Improved Photodynamic Therapy Based on Glutaminase Blockage via Tumor Membrane Coated CB-839/IR-780 Nanoparticles  

基于谷氨酰胺酶阻断的肿瘤膜包被CB-839/IR-780纳米粒子改善光动力疗法  

来源：Small 2024, 20, 2305174  

《Small》期刊2024年第20卷，文章编号2305174  

 

摘要内容：  

光动力疗法（PDT）因肿瘤微环境（TME）缺氧及还原性物质（如GSH、NADPH）过表达导致活性氧（ROS）杀伤效果受限。本研究构建了一种新型纳米粒子IRCB@M，通过自组装光敏剂IR-780和谷氨酰胺酶抑制剂CB-839，并用肿瘤细胞膜包裹实现同源靶向。该纳米粒子通过阻断谷氨酰胺代谢通路，同时抑制有氧呼吸（减少氧耗）和降低还原性物质水平（削弱抗氧化能力），在体外和体内实验中显著增强PDT对胃癌的杀伤效果。  

 

研究目的：  

解决PDT中ROS生成受限（缺氧）及被肿瘤抗氧化系统（GSH、NADPH）清除的问题，通过代谢干预策略提升PDT疗效。  

 

研究思路：  

双重增效机制设计：  

 

利用CB-839抑制谷氨酰胺酶（GLS），阻断谷氨酰胺代谢通路。  

 

效应Ⅰ：抑制线粒体有氧呼吸，减少氧消耗，缓解肿瘤缺氧。  

 

效应Ⅱ：降低NADPH和GSH生成，削弱肿瘤抗氧化能力。  

纳米载体构建：  

 

IR-780（光敏剂）与CB-839通过π-π堆积和疏水作用自组装成核（IRCB）。  

 

用胃癌细胞（AGS）膜包裹IRCB形成IRCB@M，赋予同源靶向和免疫逃逸能力。  

响应性释放：  

 

纳米粒子在肿瘤高GSH环境中解体，实现肿瘤特异性药物释放。  

体内外验证：  

 

体外：验证细胞摄取、氧消耗、还原物质水平、ROS生成及细胞杀伤。  

 

体内：评估肿瘤靶向性、抗肿瘤效果及生物安全性。  

 

测量数据及研究意义（标注来源图表）：  

纳米粒子表征（图1如下）：  

尺寸、电位、UV光谱、TEM形貌：证明IRCB@M成功制备且稳定（图1A-B, F如下）。  

SDS-PAGE蛋白分析：验证肿瘤膜蛋白成功包裹（图1E如下）。  

GSH响应降解：证实纳米粒子在肿瘤高GSH环境中释放药物（图1G-H如下）。  

 

 

 

   意义：确保纳米系统的靶向递送和可控释放特性。  

体外氧消耗与缺氧缓解（图2 如下）：  

 

溶解氧实时监测（丹麦Unisense电极）：IRCB@M处理组氧消耗速率显著降低（图2G如下）。  

Hif-1α表达下降（免疫荧光/Western blot）：证实缺氧缓解（图2H-I 如下）。  

ATP水平降低：验证有氧呼吸被抑制（图2J如下）。  

 

 

   意义：直接证明代谢干预可节约氧气用于PDT。  

还原系统抑制（图3如下）：  

 

NADP+/NADPH比值升高、GSH/GSSG比值降低（图3B-C如下）：证实抗氧化能力削弱。  

基础ROS水平上升（H2DCF-DA荧光）：反映还原平衡被破坏（图3E-F如下）。  

 

 

   意义：为ROS积累提供条件，减少其被抗氧化物质清除。  

PDT增效验证（图4如下）：  

细胞ROS爆发性增加（常氧/缺氧下）：IRCB@M+激光组荧光最强（图4C如下）。  

细胞存活率最低（CCK-8）：IRCB@M+激光在缺氧下仍保持高效杀伤（图4D-E如下）。  

 

线粒体膜电位崩溃（JC-1检测）：显示协同杀伤机制。  

 

   意义：双重效应显著提升PDT在缺氧环境中的疗效。  

体内抗肿瘤效果（图5）：  

 

 

肿瘤靶向成像：IRCB@M在肿瘤处富集最强。  

 

肿瘤体积/重量抑制：IRCB@M+激光组效果最优（图5B-C如下）。  

Hif-1α下调、TUNEL阳性细胞增加：证实缺氧缓解和细胞凋亡（图5E-F如下）。  

 

   意义：体内验证纳米系统的治疗优势。  

生物安全性（图6如下）：  

器官H&E切片、血常规/生化指标无异常（图6A-G如下）。  

 

 

 

   意义：支撑临床转化潜力。  

 

结论：  

IRCB@M通过阻断谷氨酰胺代谢，同步实现"节氧"（减少肿瘤耗氧）和"耗竭还原物质"（降低GSH/NADPH），双重增强PDT的ROS杀伤效率。  

 

肿瘤膜包裹赋予同源靶向能力，显著提升药物在肿瘤部位的富集。  

 

在胃癌模型中显著抑制肿瘤生长，且系统毒性低，为ROS依赖性疗法提供新策略。  

 

丹麦Unisense电极数据的详细解读：  

数据内容（图2G）：使用Unisense溶解氧分析仪实时监测AGS细胞培养液的氧消耗曲线。结果显示，IRCB@M处理组的氧浓度下降速率显著慢于对照组（PBS、IR-780单独组）。  

 

研究意义：  

直接证明"节氧"机制：该数据首次量化了GLS抑制剂CB-839通过阻断谷氨酰胺代谢，抑制线粒体有氧呼吸链，从而降低肿瘤细胞耗氧速率的效果。  

 

关联PDT增效：节约的氧气可直接作为PDT中光敏剂（IR-780）生成ROS的底物，解决了PDT核心限制因素——缺氧问题。  

 

技术优势：Unisense电极的高灵敏度实时监测，为代谢干预策略提供了动态、直观的证据，是机制研究的关键支撑。