ACTA2 x COL1A1 x TGF-β

研究背景 心脏纤维化是损害心脏功能的重要病理过程，然而目前临床仍缺乏有效的针对性治疗药物。因此，发掘具有潜力的抗心脏纤维化候选药物已成为一项迫切的研究任务。青蒿素作为一类著名中药活性成分，因其卓越的抗疟疗效被誉为“神药”，相关研究曾荣获诺贝尔奖。既往研究发现，青蒿素类衍生物具有多方面的生物活性：复旦大学附属中山医院汤其群教授团队报道其可显著改善多囊卵巢综合征；斯坦福大学研究团队则进一步揭示，青蒿素衍生物青蒿琥酯（Artesunate, ART）对心脏纤维化具有治疗潜力。该研究阐明，ART通过靶向MD2蛋白，有效抑制心脏成纤维细胞中纤维化相关基因的表达、减少胶原沉积，并改善心脏功能，为纤维化疾病的治疗研究提供了新的思路与依据。 研究亮点 （1）多尺度药物发现平台评估了一种强效药物用于治疗心脏纤维化。 （2）ACTA2报告基因iPSC心脏成纤维细胞是高通量筛选的有效工具。 （3）ART靶向MD2发挥抗心脏纤维化和肥大作用。 研究框架 Part 1：通过多尺度药物筛选的方法，明确了具有抗纤维化作用的化合物——青蒿琥酯（ART） 01 建立iPSC报告基因细胞模型 细胞模型优化：本研究首先从人诱导多能干细胞中分化并优化得到心脏成纤维细胞，所获细胞在体外保持静态表型，并对TGF-β1等促纤维化刺激表现出高度敏感性。 报告基因构建：本研究利用CRISPR-Cas9技术在肌成纤维细胞的关键标志基因ACTA2位点精准插入荧光蛋白Clover2，成功构建了ACTA2-Clover2报告基因型心脏成纤维细胞。该系统可通过Clover2的表达水平定量评估细胞向肌成纤维细胞转分化的程度，从而直接反映纤维化活性。 02 高通量筛选与数据分析 筛选库和刺激：使用两种独立的ACTA2Clover2报告基因CFs，对约5000种化合物库进行了高通量筛选。 实验流程：在TGF-β1持续刺激72小时的条件下，iPSC-CFs与待测化合物共处理，随后进行Hoechst染色，并通过自动共聚焦双通道成像系统分别采集Clover2（活性指示）与Hoechst（细胞核/毒性指示）信号。经对二者荧光强度的定量分析，计算出各化合物的半数有效浓度与半数毒性浓度。 初步筛选标准：筛选出EC50<5μM（强效抗纤维化）且TC50>30μM（无毒）的化合物。 03 进一步过滤和反筛选 ADMET预测：在初步筛选的基础上，本研究采用机器学习预测器对候选化合物进行了ADMET特性（吸收、分布、代谢、排泄与毒性）评估，并据此筛选出20种具备良好成药性特征的化合物。 心脏毒性反筛选：这20种化合物随后在iPSC-CMs与iPSC-ECs中进行了反筛选（即毒性或脱靶效应筛选）。筛选旨在排除那些会降低iPSC-CMs或iPSC-ECs活力的分子。 经过所有筛选和反筛选步骤，ART脱颖而出，成为最具潜力的候选药物。ART的EC50为2.1μM，且在10μM浓度下对iPSC-CMs或iPSC-ECs无毒性。 Part 2：ART的抗纤维化功能全面评估 01 抑制多种刺激诱导的纤维化转化 ART展现出广谱抗纤维化作用：在多种促纤维化因子刺激下，其能够显著抑制iPSC来源的心脏成纤维细胞中Clover2报告基因的表达强度，体现了广泛的抗纤维化活性及良好的转化应用前景。 02 抑制成纤维细胞的关键生物学功能 ART对人原发性心脏成纤维细胞及人心肌纤维化患者的肌成纤维细胞均表现出多方面的抑制作用，具体包括抑制细胞增殖与迁移、降低凝胶收缩能力以及减少胶原蛋白分泌。 03 改善3D工程心脏组织（EHT）功能 在三维工程化心脏组织模型中，ART的治疗潜力得到进一步验证。其治疗可显著提升工程心脏组织的收缩与舒张速率，并降低被动张力。