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

高压氧通过调节癌症干细胞代谢增强铜-二乙基二硫代氨基甲酸酯纳米颗粒对胰腺导管腺癌的抗肿瘤疗效  

来源：Research 2024;7:Article 0335  

《研究》2024年第7卷第0335号文章  

 

摘要内容：  

摘要指出铜死亡（cuproptosis）纳米药物在胰腺导管腺癌（PDAC）治疗中因癌症干细胞（CSCs）的缺氧微环境和糖酵解代谢而受限。研究通过高压氧（HBO）克服肿瘤缺氧，将CSCs代谢从糖酵解重编程为氧化磷酸化（OXPHOS），同时利用铜-二乙基二硫代氨基甲酸酯纳米颗粒（CuET@PH NPs）靶向三羧酸（TCA）循环蛋白诱导铜死亡。体外和体内实验表明，HBO与CuET@PH NPs联用显著抑制CSCs能量代谢，清除CSCs，并有效抑制肿瘤生长和延长生存期。  

 

研究目的：  

解决铜死亡纳米疗法在PDAC中因缺氧微环境和CSCs代谢可塑性导致的疗效受限问题，探索HBO调控CSCs代谢以增强CuET@PH NPs抗肿瘤效果的机制。  

 

研究思路：  

纳米颗粒设计与优化：合成聚多巴胺和羟乙基淀粉稳定的CuET@PH NPs（图2A），提升系统给药稳定性。  

 

 

代谢调控机制验证：  

 

体外实验：在缺氧、常氧和HBO条件下，分析CuET@PH NPs对PDAC CSCs代谢通路（糖酵解/OXPHOS）的影响（图3-5）。  

 

 

 

 

机制探索：通过靶向代谢组学、线粒体呼吸（OCR）、蛋白表达（WB）等阐明HBO如何逆转缺氧并增强CuET@PH NPs对TCA循环的破坏。  

体内疗效评价：  

 

建立原位PDAC小鼠模型，验证HBO增强CuET@PH NPs肿瘤靶向性。  

 

分析联合治疗对CSCs清除（图6）、肿瘤生长抑制（图7A-B）及生存期延长（图7J）的作用。  

 

 

测量数据及研究意义：  

纳米颗粒表征（图2B-G 如下）：尺寸（122 nm）、电位（-10.8 mV）、元素分布及稳定性，证明CuET@PH NPs适合系统给药。  

 

细胞毒性（图2I-J,）：HBO使CuET@PH NPs对CSCs的IC50从缺氧下的0.086 μg/ml降至0.064 μg/ml，证实HBO逆转缺氧耐药。  

 

 

代谢组学（图3-5）：  

 

 

HBO显著下调糖酵解产物（D-葡萄糖、乳酸等），上调TCA循环代谢物（柠檬酸）。  

 

CuET@PH NPs在HBO下诱导DLAT蛋白寡聚化（图3G, 5D），破坏线粒体功能。  

线粒体功能（图3E-F, 4H）：  

 

HBO提升CSCs基础呼吸（3.82倍）和最大呼吸（4.43倍）。  

 

CuET@PH NPs在HBO下抑制线粒体备用呼吸能力（47.3%）。  

丹麦Unisense电极数据（图4J-K）：  

 

测量结果：直接检测细胞耗氧速率（OCR），显示HBO组CSCs耗氧量显著高于缺氧组。  

研究意义：首次在单细胞水平证实HBO将CSCs代谢从糖酵切换至OXPHOS，为铜死亡纳米疗法增效提供直接生理证据，避免间接代谢推算的偏差。  

体内效果（图6-7如下）：  

HBO使CuET@PH NPs肿瘤蓄积提升2.58倍，CSCs内ROS增加12.79倍（图6B如下）。  

联合治疗降低CSCs比例（CD133+细胞减少66.3%，图6C如下）并抑制肿瘤球形成（图6F-H如下）。  

协同下调HIF-1α/GLUT1/LDHA蛋白（图7C-G如下），延长小鼠中位生存期（图7J如下）。  

 

结论：  

HBO通过抑制HIF-1α通路下调GLUT1/LDHA，阻断CSCs糖酵解，逆转缺氧微环境。  

CuET@PH NPs在OXPHOS主导的代谢状态下有效破坏TCA循环，诱导DLAT寡聚化和线粒体损伤（图5E-F）。  

HBO与CuET@PH NPs协同抑制CSCs能量代谢（双通路阻断），清除CSCs并抑制肿瘤生长（TIR达69%）。  

该联合策略为PDAC临床治疗提供新思路，尤其适用于靶向代谢可塑性的耐药肿瘤。