Improved Photodynamic Therapy Based on Glutaminase Blockage via Tumor Membrane Coated CB-839/IR-780 Nanoparticles  

基于谷氨酰胺酶阻斷的腫瘤膜包被CB-839/IR-780納米粒子改善光動力療法  

來源：Small 2024, 20, 2305174  

《Small》期刊2024年第20卷，文章編號2305174  

 

摘要內容：  

光動力療法（PDT）因腫瘤微環境（TME）缺氧及還原性物質（如GSH、NADPH）過表達導致活性氧（ROS）殺傷效果受限。本研究構建了一種新型納米粒子IRCB@M，通過自組裝光敏劑IR-780和谷氨酰胺酶抑制劑CB-839，并用腫瘤細胞膜包裹實現同源靶向。該納米粒子通過阻斷谷氨酰胺代謝通路，同時抑制有氧呼吸（減少氧耗）和降低還原性物質水平（削弱抗氧化能力），在體外和體內實驗中顯著增強PDT對胃癌的殺傷效果。  

 

研究目的：  

解決PDT中ROS生成受限（缺氧）及被腫瘤抗氧化系統（GSH、NADPH）清除的問題，通過代謝干預策略提升PDT療效。  

 

研究思路：  

雙重增效機制設計：  

 

利用CB-839抑制谷氨酰胺酶（GLS），阻斷谷氨酰胺代謝通路。  

 

效應Ⅰ：抑制線粒體有氧呼吸，減少氧消耗，緩解腫瘤缺氧。  

 

效應Ⅱ：降低NADPH和GSH生成，削弱腫瘤抗氧化能力。  

納米載體構建：  

 

IR-780（光敏劑）與CB-839通過π-π堆積和疏水作用自組裝成核（IRCB）。  

 

用胃癌細胞（AGS）膜包裹IRCB形成IRCB@M，賦予同源靶向和免疫逃逸能力。  

響應性釋放：  

 

納米粒子在腫瘤高GSH環境中解體，實現腫瘤特異性藥物釋放。  

體內外驗證：  

 

體外：驗證細胞攝取、氧消耗、還原物質水平、ROS生成及細胞殺傷。  

 

體內：評估腫瘤靶向性、抗腫瘤效果及生物安全性。  

 

測量數據及研究意義（標注來源圖表）：  

納米粒子表征（圖1如下）：  

尺寸、電位、UV光譜、TEM形貌：證明IRCB@M成功制備且穩定（圖1A-B, F如下）。  

SDS-PAGE蛋白分析：驗證腫瘤膜蛋白成功包裹（圖1E如下）。  

GSH響應降解：證實納米粒子在腫瘤高GSH環境中釋放藥物（圖1G-H如下）。  

 

 

 

   意義：確保納米系統的靶向遞送和可控釋放特性。  

體外氧消耗與缺氧緩解（圖2 如下）：  

 

溶解氧實時監測（丹麥Unisense電極）：IRCB@M處理組氧消耗速率顯著降低（圖2G如下）。  

Hif-1α表達下降（免疫熒光/Western blot）：證實缺氧緩解（圖2H-I 如下）。  

ATP水平降低：驗證有氧呼吸被抑制（圖2J如下）。  

 

 

   意義：直接證明代謝干預可節約氧氣用于PDT。  

還原系統抑制（圖3如下）：  

 

NADP+/NADPH比值升高、GSH/GSSG比值降低（圖3B-C如下）：證實抗氧化能力削弱。  

基礎ROS水平上升（H2DCF-DA熒光）：反映還原平衡被破壞（圖3E-F如下）。  

 

 

   意義：為ROS積累提供條件，減少其被抗氧化物質清除。  

PDT增效驗證（圖4如下）：  

細胞ROS爆發性增加（常氧/缺氧下）：IRCB@M+激光組熒光最強（圖4C如下）。  

細胞存活率最低（CCK-8）：IRCB@M+激光在缺氧下仍保持高效殺傷（圖4D-E如下）。  

 

線粒體膜電位崩潰（JC-1檢測）：顯示協同殺傷機制。  

 

   意義：雙重效應顯著提升PDT在缺氧環境中的療效。  

體內抗腫瘤效果（圖5）：  

 

 

腫瘤靶向成像：IRCB@M在腫瘤處富集最強。  

 

腫瘤體積/重量抑制：IRCB@M+激光組效果最優（圖5B-C如下）。  

Hif-1α下調、TUNEL陽性細胞增加：證實缺氧緩解和細胞凋亡（圖5E-F如下）。  

 

   意義：體內驗證納米系統的治療優勢。  

生物安全性（圖6如下）：  

器官H&E切片、血常規/生化指標無異常（圖6A-G如下）。  

 

 

 

   意義：支撐臨床轉化潛力。  

 

結論：  

IRCB@M通過阻斷谷氨酰胺代謝，同步實現"節氧"（減少腫瘤耗氧）和"耗竭還原物質"（降低GSH/NADPH），雙重增強PDT的ROS殺傷效率。  

 

腫瘤膜包裹賦予同源靶向能力，顯著提升藥物在腫瘤部位的富集。  

 

在胃癌模型中顯著抑制腫瘤生長，且系統毒性低，為ROS依賴性療法提供新策略。  

 

丹麥Unisense電極數據的詳細解讀：  

數據內容（圖2G）：使用Unisense溶解氧分析儀實時監測AGS細胞培養液的氧消耗曲線。結果顯示，IRCB@M處理組的氧濃度下降速率顯著慢于對照組（PBS、IR-780單獨組）。  

 

研究意義：  

直接證明"節氧"機制：該數據首次量化了GLS抑制劑CB-839通過阻斷谷氨酰胺代謝，抑制線粒體有氧呼吸鏈，從而降低腫瘤細胞耗氧速率的效果。  

 

關聯PDT增效：節約的氧氣可直接作為PDT中光敏劑（IR-780）生成ROS的底物，解決了PDT核心限制因素——缺氧問題。  

 

技術優勢：Unisense電極的高靈敏度實時監測，為代謝干預策略提供了動態、直觀的證據，是機制研究的關鍵支撐。