同时，ART还能下调该模型中纤维化标志物ACTA2与COL1A1的表达水平。 Part 3：ART在小鼠模型中有效减轻心脏纤维化并改善心脏功能 在模拟心脏肥厚早期纤维化的主动脉缩窄模型中，ART治疗可显著减少心肌胶原沉积与肌成纤维细胞标志基因的表达，并有效改善TAC所致的心力衰竭相关心脏功能障碍。此外，在缺血再灌注损伤模型中，ART同样表现出明确的心脏功能保护作用。上述结果一致表明，ART在减轻心脏纤维化、改善心力衰竭及心肌梗死后心功能方面具有显著的治疗潜力。 Part 4：RNA测序揭示ART抑制TAC诱导的心脏成纤维细胞纤维化转化 为深入探究ART在横主动脉缩窄（TAC）模型中对心脏成纤维细胞转分化的动态调控作用，研究人员基于10×Genomics平台，对假手术组（Sham）、TAC组及TAC+ART处理组进行了单核RNA测序分析。测序结果成功鉴定出心脏成纤维细胞、心肌细胞、内皮细胞、巨噬细胞与周细胞等主要细胞类型。进一步对心脏成纤维细胞亚群进行差异表达分析发现，在TAC模型中被上调的基因中，共有161个纤维化相关基因的表达可被ART显著抑制，其中包括Col1a1、Col1a2、Col3a1、Postn等细胞外基质合成与组织重塑关键分子。GO与KEGG功能富集分析均证实，这些基因主要参与纤维化相关信号通路的调控。 Part 5：ART通过多重信号通路抑制成纤维细胞中的纤维化基因和ECM沉积 在促纤维化刺激下，ART能显著抑制原代人心脏成纤维细胞中纤维化相关基因的表达及信号通路活性，并能有效减轻来自不同器官纤维化疾病模型中的病变心肌成纤维细胞的活化程度。 Part 6：ART通过分子靶向MD2辅助受体抑制肌成纤维细胞（MyoFB）活化 ART通过直接且以低亲和力结合MD2辅助受体，诱导其构象变化。这一作用一方面竞争性拮抗了LPS与MD2的结合，另一方面稳定了MD2中与TLR4结合的结构域，从而有效抑制MD2-TLR4信号通路，进而抑制心肌成纤维细胞的活化与转分化，且其效果优于对照抑制剂L6H21。 Part 7：ART通过拮抗MD2-TLR4信号轴抑制纤维化 ART通过特异性靶向MD2，抑制其与TLR4的相互作用，进而减弱细胞质中ERK与细胞核内c-FOS的活化水平，最终抑制心脏成纤维细胞中纤维化基因的表达。 总结 本研究首先基于人诱导多能干细胞（iPSC）分化的心脏成纤维细胞，对5000种化合物进行了高通量筛选，并成功鉴定出ART作为具有显著抗纤维化活性的先导化合物。随后，通过体内与体外功能实验，进一步阐明了ART抑制纤维化反应及改善心脏功能的作用机制：ART可直接与靶蛋白MD2结合，阻断MD2与TLR4之间的相互作用，从而下调纤维化相关基因的表达，最终延缓心脏纤维化的进展。 这项工作不仅为心脏纤维化的药物研发提供了关键的理论依据与新靶点，其结合大规模化合物筛选、体内外实验的系统性研究策略，以及对中药单体作用机制的深入解析，也为中药及其活性成分的现代化研究提供了范例。 机制创新：本研究率先阐明，ART可通过直接靶向MD2蛋白，有效抑制心脏成纤维细胞中纤维化相关基因的表达，减少胶原沉积，从而改善心脏功能。 细胞模型构建：利用CRISPR-Cas9构建ACTA2Clover2报告基因CFs，对处于临床开发不同阶段的约5000种化合物库进行了高通量筛选。 动物模型：TAC手术和IR手术建立动物模型验证ART的治疗效果。 未来方向：ART在慢性抗纤维化治疗中的长期安全性，是未来研究必须解决的关键问题。 中药高分文章研究的启发： （1）中药单体明星分子通常具备多靶点调节特性，在多种疾病的研究中展现出广泛的适用性，使其成为极具价值的候选药物。 （2）中药单体作为先导化合物，因其具有独特的结构骨架与生物活性，在疾病研究中展现出显著优势。以此为基础进行结构修饰，能够系统优化其药理活性、改善药代动力学特性，并在提升疗效的同时降低毒性，从而为开发更具潜力的新药提供高效途径。 声明 本文仅用于学术分享，转载请注明出处。若有侵权，请联系后台修改或删除！ 😵还在为文献、图表、返修熬夜？✅#生研界项目制1V1SCI保录辅导👨🏻🏫QS前30&985/211名校大牛导师带教📝100%署名，真实科研无学术不端风险☎私我免费预约大牛导师一对一Meeting 🏆以荣誉见证实力以实力锚定品质🔥#生研界 科研项目制1V1辅导品类开创者 助你科研之路从“焦头烂额”到“高效突破” 关注“生研界科研教育” 走近科研前沿    拓宽科研视野 ▾ 2000㎡ 生物实验室 公司简介 热点视频分享

点击蓝字 ↑ 关注药研视角 PharmaView JMC速览 2025.11.03 近日，中国药科大学胡庆华/周梦泽团队联合苏州大学李环球/田盛团队在药物化学权威期刊《Journal of Medicinal Chemistry》上发表了一篇题为《发现新型P2Y14R抑制剂通过抑制肝星状细胞活化改善肝纤维化》的研究论文。博士研究生李陈城，王辉为本文共同第一作者。该研究针对当前肝纤维化治疗“响应差、副作用大、缺乏直接靶向肝星状细胞药物”的临床痛点，通过基于靶标精确结构预测的药物设计开发出新型强效P2Y14R小分子抑制剂HDB-1（IC50 = 0.026 nM）。该化合物不仅结构新颖受专利保护、合成工艺适合工业化，更能直接靶向肝星状细胞阻断纤维化进展，且通过独立于TGF-β之外的通路发挥作用，规避了全身炎症与肿瘤风险，在多种动物模型中疗效优于临床常用药异甘草酸镁及MASH相关纤维化治疗药物瑞司美替罗，为肝纤维化这一“无药可治”的顽疾提供了极具转化前景的候选分子与全新策略！ 1 min速览 研究背景 肝纤维化是慢性肝病进展的关键阶段，全球发病率高且危害严重，最终可发展为肝硬化、肝癌甚至肝功能衰竭。目前尚无 FDA 或 NMPA 批准的特效治疗药物，临床仅以保肝药物对症处理，疗效有限。P2Y14R在肝纤维化进展中起核心作用，其活化会诱导肝星状细胞（HSC）激活并过度分泌细胞外基质，是抗纤维化治疗的潜在关键靶点。现有P2Y14R抑制剂存在溶解度差、口服生物利用度低、体内活性不足等问题，亟需开发更优候选药物。 重点内容 分子设计：解析P2Y14R“高柔性双域对称口袋”，利用精准适配双域结构导向设计并结合生物电子等排体替换+骨架优化策略，将CPD52的单侧苯胺linker升级为方酰胺，实现双域同步占领，最终得到高活性高亲和力的先导化合物。 化合物筛选与优化：合成并筛选60个衍生物，最终获得候选化合物HDB-1，其P2Y14R抑制活性（IC50=0.026 nM）远超现有工具分子PPTN，代谢稳定性显著改善。 体内药效验证：在CCL4和 CDA-HFD 诱导的小鼠肝纤维化模型中，HDB-1 腹腔注射（2.5/5 mg/kg）可显著减轻肝损伤与胶原沉积，5 mg/kg剂量下疗效优于异甘草酸镁和‌瑞司美替罗，且无明显体重下降或脏器损伤。 机制独特：与进展最快的在研抗纤维化药物康蒂尼F351（羟尼酮）不同，HDB-1不依赖TGF-β信号通路，而是通过特异性靶向P2Y14R及其下游PKA/Raf1/MEK/ERK通路发挥作用，从机制上避免了因长期抑制TGF-β可能引发的全身炎症及肿瘤风险。 安全性评估：HDB-1在 50 mg/kg（有效剂量 10 倍）慢性毒性试验中无明显毒性，对肝肾功能无影响，肝微粒体稳定性良好，具备进一步开发潜力。 