NIR-Elicited Nanoplatform Amplifies Cancer Ferrotherapy in Uveal Melanoma via Synergistic Ferroptosis Induction and Glucose Metabolism Intervention

《Materials Today Bio》：NIR-Elicited Nanoplatform Amplifies Cancer Ferrotherapy in Uveal Melanoma via Synergistic Ferroptosis Induction and Glucose Metabolism Intervention.

　　

葡萄膜黑色素瘤（Uveal Melanoma, UM）是成人最常见的原发性眼内恶性肿瘤，具有高转移潜能，目前尚无改善总生存期的治疗方法，这凸显了探索新治疗方法的迫切需要。铁死亡（Ferroptosis）已成为癌症治疗中一种很有前景的治疗方式。然而，肿瘤细胞的代谢重编程经常通过增强抗氧化合成上调抗氧化防御，从而限制了铁死亡的有效性。在本研究中，研究人员开发了一种pH/近红外（NIR）响应的纳米平台，共负载铁离子（Fe3+）和缺氧诱导因子-1（HIF-1）抑制剂吖啶黄（Acriflavine, ACF），旨在通过调节葡萄糖代谢来增强基于铁的铁疗法（Ferrotherapy）。释放后，铁离子被谷胱甘肽（GSH）在细胞内还原为亚铁离子（Fe2+）。由此产生的亚铁离子随后催化芬顿反应（Fenton reaction）产生活性氧羟基自由基（•OH），最终引发铁死亡。同时，ACF抑制HIF-1介导的代谢重编程。由此导致的糖酵解和戊糖磷酸途径（Pentose Phosphate Pathway, PPP）的抑制减少了三磷酸腺苷（ATP）和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）的供应，导致GSH/谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）防御系统的损伤，从而增强肿瘤对铁死亡的易感性。此外，介孔聚多巴胺（Mesoporous Polydopamine, MPDA）优异的NIR吸收效率使得光声成像（Photoacoustic Imaging, PAI）引导的治疗监测以及高效的光热治疗（Photothermal Therapy, PTT）成为可能。PTT进一步增强了药物释放并加速了芬顿反应，导致针对UM的治疗效果级联放大。总的来说，本研究建立了一种协同治疗策略，将糖代谢干预增强的铁死亡与PTT相结合，为UM治疗提供了一种强大且多功能的方法。

研究人员在《Materials Today Bio》发表的研究针对成人最常见且预后极差的原发性眼内恶性肿瘤——葡萄膜黑色素瘤（UM）缺乏有效系统治疗方案及免疫治疗响应差的临床困境，设计了一种pH/近红外（NIR）响应的介孔聚多巴胺（MPDA）纳米诊疗平台（PPFeA），通过共载铁离子（Fe³⁺）与HIF-1抑制剂吖啶黄（ACF），旨在利用NIR触发实现糖代谢干预与铁死亡（Ferroptosis）的协同治疗。该研究通过构建多功能纳米载体，解决了单一铁死亡疗法因肿瘤抗氧化防御上调而疗效受限的问题，证实了结合光热治疗（PTT）与代谢调控可显著增强抗肿瘤效果，为UM治疗提供了新型策略。

关键技术方法包括：采用改良的硬模板法合成MPDA纳米粒并进行PEG修饰；利用透射电子显微镜（TEM）、动态光散射（DLS）、X射线光电子能谱（XPS）及傅里叶变换红外光谱（FT-IR）对PPFeA纳米平台的形貌、粒径、表面电位及化学组成进行表征；通过模拟肿瘤微环境（TME）评估药物释放行为；利用实时热成像评估体外光热性能及•OH生成能力；采用CCK-8、Calcein-AM/PI染色、EdU实验、划痕愈合及Transwell实验评估细胞活力、增殖、迁移及侵袭；利用FerroOrange、DCFH-DA、C11-BODIPY^581/591、TMRE探针及生化试剂盒检测细胞内铁离子水平、活性氧（ROS）、脂质过氧化（LPO）、线粒体膜电位（MMP）及GSH/GSSG比值；通过免疫荧光（IF）和蛋白印迹（Western Blot）分析GLUT1、HK2、GPX4、ACSL4等蛋白表达；利用数据非依赖采集（DIA）定量蛋白质组学分析差异表达蛋白；建立C918细胞异种移植瘤模型及肺转移模型，结合光声成像（PAI）和荧光成像（FLI）评估体内生物分布、光热治疗效果及抗转移活性。

