[EJMC] 成都中医药大学鲁军教授团队：基于雷公藤红素的自组装纳米药物通过靶向ASGPR促进肝癌铁死亡

2024-03-08

2024年2月5日，成都中医药大学鲁军教授团队/郑川教授团队，香港浸会大学吕爱平教授团队在European Journal of Medicinal Chemistry在线发表了题为“Carrier-free self-assembled nanomedicine based on celastrol and galactose for targeting therapy of hepatocellular carcinoma via inducing ferroptosis”的文章。作者团队报道了一种简单、安全有效的无载体自组装纳米颗粒（CE-Gal-NPs），CE-Gal-NPs通过主动靶向（Gal配体）和被动靶向（EPR效应）能特异性识别肝癌细胞膜上高表达的ASGPR受体，在体内外对肝癌细胞显示出选择性杀伤作用。研究背景肝细胞癌（HCC）是一种死亡率高的原发性肝癌，其发病率在世界范围内逐年上升，严重威胁着人类健康。目前，HCC的治疗方式仍以化疗为主，尽管化疗药物种类繁多，但其缺乏靶向性，毒副作用大，阻碍了其临床应用。近年来，铁死亡作为一种新兴的肿瘤治疗方式，已显示出其独特的优势。与传统的细胞凋亡、坏死和自噬形式不同，铁死亡是一种程序性细胞死亡，其特征是铁依赖性和脂质活性氧（ROS）的积累。雷公藤红素（CE）是一种从中药雷公藤的根皮中分离出来的五环三萜类化合物，具有抗肿瘤、抗肥胖、抗炎等多种生物活性。然而，CE的水溶性差、口服生物利用度低、机制不明确、毒性高等因素限制了其应用。相关研究表明，CE可以通过促进细胞内ROS的产生来触发铁死亡。治疗药物与靶向配体结合通常被认为是提高药物靶向性和降低毒性的极好策略。特别是小分子靶向配体，其分子量小便于修饰，安全性高、细胞渗透性高受到广泛的关注，如半乳糖（Gal）、生物素和叶酸。唾液酸-糖蛋白受体（ASGPR）是一种在肝细胞癌细胞中特异性高表达内吞作用受体。用Gal或乙酰半乳糖胺（Gal-Ac）修饰的药物分子具有靶向肝肿瘤和降低对其他组织的毒性的应用潜力。无载体自组装小分子前药纳米给药系统整合了前药策略和无载体纳米技术的特点，具有制备工艺简单、载药能力高、辅料毒性小等独特优势，已成为必不可少的抗肿瘤纳米药物给药平台。因此，小分子偶联药物作为前药与无载体纳米技术结合，有望通过主动靶向（小分子靶向配体）和被动靶向（EPR效应）特异性识别肿瘤细胞，提高药物靶向性，降低全身毒性。基于此，作者以CE为抗肿瘤药效基团，Gal为肝癌细胞靶向配体，设计合成制备了一种无载体自组装纳米颗粒（CE-Gal-NPs），研究CE-Gal-NPs是否通过诱导铁死亡发挥抗HCC作用，并研究潜在的机制。图1 CE-Gal-NPs的作用机制图研究结果为了研究Gal偶联对CE抗肿瘤活性的影响，作者通过MTT实验、流式细胞术和激光共聚焦实验测定了Gal、CE和CE-Gal-NPs对不同肿瘤细胞和正常细胞的增殖抑制作用。结果表明，Gal偶联增强了CE对HepG2和H22细胞的杀伤作用，但对结肠癌细胞HCT116和正常肝细胞LO2无效。接下来，作者对CE-Gal-NPs的ASGPR靶向性和内吞途径进行验证，并对CE-Gal-NPs在体内外诱导肝癌细胞铁死亡的机制进行了潜在研究。图2 CE-Gal-NPs的ASGPR靶向性和内吞途径A图为采用免疫印迹法检测ASGPR在不同细胞系中的表达，并以β-Tubulin Tubulin作为加载对照。B图为流式细胞术检测不同细胞系对Rhb-CE和Rhb-CE-Gal-NPs的摄取情况。C，D图分别用流式细胞术检测Gal和Rhb-CE-Gal-NPs共孵育对HepG2和H22细胞摄取的影响，并定量测定平均荧光强度。E，F图采用MTT法检测CE和CE-Gal-NPs共孵育对细胞活力的影响。G图通过共聚焦显微镜（60×）观察Rhb-CE-Gal-NPs与ASGPR蛋白的共定位，并使用ImageJ进行共定位定量。H图使用共聚焦显微镜（60×）对Rhb-CE-Gal-NPs的内吞作用途径进行评估。I图通过共聚焦显微镜，Rhb-CE-Gal-NPs与溶酶体标记物共定位（绿色）。细胞核用DAPI（蓝色）复染，用Image J分析Rhb-CE-Gal-NPs与溶酶体的共定位系数（60×）。图3 CE-Gal-NPs诱导肝癌细胞铁死亡A，B图采用流式细胞术观察HepG2和H22细胞中ROS的生成，并测定荧光强度，定量分析ROS水平。C，D图采用MTT法评价CE-Gal-NPs与NAC共孵育对细胞活力的影响。E，F图采用Western blot检测不同处理对HepG2和H22细胞中GPX4和COX-2蛋白表达的影响。β-Tubulin Tubulin归一化定量数据显示在右侧。G，H图为Gal、CE和CE-Gal-NPs处理后细胞内GSH的相对水平。I，J图采用MTT法检测Fer-1和CE-Gal-NPs共孵育对细胞活力的影响。K，L图为Fer-1和CE-GalNPs共孵育后ROS水平的变化。结果表明，CE-Gal-NPs通过靶向肝癌细胞膜上高表达的ASGPR受体，通过网格蛋白途径内化进入细胞，在体外对肝癌细胞显示出选择性杀伤作用。同时，CE-Gal-NPs诱导ROS介导的铁死亡途径，通过下调GPX4、上调COX-2的表达在体内外发挥抗HCC作用。另外，在H22体内肿瘤小鼠模型中，CE-Gal-NPs组也显示出同样的诱导肝癌组织铁死亡的效果，同时，Gal偶联后降低了CE的全身毒性。研究总结在本研究中，作者采用化学偶联法合成小分子偶联物CE-Gal，通过纳米共沉淀法制备了一种简单、安全且有效的无载体自组装纳米颗粒CE-Gal-NPs，有效提高了CE的水溶性和肝癌细胞靶向性。CE-Gal-NPs为治疗肝癌的临床靶向候选药物提供了强有力的选择，同时，将小分子偶联药物与纳米技术整合在一起也为抗肿瘤药物的开发提供了一种新策略。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2024.116183声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！长按关注本公众号粉丝群/投稿/授权/广告等请联系公众号助手觉得本文好看，请点这里↓