研究总结 研究先通过分子对接、MM/GBSA计算等解析P2Y14R精确结构，发现其含两个对称亚域的柔性结合口袋，且此前抑制剂仅单域结合致活性不足；随后以该结构为核心指引，针对性改造linker（苯胺→对称脲基以适配双域）、经生物电子等排替换（脲基→方酰胺优化成药性），并探索B 环构效关系，最终设计出高活性抑制剂 HDB-1（IC50=0.026 nM）。依托靶标精确结构实现精准分子设计进而开发出的新型P2Y14R特异性抑制剂HDB-1，兼具超高活性、代谢稳定、安全性佳等优势。其通过靶向P2Y14R调控纤维化信号通路，有效抑制肝星状细胞活化，在多种肝纤维化模型中展现除良好的治疗效果，还因独立于TGF-β通路的作用机制，具备更高的安全性潜力。HDB-1为临床缺乏有效药物的肝纤维化提供了全新治疗策略，是具有重要临床转化前景的候选分子。 图片来源：ACS 详细阅读 01 INTRODUCTION 研究背景 肝纤维化是慢性肝损伤（如病毒性肝炎、酒精、代谢应激）后组织异常修复的共同结果，其特征是肝星状细胞活化并导致细胞外基质过度沉积。若不干预，将最终发展为肝硬化、肝功能衰竭甚至肝癌，在全球范围内造成巨大的疾病负担。然而，目前全球尚无任何一款能够显著逆转肝纤维化的药物获批上市，临床治疗仍停留在处理病因和支持保肝，存在巨大的未满足临床需求。研究发现，P2Y14R作为Gi偶联受体家族成员，在肝纤维化病理过程中扮演关键角色：肝损伤后释放的尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）会激活肝星状细胞表面的P2Y14R，通过下调cAMP水平、激活ERK磷酸化，最终诱导肝星状细胞活化并分泌大量胶原，推动纤维化进展。尽管P2Y14R已被证实为抗纤维化潜在靶点，但现有抑制剂（如PPTN、MRS4608、CPD52等）普遍存在活性不足、溶解度差、口服生物利用度低或体内疗效有限等问题，无法满足临床需求。因此，开发高活性、高选择性、成药性优良的P2Y14R抑制剂，成为突破肝纤维化治疗瓶颈的关键方向。 02 Drug Design ①新型P2Y14R抑制剂的分子设计与优化 在抗肝纤维化药物研发领域，靶标蛋白的精确结构预测是驱动药物化学创新的核心引擎。本研究针对P2Y14R这一肝纤维化关键调控靶标，通过整合分子对接、MM/GBSA 结合自由能计算等计算生物学技术，解析出高柔性双域对称结合口袋这一核心结构特征——该口袋由两个近乎对称的亚结构域组成，此前的抑制剂（如 CPD52）因仅能部分占据单域、无法适配双域空间，导致结合亲和力不足。 正是基于这一精确的靶标结构预测，研究团队制定了“精准适配双域”的药物设计策略：将 CPD52 的苯胺 linker 改造为对称脲基 linker，以增强构象柔性、实现双域同步结合；后续又通过生物电子等排替换，将脲基升级为方酰胺结构，在保留双域结合能力的同时优化代谢稳定性。结合 B 环取代基的构效关系（SAR）分析（对位甲基取代可规避空间位阻、强化氢键作用），最终设计出 化合物 HDB-1（IC50=0.026 nM）。分子动力学模拟与结合实验证实，HDB-1 可通过与 Asn156、Asn188 等关键残基形成特异性氢键，完美嵌入P2Y14R柔性口袋，其活性与选择性远优于传统非结构导向设计的抑制剂。 从P2Y14R双域口袋的结构预测，到针对性的 linker 改造与骨架优化，再到 HDB-1 的高效合成，整个研发过程以靶标精确结构为核心指引，彻底打破了此前P2Y14R抑制剂活性不足、成药性差的瓶颈，为基于 GPCR 靶标结构的药物设计提供了极具价值的实践范式 03 RESULTS ①HDB-1与P2Y14R结合模式测定 分子对接与动力学模拟显示，HDB-1能够完全占据P2Y14R结合口袋的两个对称亚域。