二硫化钼纳米酶用于超声介导的级联催化肿瘤铁中毒

纳米酶的催化活性不足和肿瘤微环境（TME）中的内源性H2O2不足是纳米酶介导的催化肿瘤治疗的主要障碍。由于电子转移是催化氧化还原反应的基本本质，该文探索了基于正负电荷的酶活性的贡献因素，实验和理论证明，正负电荷可以增强MoS2纳米酶的过氧化物酶（POD）活性。因此，提出了一种酸性肿瘤微环境反应性和超声介导的级联纳米催化剂（BTO/MoS2@CA），它是由生长在钛酸钡（T-BTO）表面的几层MoS2纳米片和pH反应性肉桂醛（CA）修饰而成。pH响应性CA介导的H2O2自我供应、超声介导的电荷增强酶活性和谷胱甘肽（GSH）耗竭的整合使氧化还原平衡失调，导致有效的肿瘤铁中毒，且副作用最小。

图1. MoS2 POD催化活性的正负电荷增强示意图，用于高效抗肿瘤治疗

通过细胞计数试剂盒-8（CCK-8）检测，评估了BTO/MoS2@CA对各种类型细胞系的细胞毒性，包括人脐静脉内皮细胞（HUVEC）、小鼠胚胎成纤维细胞3T3细胞（3T3）、小鼠结肠癌细胞（CT-26）、小鼠乳腺癌细胞（4T1）、人非小细胞肺癌细胞（A549）以及人肝细胞癌细胞（HepG-2）。对HUVEC和3T3细胞检测到的毒性微乎其微，这归因于正常细胞保持良好的氧化还原平衡能力，使它们对ROS不敏感。然而，随着BTO/MoS2@CA浓度的增加，CT-26细胞的细胞活力下降。细胞毒性结果可以通过活/死细胞染色分析得到进一步支持。值得注意的是，在BTO/MoS2@CA+US组，几乎所有的CT-26细胞都死亡了。此外，在不同条件下进一步研究了4T1、A549和HepG-2细胞的生存能力；正如CT-26细胞一样，观察到了极好的细胞杀死能力。然后，探讨了细胞死亡的可能机制。通过将CT-26细胞与FITC标记的BTO/MoS2@CA共同培养，评估了BTO/MoS2@CA被CT-26细胞内化的情况。

图2. BTO/MoS2的合成及表征

在早期阶段，BTO/MoS2@CA主要集中在溶酶体中，并在9小时后逸出，证明了BTO/MoS2@CA的有效细胞摄取。细胞内ROS的产生是由ROS荧光探针2,7-二氯荧光素二乙酸酯（DCFH-DA）测量。随着BTO/MoS2@CA浓度的增加，在64μg mL-1中可以检测到更强的荧光，表明POD的酶活性明显增加，这一点得到了流式细胞仪分析的进一步支持。一般来说，GSH在肿瘤组织中的过量表达适应高水平的氧化应激，消耗ROS并激活重组谷胱甘肽GPX4的表达，这被认为是ROS介导的肿瘤治疗的一个主要障碍。可以预期的是，细胞内GSH浓度随着BTO/MoS2@CA剂量的增加而下降，表明BTO/MoS2@CA有效地消耗了GSH。

图3. 超声增强MoS2 POD催化活性的机制研究

此外，还进一步研究了与GSH密切相关的GPX4的活性和表达。用不同浓度的BTO/MoS2@CA处理后，GPX4的活性大大降低。同时，Western blot结果也证明了GPX4蛋白的浓度依赖性下调的表达。为了进一步证明BTO/MoS2@CA介导的氧化还原平衡失调的治疗作用，评估了各种抗氧化剂包括GSH、N-乙酰-L-半胱氨酸（NAC）、半胱氨酸（Cys）和维生素E（VE）的保护作用。补充抗氧化剂后，细胞活力增加，证明了BTO/MoS2@CA消耗抗氧化剂的效果和治疗效果的改善。

图4.  BTO/MoS2@CA对CT-26细胞的体外影响

受到铁蛋白体外治疗效果良好的启发，在小鼠模型中考察了体内抗肿瘤效果。简而言之，CT-26肿瘤小鼠被分配到五组，分别用PBS、CA+US、BTO/MoS2@CA、BTO/MoS2+US和BTO/MoS2@CA+US处理。BTO/MoS2由于具有更强的渗透性和滞留性，可以靶向肿瘤，在US辐照下，它可以触发铁蛋白酶，引起肿瘤组织的脂质过氧化，达到消除肿瘤的目的。与其他所有组别相比，BTO/MoS2@CA+US组激起了更严重的肿瘤坏死、出血和炎症细胞浸润，显示出更强的治疗效果。肿瘤组织切片的免疫荧光染色显示，BTO/MoS2@CA+US组的GPX4明显下调，表明治疗效果明显，可归因于铁蛋白酶。

图5. 抗肿瘤研究

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202217448

转自：“NANO学术”微信公众号

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