Angew. Chem. Int. Ed.：多功能RNA干擾納米藥物用于癌癥治療

【引言】

缺氧是實體瘤重要的特征。在缺氧環境下，瘤體組織以糖酵解的方式進行代謝，從而產生大量的乳酸和細胞繁殖所需的能量。同時，單羧酸轉運蛋白表達上調（MCTS），以維持胞內的pH。活性氧簇（ROS）的高表達也是實體瘤的一個重要特征。例如瘤體細胞內H2O2量一般高于100μM，正常細胞H2O2量約在20nM。本文合成了一種裝載siRNA非晶氧化鐵（AIO）納米藥物（NP(siMCT4) or AIO RNAi NPs）。該藥物能抑制MCTs的上調，使細胞酸中毒，同時發生類芬頓反應（Feton-like）催化H2O2產生羥基自由基，從而殺死腫瘤細胞，抑制腫瘤生長。

【成果簡介】

近日，哈佛大學醫學院施進軍教授團隊在腫瘤治療方面取得了一定的研究進展。研究人員合成了一種裝載siRNA非晶氧化鐵納米藥物，包裹的siRNA能抑制MCT4的表達導致細胞酸中毒，酸性條件下非晶氧化鐵能更好的發生類芬頓反應產生細胞毒性。此項研究成果以“Engineering Multifunctional RNAi Nanomedicine To Concurrently Target Cancer Hallmarks for Combinatorial Therapy”為題發表在Angewandte Chemie International Edition上。

【圖文導讀】

圖1：AIO RNAi NPs表征及細胞實驗。

（a）AIO RNAi NPs的透射電鏡圖；

（b）AIO RNAi NPs的X射線晶體衍射（XRD）；

（c）不同濃度的H2O2條件下AIO RNAi納米粒子的ESR譜；

（d）Cy-5標記的AIO RNAi NPs 與Hela細胞共孵育熒光共聚焦成像；

（e）熒光共聚焦監測細胞內羥基自由基產生；

（f）用四甲吖啶（AO）對與PBS或AIO NPs 共孵育的PC3細胞染色。AIO NPs處理細胞中減少的紅點表明溶酶體/溶酶體的膜完整性喪失；

（g）AIO RNAi NPs的組織滲透能力。

圖2：siRNA調節胞內pH蛋白促進類芬頓反應。

（a）NP(siControl)與NP(siMCT4)處理后的PC3細胞的MCT4蛋白質印跡分析；

（b）NP(siControl)與NP(siMCT4)處理后的PC3細胞的MCT4免疫熒光分析；

（c）NP(siControl)與NP(siMCT4)處理后乳酸含量隨時間的改變；

（d）NP(siControl)與NP(siMCT4)處理后ROS的變化；

（e）PBS、NP(siControl)、NP(siMCT4)處理后的細胞增殖；

（f）流式細胞儀分析PBS處理后PC3細胞凋亡情況；

（g）流式細胞儀分析NP(siControl)處理后PC3細胞凋亡情況；

（h）流式細胞儀分析NP(siMCT4)處理后PC3細胞凋亡情況；

? 載有具有沉默MCT4蛋白的siRNA的納米藥物與細胞共孵育后。細胞內乳酸增加，促進類芬頓反應的發生，產生更多的ROS。

圖3：小鼠代謝實驗。

（a）AIO RNAi NPs的藥代動力學曲線；

（b）AIO RNAi NPs的代謝生物分布；

（c）前列腺癌荷瘤小鼠靜脈注射Cy-5標記的AIO RNAi NPs 24 h后器官熒光成像；

（d）前列腺癌荷瘤小鼠注射Cy-5標記的AIO RNAi NPs 4小時后的腫瘤切片的熒光圖像。

圖4： 活體實驗。

（a）前列腺癌荷瘤小鼠靜脈注射NP(siControl)與NP(siMCT4)后進行MCT4蛋白質印跡分析；

（b）PBS、NP(siControl)、NP(siMCT4)治療后異種移植PC3細胞的小鼠腫瘤生長情況；

（c）PBS、NP(siControl)、NP(siMCT4)治療后的荷瘤鼠及腫瘤的代表性圖片；

（d）PBS、NP(siControl)、NP(siMCT4)治療后的荷瘤鼠的核磁成像。

【小結】

本文成功地設計并構建了一種多功能的的復合納米藥物裝載siRNA非晶氧化鐵（AIO）納米藥物（NP(siMCT4) or AIO RNAi NPs）。該藥物具有巧妙的協作效果，siRNA沉默MCT4蛋白表達，從而增加了乳酸在細胞內滯留導致細胞酸中毒。pH值的降低進一步促進非晶氧化鐵與癌細胞過量表達的H2O2發生類芬頓反應，產生大量的羥基自由基。

文獻連接：Engineering Multifunctional RNAi Nanomedicine To Concurrently Target Cancer Hallmarks for Combinatorial Therapy（Angew. Chem. Int. Ed. 2018, DOI: 10.1002/anie.201710144）

本文由材料人編輯部張雪豪整理編譯，點我加入材料人編輯部。

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