进一步的分子动力学模拟显示，HDB-1主要与P2Y14R中的Asn156、Asn188、Lys277和Try249残基相互作用。为验证HDB-1是否与P2Y14R蛋白直接相互作用，作者利用细胞热位移分析（CETSA）、表面等离子体共振（SPR）和基于生物素化探针的Chemical Pull-Down实验评估了HDB-1与P2Y₁₄R蛋白的相互作用。发现HDB-1可以与P2Y14R直接结合，并且具有良好的亲和力（Kd = 5.75 μM）。为了探究HDB-1与P2Y14R结合的可能位点，作者基于对接模拟和分子动力学模拟结果，在hP2Y14R-HEK293细胞中对上述每个残基进行点突变（N156A、N188A、Y249A、K277A），结果显示，P2Y14R上Asn156的突变导致HDB-1的抑制活性完全丧失。此外，抑制活性检测实验表明HDB-1具有良好的P2Y14R选择性，说明HDB-1具有强效抑制活性和优异的靶点亲和力，是一种有前景的先导化合物，值得进一步研发。 图片来源：ACS ②HDB-1 抗肝纤维化体内药效验证 在CCL4和CDA-HFD诱导的肝纤维化模型中，HDB-1治疗组剂量依赖性的降低了小鼠血清中的ALT和AST水平，表明肝损伤得到有效控制；肝脏切片的H&E、Masson和Sirius Red染色显示，HDB-1治疗组小鼠肝脏的胶原纤维沉积面积和间隔形成均大幅减少；此外，HDB-1治疗组小鼠肝脏羟脯氨酸含量（胶原蛋白的特征成分）显著下降，肝组织中纤维化相关基因（Acta2, Col1a1等）的mRNA和蛋白表达水平均显著降低。并且在高剂量（5 mg/kg）下，HDB-1的抗纤维化效果显著优于临床常用保肝药异甘草酸镁和最新近获批的MASH相关肝纤维化治疗药物Resmetirom。 图片来源：ACS ③HDB-1抗肝纤维化的机制探究 机制研究证实，HDB-1通过PKA/Raf1/MEK/ERK通路发挥作用，完全独立于TGF-β信号轴：在体外纤维化模型中，HDB-1（100 nM）可显著抑制UDPG诱导的原代肝星状细胞与LX2细胞活化，下调α-SMA、COL1A1的mRNA与蛋白表达，表明HDB-1是通过抑制肝星状细胞激活改善肝纤维化。并且Western blot实验证实，在细胞模型和动物肝组织中，HDB-1可显著抑制PKA/Raf1/MEK/ERK通路的磷酸化水平，阻断肝星状细胞活化信号传导。这些结果表明，HDB-1通过直接抑制P2Y14R，阻断了其作为Gi蛋白偶联受体对腺苷酸环化酶的抑制作用，从而维持了细胞内cAMP水平和PKA活性，证实了PKA/Raf1/MEK/ERK信号轴是HDB-1发挥抗纤维化作用的核心通路。 图片来源：ACS ④安全性与药代特征评估 整体安全性与药代评价表明，在高达10 μM的浓度下，HDB-1仍未对LO2和LX2细胞展现出明显毒性；毒性试验中，即使以10倍有效剂量（50 mg/kg）对小鼠连续给药4周，也未观察到明显的体重下降、行为异常及肝、肾、心等重要脏器的组织病理学改变；肝微粒体实验显示其半衰期大于30 min，代谢稳定良好；SD大鼠单次腹腔（5 mg/kg）药代研究测得HDB-1经腹腔给药后吸收迅速，体内暴露量高（AUC0−t = 667.14 h ng/mL），半衰期适中（t1/2 = 4.08 h），表现出良好的成药性。 图片来源：ACS CONCLUSIONS 面对肝纤维化“无特效药、响应差、副作用大”的临床困境，本研究基于对P2Y14R双结构结合口袋的深入了解，通过靶标精确结构预测的药物设计克服了以往抑制剂的局限性，成功开发出新型P2Y14R抑制剂HDB-1，具有高抑制活性（IC50 = 0.026 nM）和良好的代谢稳定性。