以下文章来源于食品放大镜 ，作者文献解读
近期，北京工商大学李洪岩教授、王静教授在生物材料领域权威期刊《Materials TodayBio》（Q1区，IF=10.761）、《Journal of Materials Chemistry B》（Q1区，IF=7.571）上发表燕麦蒽酰胺联合纳米酶协同抗肿瘤方面的研究成果。
（1）Bioinspired nanocatalytic tumor therapy by simultaneous reactive oxygen species generation enhancement and glutamine pathway-mediated glutathione depletion
（2）Ignored role of polyphenol in boosting reactive oxygen species generation for polyphenol/chemodynamic combination therapy
背景介绍
化学动力学疗法（ChemodynamicTherapy, CDT）以肿瘤病灶区微环境的弱酸性为反应条件，以过表达的H2O2等为反应原料，过渡金属纳米材料为催化剂，引发肿瘤细胞内芬顿或类芬顿反应，催化H2O2产生羟基自由基(•OH)等强氧化性的活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）诱导肿瘤细胞凋亡的新型肿瘤治疗技术。纳米酶可通过催化产生过量ROS杀伤肿瘤细胞，是CDT疗法的关键核心。单一纳米酶策略往往促肿瘤凋亡性能有限，因而纳米酶与其他肿瘤疗法联合应用从而最大程度放大ROS含量的策略成为该领域的研究热点。化疗药物常与CDT相结合，以提高肿瘤治疗效果。然而，化疗药物毒副作用大、药物爆发性释放，限制了这一策略的临床应用。多酚、黄酮、生物碱等天然产物具有抗炎、抗肿瘤等多种生物活性，而且食品中的天然产物具有安全、副作用小、原料易获得等优势，利用天然产物来预防或辅助治疗肿瘤在内的多种慢性疾病已取得广泛应用。其中，多酚的促氧化效应（修饰蛋白质、破坏DNA链和诱导ROS的生成）是其引起多种类型肿瘤细胞凋亡的诱因之一。
燕麦蒽酰胺（AVNs）是燕麦中独特的一类由羟基邻氨基苯甲酸及其衍生物和羟基肉桂酸以酰胺键形成基本结构的酚类化合物，主要存在于燕麦麸皮、燕麦壳和籽粒中，被证实具有抗氧化、细胞保护、抑制肿瘤细胞增殖等生物学效应。研究发现在肿瘤细胞高氧化应激水平下，AVNs通过抑制RNA解螺旋酶（DDX3）的表达，导致电子传递链（ETC）复合体中由线粒体编码的蛋白翻译受阻产生ROS，破坏线粒体膜，进而释放细胞色素C并活化凋亡相关蛋白（Caspase 3）从而导致肿瘤细胞死亡。基于燕麦蒽酰胺通过促氧化效应诱导肿瘤细胞凋亡的作用机制，王静教授团队首次将燕麦蒽酰胺促氧化与CDT策略相结合，一方面，纳米酶级联反应生成的ROS上调肿瘤细胞氧化应激水平，且增加了线粒体外膜通透性；另一方面，AVN C进入线粒体可靶向DDX3，损害ETC复合物，进一步提升线粒体内源性ROS水平；最终通过线粒体内、外ROS的双重协同作用提高该联合策略的抗肿瘤性能。
（1）DMSN-Au-Fe3O4纳米酶耦联谷氨酰胺代谢阻断策略的抗肿瘤性能
受肿瘤细胞中独特的谷氨酰胺代谢途径启发，我们首次构建了基于阻断谷氨酰胺代谢降低GSH含量以实现谷氨酰胺和葡萄糖双重饥饿效应的纳米酶催化体系，旨在通过谷氨酰胺酶抑制剂（CB839）介导的GSH消除以及双纳米酶（Au NPs+Fe3O4 NPs）触发肿瘤微环境（TME）级联催化反应以提高CDT抗肿瘤效果。我们首先利用介孔二氧化硅纳米粒子（DMSN）负载超小Au纳米颗粒与Fe3O4纳米颗粒，得到DMSN-Au-Fe3O4NPs，再通过物理吸附加载CB839制得DMSN-Au-Fe3O4-CB839NPs。瘤内注射纳米材料后，在肿瘤区域，一方面Au纳米颗粒作为GOx模拟酶，催化瘤内葡萄糖氧化产生大量H2O2分子，之后H2O2分子作为后续催化反应的底物被Fe3O4颗粒通过Fenton催化反应释放出•OH，将无色TMB氧化成蓝色的oxTMB，在370和652 nm处出现特征吸收峰（图2）。另一方面，CB839抑制谷氨酰胺酶的活性，阻断谷氨酰胺代谢途径，抑制GSH的生物合成，减少了肿瘤部位ROS的消耗。
