近期，廈門大學附屬第一醫(yī)院乳腺外科蘇永輝博士聯(lián)合西南醫(yī)科大學附屬醫(yī)院團隊，在生物學TOP期刊《Journal of Nanobiotechnology》（中科院一區(qū)，IF：12.6），發(fā)表了題為“Tumor-microenvironment triggered Mn-Gd based nanosystem for breast carcinoma suppression via synergistic radiotherapy and glutathione-depleting along with glucose oxidase combination enhanced ROS storm”的重要研究成果。該研究開發(fā)了一種病毒仿生結構的Mn-Gd雙金屬納米平臺（VMn-Gd@GOx-EVs），通過腫瘤微環(huán)境響應性釋放金屬離子、消耗谷胱甘肽（GSH）、生成過氧化氫（H2O2）并緩解腫瘤缺氧，實現(xiàn)了放療（RT）與氧化療法（OXT）的高效協(xié)同，顯著增強了對乳腺癌的抑制效果。
一、研究背景介紹
乳腺癌是全球女性中最常見的惡性腫瘤，放療是其重要的治療手段之一。然而，腫瘤微環(huán)境（TME）中的缺氧、高濃度GSH和高葡萄糖代謝等特點常導致放療抵抗，限制其療效。近年來，功能性納米材料作為放射增敏劑受到廣泛關注。釓（Gd）基納米材料因其優(yōu)異的X射線衰減能力被用于增強放療，但其生物降解性和腫瘤穿透性較差。
病毒仿生納米顆粒具有良好的穿透性、生物識別能力和免疫激活潛力。本研究團隊前期開發(fā)了一種具有粗糙表面的中空介孔Mn-Gd基納米球，模擬病毒結構，增強細胞膜結合和藥物遞送效率。為進一步克服TME的限制，本研究引入葡萄糖氧化酶（GOx）和細胞外囊泡（EVs）涂層，構建了多功能納米平臺VMn-Gd@GOx-EVs，實現(xiàn)腫瘤靶向、微環(huán)境響應、GSH消耗、O?生成和ROS風暴誘導的協(xié)同治療。
二、納米平臺設計與構建
VMn-Gd@GOx-EVs的制備采用硬模板法（圖1A）。首先合成病毒樣介孔二氧化硅模板（VSN），在其表面通過水熱法形成MnO2-Gd2O3雜化殼（VSN@Mn-Gd），隨后去除模板得到中空病毒樣Mn-Gd納米顆粒（VMn-Gd）。GOx通過物理吸附負載于VMn-Gd表面，最后通過電穿孔法將EVs膜包裹于納米顆粒外部，形成VMn-Gd@GOx-EVs。
TEM和SEM圖像顯示，VMn-Gd保留了病毒樣的刺突結構（圖1B–H），元素映射證實Si、O、Mn、Gd均勻分布（圖1I）。在酸性條件（pH 6.5）下，納米顆粒表現(xiàn)出時間依賴性降解，36小時后完全崩解釋放約10 nm的小顆粒，顯著增強腫瘤穿透能力（圖1J）。GOx在pH 6.5下的釋放效率是pH 7.4的7倍以上，表明其良好的腫瘤微環(huán)境響應性。
三、MRI性能與體外ROS生成能力
由于Mn和Gd離子在酸性TME中釋放，VMn-Gd@GOx-EVs表現(xiàn)出優(yōu)異的T?加權MRI對比效果，r?弛豫率為12.90 mM?1s?1，是臨床常用對比劑Gd-DTPA的2倍（圖2A–B）。使用APF探針檢測·OH生成，發(fā)現(xiàn)VMn-Gd@GOx在X射線照射下（8 Gy）產(chǎn)生的?OH顯著高于對照組，且具有劑量依賴性（圖2C–D）。
GOx在葡萄糖存在下快速生成H2O2并降低pH（圖2E–F），促進VMn-Gd降解和Mn2?介導的類芬頓反應。在弱酸性條件下（pH 6.5），H2O2分解效率是pH 8.5的2.5倍（圖2H–I）。DTNB檢測顯示，VMn-Gd@GOx在pH 6.5下10分鐘內即可顯著消耗GSH（圖2K–M），為ROS風暴創(chuàng)造有利條件。