该不仅在体外表现出显著的抗纤维化作用，而且在CCl4或CDA-HFD模型中显著减轻了肝损伤和纤维化。机制研究证实，HDB-1通过阻断P2Y14R依赖的PKA/Raf1/MEK/ERK信号通路激活，独立于TGF-β之外的通路发挥作用，规避全身炎症与肿瘤风险，安全性高。因此，HDB-1为肝纤维化提供了全新的小分子治疗策略，具备重要的临床转化价值，有望成为首款用于肝纤维化治疗的P2Y14R抑制剂，值得进一步系统开发。 文献详细全面信息请跳转原文阅读： https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.5c02078 喜欢此内容的人还喜欢 【JMC】沈阳药科大学王钝：新型iRGD修饰的PROTAC纳米粒用于增强肿瘤穿透和PD-L1降解 药研视角 【JMC】广东药科大学李政/张陆勇/韦敏：CCNK分子胶降解剂及其广谱抗肿瘤活性 药研视角 【JMC】中国海洋大学邵长伦/卢玲：基于海洋天然产物开发新型HIF-1α信号通路抑制剂 药研视角 【JMC】郑州大学郑一超/王博：新型LSD1抑制剂，抑制胃癌干细胞特性 药研视角 说    明 公众号以个人学习和分享最新科研成果为目的，本文内容为阅读文献提炼总结的内容，因学识有限，难免有所疏漏和谬误，恳请批评指正。标记【原创】指原创编译，是出于便于传播目的，著作权归出版社与作者所有。投稿，合作，交流请后台联系。欢迎课题组投稿，可刊载研究成果宣传，人才招聘信息。欢迎合理转载，请写明来源于【药研视角】 PharmaView

文章解读+创新点拓展，为您带来科研新体验～ 导读 胰腺导管腺癌（PDAC）以其高死亡率和低生存率成为最致命的癌症之一。随着对肿瘤微环境（TME）及其在癌症进展中作用理解的深入，科学家们正在探索针对癌症相关成纤维细胞（CAF）的新治疗策略。一项发表在ACS Nano期刊的研究性文章Effect of Bioactive Black Phosphorus Nanomaterials on Cancer-Associated Fibroblast Heterogeneity in Pancreatic Cancer，利用生物活性黑磷（BP）纳米材料来影响胰腺癌中的CAF异质性，并揭示了其潜在的临床价值。 研究背景 胰腺导管腺癌（PDAC）患者的五年生存率仅为8%，预计到2030年将成为第二大癌症致死原因。以吉西他滨为基础的化疗是治疗PDAC的主要手段，但其疗效有限，因此开发新的治疗手段至关重要。 近年来，研究者开始关注肿瘤微环境中的癌症相关成纤维细胞（CAF），它们不仅促进肿瘤生长，还参与转移和化疗耐药性。CAF在胰腺癌基质中占据主导地位，通过分泌多种因子和细胞外基质成分支持肿瘤发展。鉴于CAF的异质性及其对肿瘤进展的不同影响，针对这些细胞的策略成为潜在的新治疗方向。 与此同时，纳米材料因其独特的性质，在生物医学领域展现出巨大潜力。特别是生物活性黑磷（BP），作为一种由单一磷元素组成的天然生物活性纳米材料，不仅具有优良的物理和化学性质，而且具有生物降解性，能够降解成为磷酸盐离子。BP被摄取和降解后，细胞内磷酸盐离子水平的剧烈变化可能导致纳米生物界面上的各种生物学效应，这对包括CAF在内的许多细胞的生物学过程都具有很强的调控作用。 此外，有研究显示BP具有免疫增强佐剂的作用，该团队之前也尝试构建BP和吉西他滨的药物传递系统治疗PDAC，发现BP能够协同吉西他滨抑制细胞周期增强抗癌作用。但是BP对PDAC中CAF的作用尚没有报道。因此，在这篇文章中，该团队旨在探索生物活性BP纳米材料对胰腺癌中异质性CAF的影响，为开发更有效的PDAC治疗方案提供新思路。 