本研究成功开发了一种H₂S响应型VZnO纳米平台用于结直肠癌治疗。氧化锌作为公认的高效脱硫材料，具备突出的H₂S清除能力，可有效降低结直肠病灶内的H₂S水平。VZnO纳米颗粒可作为肿瘤细胞内H₂S清除剂，联合铁剂通过铁死亡途径诱导细胞死亡。重要的是，VZnO可与肿瘤内H₂S发生反应，高效消耗肿瘤细胞内的谷胱甘肽（GSH）；我们发现VZnO降低GSH水平后，会驱动脂质过氧化引发铁死亡，进而导致肿瘤细胞死亡。本研究首次将结直肠癌中靶向H₂S清除与铁死亡诱导关联起来，证实H₂S是结直肠癌的潜在治疗靶点，为将H₂S清除作为结直肠癌干预策略提供了理论依据。尽管本研究仍存在一定局限性，但已初步揭示了多个有前景的肿瘤治疗潜在靶点。同时我们证实，VZnO可在活体肿瘤部位通过EPR效应富集，且在免疫健全小鼠中表现出良好的生物安全性；系统性清除H₂S未引起成年小鼠明显毒性反应，充分证明VZnO的安全性优势，该治疗靶点的价值值得进一步深入探索。

图1 、人结直肠癌中H₂S的过量产生。 A、B 通过H₂S微传感器检测人结直肠黏膜及结直肠癌细胞系中的H₂S生成量（P<0.05 vs. NCM460细胞；n.s.：与MCF-10A相比无显著差异）。（T：肿瘤组织；A：癌旁组织；N：正常结直肠组织）。C 采用H₂S微传感器检测不同分期人结直肠癌标本中的H₂S生成量。D Western Blot检测人结直肠癌标本、配对癌旁组织及相应正常黏膜组织中CBS蛋白的表达。膜重新孵育GAPDH以显示各泳道上样量一致。E 免疫组化检测人结直肠癌标本、配对癌旁组织及相应正常黏膜组织中CBS蛋白的表达。F Western Blot检测结肠癌细胞系与NCM460细胞中的CBS蛋白表达。G 检测经AOAA处理的结肠癌细胞系中的H₂S生成量。H AOAA处理24小时后HCT116和CT26的细胞活力。I AOAA处理6天内HCT116和CT26的细胞生长情况。

图2、 在接受 NaHCO3 处理的小鼠和对照组小鼠中，无瘤生存期、肿瘤负荷以及乳腺肿瘤的病理学特征均无显著差异。(A) 在诱发乳腺癌后，接受 NaHCO3 处理的小鼠和对照组小鼠的无瘤生存期相似。接受 NaHCO3 处理的小鼠的无瘤生存期中值为 85.5 ± 8.2 天（n=42），而对照组小鼠为 82.0 ± 7.5 天（n=45）。数据通过 Gehan-Breslow-Wilcoxon 检验进行比较。(B) 在首次发现肿瘤后的两周内，接受 NaHCO 3 处理的小鼠和对照组小鼠的肿瘤负荷无显著差异（n=37–41）。与先前的研究结果一致，首次发现的肿瘤大小通常为 3–4 毫米[49]。为使数据更符合正态分布，先对数据进行了对数转换，然后通过非配对双尾 Student’s 检验进行比较。(C) 接受 NaHCO 3 处理的小鼠和对照组小鼠的乳腺肿瘤在各种病理学亚型上的分布情况。(D)来自接受 NaHCO₃处理的小鼠和对照组小鼠的乳腺肿瘤的组化病理学数据、肿瘤负荷以及肿瘤潜伏期的对比图。

图3、 VZnO在结直肠癌中清除H₂S并诱导肿瘤细胞铁死亡。 A VZnO和ID处理后，通过总谷胱甘肽检测试剂盒测定HCT116和CT26细胞中的GSH水平。B MTT法检测VZnO、ID、GSH和Fer-1处理后HCT116和CT26的细胞活力。C 经VZnO和ID处理或未处理的HCT116和CT26细胞中，通过DCFH-DA检测试剂盒测定的细胞内ROS水平。D VZnO和ID处理24小时后HCT116和CT26细胞中，通过BODIPY C11（绿色）和DAPI（蓝色）共染定位氧化脂质与细胞核。E VZnO和ID处理后HCT116和CT26细胞线粒体超微结构的代表性图像。F VZnO处理细胞中每个线粒体的平均嵴数量统计（统计20个线粒体）。G Western Blot检测VZnO和ID处理或未处理的HCT116和CT26细胞中GPX4、COX2、NOX1和TFR1蛋白的代表性表达。膜重新孵育GAPDH以显示各泳道上样量一致。

图4、VZnO的生物分布与生物安全性。静脉注射后，VZnO@FITC在原位结直肠癌肿瘤中的体内荧光成像。B、C 分别为肿瘤组织和肝脏组织的代表性定量分析。  D、E 外周成像及代表性定量分析。  F 经VZnO处理的Balb/c小鼠体重。 G–L Balb/c小鼠第14天的常规血液、生化指标、肝功能及肾功能水平

图5 、VZnO在原位结直肠癌模型中的抗肿瘤活性。 A 原位结直肠癌模型的实验时间线。B 第14天各组治疗后原位结肠癌小鼠的生物发光成像。C、D 第14天不同治疗组的肿瘤照片及体积。E 第14天肝脏和肿瘤组织的H&E染色代表性图像。F 原位结肠癌模型小鼠的体重变化。G 小鼠模型中H₂S的持续生成量。H Western Blot检测第14天肿瘤组织中GPX4、COX2、NOX1和TFR1蛋白的代表性表达。膜重新孵育GAPDH以显示各泳道上样量一致。I 第14天H₂S含量的测定。J 原位乳腺癌模型中第14天的肿瘤体积。  


结论与展望


本研究为纳米材料技术将H₂S这类原本不可成药的靶点转化为可干预靶点提供了范例，为H₂S参与发病的多种人类疾病的治疗开辟了新路径。明确了H₂S在肿瘤中的双重作用——肿瘤内过量H₂S既为肿瘤提供自我保护，又会对周围正常组织造成损伤。本研究依托Unisense H₂S微电极的高灵敏度与微米级空间分辨率优势，实现了从临床靶点确证到体内外疗效验证的全链条定量支撑。该设备作为克拉克型安培传感器，凭借μm级尖端直径与0.3 μM的检测限，精准解决了内源性H₂S这类气态信号分子在复杂生物样本中难以准确定量的技术难点。该设备作为克拉克型安培传感器，凭借μm级尖端直径与0.3 μM的检测限，精准解决了内源性H₂S这类气态信号分子在复杂生物样本中难以准确定量的技术难点。