Advanced Materials | 一种新型pH激活纳米酶通过调节癌细胞代谢重编程和肿瘤微环境治疗乳腺癌骨转移

多组学分析指出，增强氧化磷酸化（OXPHOS）与乳腺癌骨转移（BCBM）有关。为针对这一代谢脆弱性，我们开发了SPMMPA，一种骨靶向纳米酶，由普鲁士蓝芯、二硫键桥介孔二氧化硅夹层和锰氧化壳组成，并以聚乙烯胺、阿伦膦酸盐和Ser-Asp-Ser-Ser-Asp肽进行功能化。其酸增强的催化活性促进活性氧的产生和谷胱甘肽的耗竭，伴随线粒体功能障碍、氧蝪酸和三磷酸腺苷生成减少，以及过氧化物酶体增殖激活受体γ-α的下调。阿仑膦酸盐和硅的释放有助于降低破骨细胞活性并保留骨骼结构。近红外照射通过在48°C以下的光热加热进一步提升治疗效果。 在BCBM小鼠模型中，SPMMPA抑制肿瘤生长并缓解骨溶解，且在检测过程中无明显毒性。这些发现支持一种pH响应催化策略，将肿瘤能量代谢的破坏与骨骼稳态保护相结合。

该研究以题为“A Novel pH-Activatable Nanozyme for Treating Breast Cancer Bone Metastasis by Regulating Cancer Cell Metabolic Reprogramming and the Tumor Microenvironment”发表在Advanced Materials 上。

图1

受SPMMPA纳米酶的设计及乳腺癌骨转移催化活性、肿瘤能量代谢与骨稳态之间的关系。

图2

代谢重编程以增强乳腺癌骨转移中的OXPHOS。DEGs火山图（红色：上调基因;蓝色：下调基因;灰色：无显著DEGs）（a）。KEGG通路富集分析中参与能量代谢的DEGs（按p值排名前列通路）（b）。能量代谢相关DEG热图（红色：高表达;蓝色：低表达）（c）。KEGG通路富集分析，分别为不同代谢产物（按p值排名前列通路）（d）。蛋白质组学火山图（红色：上调蛋白;蓝色：下调蛋白;灰色：无显著蛋白）（e）。KEGG通路富集分析涉及能量代谢的蛋白质组学（按p值排名前列通路）（f）。不同生物活性中蛋白质的差异分布（g）。基因集富集分析（GSEA）（h）。无标记活细胞图像;虚线表示感兴趣的区域（i）。4T1中氧化磷酸化系统重编程的拟议机制3T3乳腺癌骨转移期间的细胞（J）。

图3

NPMM和SPMMPA纳米酶的形态学、微观结构及物理化学性质。PMM（a）和SPMMPA（b和c）的TEM图像。MnO 的 XRD 图案2、PMM和SPMMPA（d）。SPMMPA（e）的HAADF-STEM图像和元素映射图像。在PBS中，pH为5.5（含5 mM GSH）与pH为7.4（无GSH）（f）时，SPMMPA释放的SI含量ICP-MS定量。PB、PMM、PMM-PEI和SPMMPA的Zeta势（g）。SPMMPA在去离子水和RPMI 1640介质（pH 7.4,10 mM，10% FBS，37°C）（h）中的粒径稳定性。XPS模式（i）、变换后的Kubelka–Munk函数与光能（j）的图，以及PB、PMM和SPMMPA（l）的能带结构。PB和MnO的高分辨率XPS光谱2、PMM和SPMMPA（k）。

图4

SPMMPA酶活性研究。O变更2SPMMPA水溶液悬浮液浓度（PMM浓度为25 μg∙mL−1）在H的存在下2O2浓度变化，约为37°C，pH为7.4（a）。Michaelis-Menten动力学分析（b）和Lineweaver-Burk绘图（c）对SPMMPA类CAT活性的H2O2作为基底。由于在PBS缓冲液（pH 5.5）中TMB被氧化，并在20°C（d）下加入不同浓度的SPMMPA，吸收率在652纳米处发生时间变化。SPMMPA与H的OXD样活性的经验催化剂-浓度-反应参数（e和f）2O 和 O2作为基底。在由PMM（4 μg∙mL）催化的PBS（pH 5.5）中氧化TMB时，吸收率在652 nm处发生变化−1）在不同温度（g）下。EPR光谱显示•OH和•O”2−通过PMM在不同pH值（h）下生成。由PMM（4 μg∙mL）催化的TMB氧化紫外-可见光谱−1）在氢存在下，水性分散作用于20°C2O和PBS缓冲液（pH 5.5、6.4或7.4），有或无5毫毫氢2O2和/或0分钟或1分钟反应后0.25毫米GSH的反应（i）。氢的优化吸附电荷差分布2氢分子在PB、PMM和PMM上，含H（j）。PB、MnO 的自由能图+2以及OXD类催化过程中的PMM模型（k）。

图5

NSPMMPA抑制了肿瘤在体外的恶性行为。4T1的细胞活力3T3细胞（a）和3T3细胞（b）与SPMMPA共孵育24小时或72小时，期间不使用或使用808纳米激光（1.25瓦/厘米）照射−2）在常氧环境中持续5分钟。4T1钙化素-AM/PI双染色的CLSM图像3T3细胞经过不同处理（C）。比例杆：100微米。4T1 染色的 CLSM 图像3T3不同处理后的细胞（D）。红色JC-1聚集体表示具有正常膜电位的线粒体，绿色JC-1单体表示具有去极化膜的线粒体（L：用808纳米激光照射（1.25瓦/厘米））−2）持续5分钟）。比例杆：50微米。CLSM水户图像•4T1的OH（e）3T3不同治疗后的细胞。比例杆：50微米。相对细胞内的H2O2，2以及4T1的GSH浓度3T3不同处理后的细胞（浓度：SPMMPA：5 μg·mL−1PMM的辐射）在未照射或使用808纳米激光（1.25瓦/厘米）时使用−2）检测5分钟，由微板读机（F）测试。4T1中PGC-1α、COX III和COX IV表达的西方印迹3T3与SPMMPA共孵育细胞，无论是否进行辐射（h）。以β-肌动蛋白为内部参考的蛋白质的相对表达值

总结

参考文献：

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