研究设计与结果 本研究利用空间转录组学技术，在小鼠模型中绘制了生物活性黑磷纳米材料处理后原发性和肝转移性PDAC的基因表达谱图。结果显示，生物活性黑磷抑制CAF激活，减少炎症型和肌成纤维细胞型CAF数量，影响肿瘤基质相互作用，并下调Mki67和Tgfb1等关键基因表达，表明其在调控CAF异质性中的重要作用。 图1：生物活性BP抑制PDAC进展 研究人员通过透射电子显微镜（TEM）表征生物活性BP纳米材料（图1a），并在携带PDAC的KPC小鼠中尾静脉注射。结果显示，治疗后小鼠生存时间显著延长（图1b）。空间转录组测序技术发现，PDAC组织中肿瘤进展标志物Mki67、Pcna和Cdk4的表达下降（图1d），表明生物活性BP可能通过抑制这些基因减缓PDAC进展（图1e）。GO分析显示，处理组的差异表达基因主要富集于TGF-β调控通路（图1f），这与CAF的去活化一致，显示出生物活性BP在抑制胰腺导管腺癌进展中的潜力。 图2：生物活性BP参与了TGF-β通路的调控 紧接着研究人员使用bulk RNA测序技术分析了HM-SUIT2细胞在梯度浓度的生物活性BP处理后的转录组变化（图2a）。结果显示，差异表达基因（DEGs）主要富集于TGF-β调控和RNA加工相关的途径（图2b-c）。通过nanopore长读RNA测序技术，鉴定了生物活性BP诱导的可变剪接基因，这些基因主要富集于TGF-β通路（图2e），表明生物活性BP可能通过调控RNA剪接影响TGF-β通路（图2f）。这在另一种PDAC细胞系PANC-1中也得到了验证。这些研究表明生物活性BP在PDAC细胞中通过调控TGF-β通路发挥显著的生物学效应。 图3：生物活性BP通过TGF-β1介导的肿瘤-间质相互作用抑制CAF的激活 实时定量PCR分析、蛋白质印迹分析验证了生物活性BP抑制PDAC细胞TGFB1表达（图3a-b）。ELISA检测也验证了TGF-β1蛋白分泌减少（图3c）。PDAC和CAF细胞非接触共培养实验显示，生物活性BP处理PDAC后使CAF激活标志物降低（图3d-e），用重组TGF-β1处理可恢复这些标志物表达（图3f-g）。与生物活性BP处理后的PDAC细胞共培养也会抑制CAF的迁移和侵袭，且能够被TGF-β1恢复（图3j）。这些结果表明，生物活性BP通过抑制TGF-β1信号通路来使CAF去活化，提供了其在癌症治疗中的新思路。 图4：生物活性BP通过肿瘤-间质相互作用抑制CAF间充质表型 RNA测序发现，与生物活性BP处理PDAC细胞共培养后，CAF的差异表达基因（DEGs）主要富集在间质GO术语中，随着生物活性BP浓度的增加，这些基因显著增加（图4b）。生物活性BP处理KPC小鼠后，Vimentin（一种典型的间质标志物）的表达显著下调（图4d），RT-PCR和Western blot也显示Vimentin表达下降（图4e）。 利用空间转录组数据，在KPC小鼠PDAC肿瘤组织识别出CAF的不同亚群，包括apCAF、iCAF和myCAF。通过CellChat分析，发现生物活性BP处理后，不同CAF亚型之间的相互作用减弱，且PDAC细胞和CAF之间以及不同CAF亚型之间的TGF-β通路相关配体和受体相互作用也被抑制（图5d-f）。同时，三类CAF的标志物也发生下调（图5h），其中iCAF和myCAF的细胞数量在BP处理后减少（图5i）。此外，拟时序分析显示BP处理让CAF显示出更复杂的分化轨迹（图5g），且可能与TGF-β通路抑制有关。综上所述，生物活性BP通过调控肿瘤-基质相互作用来抑制CAFs的间质表型，为胰腺导管腺癌的治疗提供了新的思路。 图5：生物活性BP影响CAF的分化轨迹和异质性 图6：生物活性BP通过失活CAF来抑制PDAC的肝转移 最后，研究人员进一步研究了生物活性BP对PDAC肝转移的影响。