上海交大范先群/阮静/窦红静Materials Today: 热调控肿瘤代谢重编程增敏铜死亡和免疫治疗

铜是生命活动的必要元素，肿瘤细胞利用上调的铜离子浓度进行快速的增殖，然而线粒体内过多的铜离子会与TCA循环的脂酰化蛋白结合，导致脂酰化蛋白的寡聚化和铁硫簇蛋白的丢失，造成铜死亡的发生。目前增强铜死亡的策略主要依赖于递送外源性的铜离子，利用铜离子载体（伊利司莫ES等）增加内源性铜离子的线粒体分布，抑制铜离子外排转运体ATP7A/ATP7B，耗竭铜离子螯合剂GSH等。

尽管这些策略能够有效增加线粒体内的铜离子水平，但由于Warburg效应的存在，肿瘤细胞的线粒体氧化磷酸化不活跃，往往对铜死亡不敏感，这解释了为何ES在转移性黑色素瘤的IV期临床试验中仅对部分患者有效。近期研究发现，相比于依赖于糖酵解的肿瘤细胞，依赖于线粒体呼吸的肿瘤细胞对ES的敏感性提高1000倍，因此重编程肿瘤细胞代谢是一种具有潜力的铜死亡增强策略。

近期，上海交通大学医学院范先群教授、阮静教授和材料科学与工程学院窦红静教授设计了一种共负载吲哚菁绿（ICG）和ES的葡聚糖基纳米药物（DIE），其具有肿瘤微环境响应性，在热刺激下，DIE能够重塑肿瘤细胞代谢，增强黑色素瘤对铜死亡的敏感性，从而促进系统性的免疫激活并增强PD-L1单抗的治疗效果，相关工作以“Thermal-triggered mitochondrial oxidative phosphorylation-enhanced nanodrug sensitizes cuproptosis with amplified anti-tumor immunity”为题发表在《Materials Today》。

研究示意图. 热触发的代谢可调节的纳米药物DIE增强铜死亡和抗肿瘤免疫

首先，在葡萄膜黑色素瘤细胞系OMM2.3和皮肤黑色素瘤细胞系B16F10中，利用热疗联合药物筛选，发现铜离子载体ES具有最强的热协同肿瘤致死效率，表现为细胞毒性和免疫原性的增强。受到该结果的启发，研究者设计热触发的代谢可调节的纳米药物DIE，内含的二硫键能够耗竭铜离子螯合剂GSH，同时，在激光照射下，DIE能够促进肿瘤细胞代谢重编程，促进肿瘤细胞的氧化磷酸化和FDX1蛋白表达，从而增强黑色素瘤的铜死亡。

图1. 热疗联合药物筛选揭示热刺激显著增强ES的细胞毒性和免疫原性

图2. 激光照射下DIE重塑肿瘤能量代谢并增敏铜死亡

铜死亡作为富有免疫原性的细胞死亡方式之一，研究者继续探索了DIE诱导的免疫激活效应。体外实验表明，在激光的照射下，DIE可以促进免疫原性死亡，表现为损伤相关分子模式（DAMPs）的激活和树突状细胞的成熟。体内实验表明，在激光的照射下，DIE可以促进肿瘤微环境的免疫细胞浸润，包括促炎的巨噬细胞，近端瘤和远端瘤的T细胞，同时可以提高免疫检查点抑制剂αPD-L1的疗效，多种黑色素瘤模型结果表明，该纳米药物对原位瘤、远端瘤和转移瘤均有良好的治疗效果。

图3. 激光照射下DIE诱导的免疫原性死亡效应

图4. 激光照射下DIE诱导的体内远端效应和免疫激活

综上所述，该研究设计的DIE纳米药物可通过肿瘤细胞代谢重编程而增强铜死亡并激发抗肿瘤免疫，有望为铜死亡靶向治疗提供新的思路。

上海交通大学医学院范先群教授、阮静教授和材料科学与工程学院窦红静教授为该文的共同通讯作者，林惠民，张沛沛和俞杰博士为论文的共同第一作者。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.mattod.2024.11.001