四、體外細胞殺傷機制研究
4T1乳腺癌細胞對VMn-Gd@Ce6-EVs的內吞效率顯著高于游離Ce6和未包EVs的納米顆粒（圖3B-C），表明EVs涂層增強細胞攝取和靶向性。CCK-8實驗顯示，VMn-Gd@GOx-EVs聯(lián)合X射線（6 Gy）照射后細胞存活率僅為26.12%，凋亡率高達61.20%（圖3D–G）。
GOx催化葡萄糖消耗導致缺氧，誘導HIF-1α表達上調；而Mn2?介導的O?生成和GSH消耗則緩解缺氧并增強放療敏感性（圖4A-B, G）。γ-H2AX熒光和Western blot分析證實VMn-Gd@GOx-EVs + X射線組DNA損傷最顯著（圖4C–D, G–J）?？寺⌒纬蓪嶒烇@示該組克隆形成率僅為7.73%，顯著低于其他組（圖4E–F）。
JC-1和DCFH-DA染色進一步證實，VMn-Gd@GOx-EVs + X射線處理導致線粒體膜電位下降和ROS水平顯著升高（圖5），協(xié)同誘導腫瘤細胞死亡。
五、體內靶向與治療效果
在小鼠4T1乳腺癌模型中，VMn-Gd@ICG-EVs注射后12小時腫瘤部位NIR熒光和MRI信號達到峰值（圖6A-C），表明良好的腫瘤靶向和富集能力。
X射線照射12小時后進行放療，VMn-Gd@GOx-EVs + X射線組腫瘤生長抑制效果最佳，腫瘤體積最?。▓D7A-C）。免疫組化顯示該組Ki67、CD31和HIF-1α表達顯著降低（圖7D-G），表明增殖抑制、血管破壞和缺氧緩解。
六、生物安全性評價
小鼠體重、血清生化指標（AST、ALT、CRE）和血細胞計數(shù)均在正常范圍內，主要器官未見明顯病理損傷（圖8A-E）。生存分析顯示，VMn-Gd@GOx-EVs + X射線組小鼠生存期超過60天，顯著優(yōu)于其他組（圖8F）。納米顆粒主要通過肝脾代謝，最終通過糞便和尿液排出（圖8G-I），且EVs包覆有效避免免疫識別和細胞因子風暴。
七、總結
本研究成功構建了一種多功能、TME響應的病毒仿生納米平臺VMn-Gd@GOx-EVs，通過EVs靶向、TME響應的離子釋放、GOx介導的葡萄糖消耗與H2O2生成、Mn2?催化的類芬頓反應以及通過協(xié)同放療、氧化治療和免疫調節(jié)，顯著抑制了乳腺癌生長，實現(xiàn)了高效的ROS風暴誘導和腫瘤協(xié)同治療，并具備良好的成像能力和生物安全性，展現(xiàn)出廣闊的臨床轉化前景。
原文鏈接：https://doi.org/10.1186/s12951-025-03636-z
蘇永輝，廈門大學附屬第一醫(yī)院乳腺外科，主治醫(yī)師，醫(yī)學博士。畢業(yè)于復旦大學上海醫(yī)學院，師從國內著名乳腺外科專家吳炅教授。福建省及廈門市高層次人才（C類）?，F(xiàn)任福建省海醫(yī)會乳腺腫瘤微無創(chuàng)分會青委會委員，福建省海峽腫瘤防治交流協(xié)會乳腺腫瘤防治分會青委會委員，廈門市醫(yī)學會乳腺病學分會委員，廈門市抗癌協(xié)會乳腺癌專業(yè)委員會委員。主持國家自然科學基金項目一項，福建省自然科學基金項目一項。以第一作者/通訊作者在Journal of Nanobiotechnology、Materials Today Bio、Journal of Translational Medicine、npj Breast Cancer、The Breast、CANCER、The Oncologist等國際權威期刊發(fā)表多篇論著。