结果显示，BP处理组的小鼠PDAC进展和肝转移潜力显著降低（图6a）。在处理的小鼠中，PDAC原发灶和肝专业灶组织中的CAF激活标志物TGFB1、ACTA2、COL1A1、FAP和VIM的表达显著下调（图6b&c），验证了生物活性BP同时抑制PDAC原发灶和转移灶CAF的激活。利用空间转录组测序技术分析了生物活性BP处理对肝转移PDAC组织中的基因表达的影响，发现肿瘤进展标志物和CAF激活标志物表达均显著下调（图6e-f&6j），免疫荧光验证了这一结果（图6l）。 对差异表达基因进行GO分析和基因集富集分析，发现DEGs主要富集于与TGF-β调控相关通路和CAF调控相关通路（图6f）。CellChat分析显示，处理后各CAF细胞之间的相互作用以及PDAC和CAF之间TGF-β通路配体和受体表达相互作用减弱（图6i-k）。这些结果表明，生物活性BP对肝转移灶的抑制作用与PDAC原发灶类似，能够通过抑制CAFs的激活来显著抑制PDAC进展和肝转移的潜力。 拓展延伸 除了胰腺癌外，BP在其他类型癌症的治疗中也具有潜在应用价值。 1. 抑制肿瘤细胞增殖和转移 黑磷材料通过抑制肿瘤细胞增殖相关基因的表达，如Mki67、Pcna和Cdk4，从而减缓肿瘤进展。这些基因在多种癌症中都起到关键作用，因此黑磷材料在抑制这些基因方面具有广泛的应用前景。 2. 调控TGF-β通路 黑磷材料能够显著降低Tgfb1的mRNA和蛋白水平，抑制TGF-β通路。这一特性使得黑磷材料在癌症治疗中具有独特的优势，尤其是在那些依赖TGF-β通路生长和转移的癌症中。 3. 抑制CAF的恶性表型 黑磷材料通过抑制CAF中的TGF-β1信号通路，减少炎症型CAF和肌成纤维细胞型CAF的数量，从而减少肿瘤基质的相互作用。这为黑磷材料在癌症治疗中的应用提供了新的思路。 4. 诱导肿瘤细胞凋亡 除了对癌细胞的影响，黑磷材料还能够诱导肿瘤细胞凋亡，并抑制肿瘤血管生成。这种双重作用机制使其在癌症综合治疗中具有潜在的应用价值。 5. 与其他治疗方法联合使用 黑磷材料可以与其他治疗方法（如化疗、放疗和免疫治疗）结合使用，提高治疗效果。例如，它可以与化疗药物联合使用，增强化疗效果；也可以与放疗联合使用，减少放疗对正常组织的损伤。 临床应用与展望 这项关于生物活性黑磷的研究为理解和治疗胰腺癌提供了一个全新的视角。通过特异性地调节CAF的功能状态，有望克服传统疗法所面临的局限性，比如提高化疗敏感度、减缓疾病进程甚至逆转病情。未来的研究方向可能包括优化给药方式、评估长期安全性以及开展更大规模的人体试验，以期早日实现从实验室到病床的应用转化。 通过上述内容可以看出，生物活性黑磷纳米材料作为一种新兴的抗癌工具展现出了巨大潜力。随着对其机制的深入了解和技术的进步，我们期待看到更多基于此类创新材料的成功案例出现，为抗击胰腺癌带来希望之光。 注：本文旨在介绍医学研究进展，不做治疗方案推荐。如有需要，请咨询专业临床医生。 参考文献 Qu J, Yan Z, Lei D, Zhong T, Fang C, Wen Z, Liu J, Lai Z, Yu XF, Zheng B, Geng S. Effect of Bioactive Black Phosphorus Nanomaterials on Cancer-Associated Fibroblast Heterogeneity in Pancreatic Cancer. ACS Nano. 2024 Jul 23;18(29):19354-19368. 点击下方「阅读原文」，前往梅斯官网查询更多相关课程和实验技术服务支持~