研究结果如下：

1. 1.
   PPFeA的表征：成功制备了平均粒径约107 nm的MPDA载体，经PEG修饰后分散性提高。PPFeA纳米粒在酸性条件及NIR照射下表现出显著的ACF和Fe³⁺可控释放特性，负载率分别为7.2%和65.8%。
2. 2.
   体外光热效应：PPFeA溶液的温度升高具有浓度和功率依赖性，在808 nm激光（2.0 W/cm²）照射下，光热转换效率达33.47%，且具有良好的光热稳定性。
3. 3.
   •OH生成与GSH消耗：PPFeA在酸性及NIR条件下能高效催化产生•OH，并消耗GSH，促进Fe³⁺向Fe²⁺的转化，为芬顿反应提供底物。
4. 4.
   细胞摄取与细胞活力：PPFeA能被C918细胞高效摄取并定位于溶酶体，随后ACF转移至细胞核。该纳米平台对肿瘤细胞具有选择性杀伤作用，联合NIR照射（PPFeA + NIR）时细胞毒性最强，半数抑制浓度显著降低。
5. 5.
   抑制细胞增殖、迁移和侵袭：PPFeA + NIR组能最显著地抑制EdU阳性细胞比例，并通过抑制HIF-1通路显著阻碍肿瘤细胞划痕愈合及Transwell小室中的迁移和侵袭能力。
6. 6.
   体外增强铁死亡：通过FerroOrange、DCFH-DA及C11-BODIPY探针证实，PPFeA + NIR组细胞内Fe²⁺、ROS及LPO水平最高，MDA含量显著增加。同时，GSH/GSSG比值下降，GPX4蛋白表达下调，伴随细胞膜形态改变、线粒体嵴减少及MMP丧失，符合典型铁死亡特征。
7. 7.
   通过葡萄糖代谢干预增敏铁死亡：ACF通过抑制HIF-1信号通路，下调GLUT1和HK2表达，导致细胞外葡萄糖水平升高，显著抑制糖酵解（ATP、乳酸降低）和PPP途径（NADP⁺/NADPH比值升高），从而耗竭GSH合成原料，恢复促铁死亡蛋白ACSL4的表达。
8. 8.
   蛋白质组学分析机制：DIA蛋白质组学显示PPFeA + NIR处理后，铁死亡驱动基因编码蛋白上调，抑制基因编码蛋白下调，GO和KEGG富集分析表明差异蛋白主要富集于应激反应、膜脂代谢及半胱氨酸和甲硫氨酸代谢通路。
9. 9.
   体外及体内PAI：PPFeA的PA信号强度与其浓度呈良好线性关系，体内PAI显示其能在注射后24小时高效富集于肿瘤部位。
10. 10.
    体内生物分布与生物安全性：DIR标记的PPFeA主要通过增强渗透滞留（EPR）效应在肿瘤组织高效蓄积，主要脏器无明显富集。血液学与生化分析及主要器官H&E染色显示其具有良好的体内生物相容性。
11. 11.
    体内治疗效果与铁死亡激活：在C918移植瘤模型中，PPFeA + NIR组表现出最强的抑瘤效果，肿瘤体积增长最慢，且不引起小鼠体重下降。组织学分析（H&E、TUNEL、Ki-67）及免疫荧光染色（GPX4↓、ACSL4↑、GLUT1↓、HK2↓）进一步验证了体内铁死亡诱导及代谢干预的效果。
12. 12.
    体内抗转移活性：在肺转移模型中，PPFeA治疗组小鼠肺部转移结节数量显著减少，H&E染色证实了其对UM肺转移的抑制作用。

讨论与结论部分指出，该研究设计的NIR响应型PPFeA纳米平台，通过酸性TME和NIR触发的双重响应释放机制，实现了外源铁离子引入引发的•OH爆发与ACF介导的糖酵解/PPP双通路阻断。这种策略不仅直接消耗了GSH，还通过切断ATP和NADPH供应破坏了GSH/GPX4抗氧化轴，从而极大克服了肿瘤细胞对铁死亡的耐受性。此外，集成的PTT不仅用于成像引导治疗，更通过局部升温加速了芬顿动力学和药物释放，形成了级联放大的治疗效应。体内证据确凿地表明，这种联合疗法能有效抑制原发肿瘤生长及远端转移。综上所述，该研究提出了一种极具吸引力的靶向糖代谢增敏铁死亡的策略，为UM的临床干预设计提供了可行的新途径。