝酸锌（Zn (NO₃)₂·6H₂O）、2-甲基咪唑、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）从上海新华制药试剂有限公司购买。1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-[叶酸（聚乙二醇）（DSPE-PEG-FA）从上海Ponsure Biotech有限公司购买。二甲基亚砜（DMSO）、3-(4,5-二甲基噻唑-2-yl)-2,5-二苯四唑ium

FRCZD的特性

在这项研究中，使用一步法合成了CZ，随后装载DOX以制备CZD纳米颗粒。RBCM通过从眼睛采血获得，然后通过冻融循环进行离心。RBCM与DSPE-PEG-FA搅拌12小时后，加入CZD并再次搅拌24小时，得到FRCZD纳米颗粒。图1A显示，ZIF-8的粒径为170 ± 4.39 nm（n = 3）。

结论

总之，本研究开发了一种名为FRCZD的功能化纳米递送系统，它表现出对pH、H₂O₂和NIR-II的响应性药物释放特性。FR外膜的加入显著增强了肿瘤靶向性和递送系统的生物安全性。在酸性TME中，RBCM膜被破坏，导致ZIF-8分解，释放出DOX和CuS。在NIR照射下，FRCZD表现出PTT和CDT效应

CRediT作者贡献声明

杨硕月：概念构思、资金获取、项目管理、写作——审稿与编辑。 王金鹏：数据整理、研究、方法学、初稿写作。 程倩倩：数据整理、研究、方法学。 袁华建：数据整理、研究、方法学。 朱琳：数据整理、研究、方法学、软件、验证。 王欣：研究、方法学、软件。 刘素曦：软件、验证。 宋若兰：软件、验证。 李宁：