4T1细胞内GSH含量表明，DMSN-Au-Fe3O4NPs对GSH水平无明显影响，而在DMSN-CB839 NPs和DMSN-Au-Fe3O4-CB839 NPs培养的4T1细胞中，GSH大幅减少，分别降低了48.34%和53.65%，在降低GSH水平方面具有显著优势。体外细胞实验证实，200 μg/mL时DMSN-Au-Fe3O4对4T1细胞活力抑制率为63％，而同等浓度的DMSN-Au-Fe3O4-CB839对4T1细胞活力抑制率可达到87％。4T1荷瘤小鼠体内抗肿瘤治疗效果评价结果显示，DMSN-Au-Fe3O4-CB839组的肿瘤生长抑制率为75.8%，远高于DMSNAu-Fe3O4组的48.6%，肿瘤重量也表现出类似的趋势。此外H&E切片显示DMSN-Au-Fe3O4-CB839并未对体内主要脏器（心，肝，脾，肺和肾）产生影响，显示出良好的生物安全性。以上结果表明DMSN-Au-Fe3O4双纳米酶催化体系可有效负载谷氨酰胺酶抑制剂实现GSH消除与ROS持续累积的协同效应，为纳米酶抗肿瘤提供了新的设计思路。
图1. DMSN-Au-Fe3O4-CB839纳米颗粒增强肿瘤化学动力学示意图
图2.DMSN-Au-Fe3O4-CB839纳米颗粒的构建、表征及抗肿瘤效果研究
原文链接
https://doi.org/10.1039/D2TB02194C
（2）DMSN-Au-Fe3O4纳米酶耦联燕麦蒽酰胺促氧化策略的抗肿瘤性能
化疗药物（CB839）协同CDT疗法联合抗肿瘤的策略虽然有效，但化疗药物毒副作用大仍然是限制性难题。如背景介绍，王静教授团队首次用燕麦蒽酰胺C（AVC）作为促氧化剂代替药物，结合CDT策略，构建了基于燕麦蒽酰胺促氧化与类芬顿反应促ROS产生的新型纳米酶体系（DMSNAF-AVC-FA）。
体外细胞实验显示，H2O2诱导高氧化应激水平下，AVC的加入显著抑制DDX3的蛋白表达水平，下调线粒体基因编码的ETC复合物亚基ND2、ND5、CYTB和COX2的蛋白水平，同时抑制谷胱甘肽过氧化物酶4（GPx4）的表达并上调凋亡相关蛋白Bax/Bcl-2、细胞色素C和Caspase-3表达水平，最终导致4T1肿瘤细胞凋亡。将DMSNAF-AVC-FA纳米颗粒引入肿瘤细胞，蛋白印迹实验结果显示DMSNAF对DDX3蛋白含量影响较小，而AVC和DMSN-AVC显著降低DDX3蛋白、ETC复合物亚基的表达，表明AVC抑制线粒体翻译，损伤电子传递途径，导致线粒体内ROS水平高，而CDT对线粒体内ROS产生的影响较小。另一方面，与AVC和DMSN-AVC相比，DMSNAF上调Bax/Bcl-2、细胞色素C和Caspase-3的蛋白水平，表明线粒体外ROS也可损伤线粒体膜的通透性，并通过Caspase-3通路激活细胞凋亡。与AVC和DMSNAF相比，DMSNAF-AVC-FA组的DDX3、ETC复合物亚基蛋白水平最低，Bax/Bcl-2、细胞色素C和Caspase-3蛋白水平最高。因此推测DMSNAF-AVC-FA体系通过Au/Fe3O4介导的Fenton反应在细胞质中产生ROS破坏线粒体外膜，促进AVC迁移到线粒体内靶向DDX3途径并损害ETC复合物从而显著提高线粒体内的内源性ROS水平；CDT介导线粒体外和AVC介导的线粒体内ROS累积协同促进细胞色素C释放量并经由Caspase-3通路诱导肿瘤细胞凋亡。
体外细胞实验显示，200 μg/mLDMSNAF-AVC-FA处理后的4T1细胞存活率仅为1%，远低于DMSN-AVC（15.99%）和DMSNAF（53.49%）。4T1荷瘤小鼠体内抗肿瘤治疗效果评价结果显示，DMSNAF-AVC-FA组的肿瘤生长抑制率为63.3%，远高于DMSNAF组的52.9%。溶血试验和主要器官（心、肝、脾、肺、肾）的H&E切片证实了DMSNAF-AVC-FA在高浓度下的生物安全性。本研究证实膳食多酚联合纳米酶协同抗肿瘤策略具有可行性，且具有化疗药物无法比拟的优势。
转自：“NANO学术”微信公众号
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