Hyperbaric Oxygen Boosts Antitumor Efficacy of Copper-Diethyldithiocarbamate Nanoparticles against Pancreatic Ductal Adenocarcinoma by Regulating Cancer Stem Cell Metabolism  

高壓氧通過調(diào)節(jié)癌癥干細(xì)胞代謝增強(qiáng)銅-二乙基二硫代氨基甲酸酯納米顆粒對(duì)胰腺導(dǎo)管腺癌的抗腫瘤療效  

來源：Research 2024;7:Article 0335  

《研究》2024年第7卷第0335號(hào)文章  

 

摘要內(nèi)容：  

摘要指出銅死亡（cuproptosis）納米藥物在胰腺導(dǎo)管腺癌（PDAC）治療中因癌癥干細(xì)胞（CSCs）的缺氧微環(huán)境和糖酵解代謝而受限。研究通過高壓氧（HBO）克服腫瘤缺氧，將CSCs代謝從糖酵解重編程為氧化磷酸化（OXPHOS），同時(shí)利用銅-二乙基二硫代氨基甲酸酯納米顆粒（CuET@PH NPs）靶向三羧酸（TCA）循環(huán)蛋白誘導(dǎo)銅死亡。體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，HBO與CuET@PH NPs聯(lián)用顯著抑制CSCs能量代謝，清除CSCs，并有效抑制腫瘤生長(zhǎng)和延長(zhǎng)生存期。  

 

研究目的：  

解決銅死亡納米療法在PDAC中因缺氧微環(huán)境和CSCs代謝可塑性導(dǎo)致的療效受限問題，探索HBO調(diào)控CSCs代謝以增強(qiáng)CuET@PH NPs抗腫瘤效果的機(jī)制。  

 

研究思路：  

納米顆粒設(shè)計(jì)與優(yōu)化：合成聚多巴胺和羥乙基淀粉穩(wěn)定的CuET@PH NPs（圖2A），提升系統(tǒng)給藥穩(wěn)定性。  

 

 

代謝調(diào)控機(jī)制驗(yàn)證：  

 

體外實(shí)驗(yàn)：在缺氧、常氧和HBO條件下，分析CuET@PH NPs對(duì)PDAC CSCs代謝通路（糖酵解/OXPHOS）的影響（圖3-5）。  

 

 

 

 

機(jī)制探索：通過靶向代謝組學(xué)、線粒體呼吸（OCR）、蛋白表達(dá)（WB）等闡明HBO如何逆轉(zhuǎn)缺氧并增強(qiáng)CuET@PH NPs對(duì)TCA循環(huán)的破壞。  

體內(nèi)療效評(píng)價(jià)：  

 

建立原位PDAC小鼠模型，驗(yàn)證HBO增強(qiáng)CuET@PH NPs腫瘤靶向性。  

 

分析聯(lián)合治療對(duì)CSCs清除（圖6）、腫瘤生長(zhǎng)抑制（圖7A-B）及生存期延長(zhǎng)（圖7J）的作用。  

 

 

測(cè)量數(shù)據(jù)及研究意義：  

納米顆粒表征（圖2B-G 如下）：尺寸（122 nm）、電位（-10.8 mV）、元素分布及穩(wěn)定性，證明CuET@PH NPs適合系統(tǒng)給藥。  

 

細(xì)胞毒性（圖2I-J,）：HBO使CuET@PH NPs對(duì)CSCs的IC50從缺氧下的0.086 μg/ml降至0.064 μg/ml，證實(shí)HBO逆轉(zhuǎn)缺氧耐藥。  

 

 

代謝組學(xué)（圖3-5）：  

 

 

HBO顯著下調(diào)糖酵解產(chǎn)物（D-葡萄糖、乳酸等），上調(diào)TCA循環(huán)代謝物（檸檬酸）。  

 

CuET@PH NPs在HBO下誘導(dǎo)DLAT蛋白寡聚化（圖3G, 5D），破壞線粒體功能。  

線粒體功能（圖3E-F, 4H）：  

 

HBO提升CSCs基礎(chǔ)呼吸（3.82倍）和最大呼吸（4.43倍）。  

 

CuET@PH NPs在HBO下抑制線粒體備用呼吸能力（47.3%）。  

丹麥Unisense電極數(shù)據(jù)（圖4J-K）：  

 

測(cè)量結(jié)果：直接檢測(cè)細(xì)胞耗氧速率（OCR），顯示HBO組CSCs耗氧量顯著高于缺氧組。  

研究意義：首次在單細(xì)胞水平證實(shí)HBO將CSCs代謝從糖酵切換至OXPHOS，為銅死亡納米療法增效提供直接生理證據(jù)，避免間接代謝推算的偏差。  

體內(nèi)效果（圖6-7如下）：  

HBO使CuET@PH NPs腫瘤蓄積提升2.58倍，CSCs內(nèi)ROS增加12.79倍（圖6B如下）。  

聯(lián)合治療降低CSCs比例（CD133+細(xì)胞減少66.3%，圖6C如下）并抑制腫瘤球形成（圖6F-H如下）。  

協(xié)同下調(diào)HIF-1α/GLUT1/LDHA蛋白（圖7C-G如下），延長(zhǎng)小鼠中位生存期（圖7J如下）。  

 

結(jié)論：  

HBO通過抑制HIF-1α通路下調(diào)GLUT1/LDHA，阻斷CSCs糖酵解，逆轉(zhuǎn)缺氧微環(huán)境。  

CuET@PH NPs在OXPHOS主導(dǎo)的代謝狀態(tài)下有效破壞TCA循環(huán)，誘導(dǎo)DLAT寡聚化和線粒體損傷（圖5E-F）。  

HBO與CuET@PH NPs協(xié)同抑制CSCs能量代謝（雙通路阻斷），清除CSCs并抑制腫瘤生長(zhǎng)（TIR達(dá)69%）。  

該聯(lián)合策略為PDAC臨床治療提供新思路，尤其適用于靶向代謝可塑性的耐藥腫瘤。