活性氧(ROS)是肿瘤发生、生长、侵袭和转移过程中的关键驱动因素[[1], [2], [3]]。与正常组织不同,癌细胞对肿瘤特有的氧化应激具有显著的适应性。然而,这种微妙的氧化还原平衡可能因过量的ROS产生而被破坏,包括羟基自由基(·OH)、单线态氧(1O2)和过氧化氢(H2O2等)[4,5],导致细胞氧化应激稳态的破坏和随后的功能损伤。利用这一机制,ROS介导的化学动力学疗法(CDT)已成为一种强大的抗癌方法[[6], [7], [8]]。基于铁的纳米颗粒利用金属离子催化芬顿反应,将反应性较低的H2O2转化为高毒性的·OH,从而激活铁死亡并诱导癌细胞死亡,显著提高治疗效果[[9], [10], [11]]。然而,CDT面临几个关键挑战,阻碍了其临床应用,包括治疗剂的递送效率低以及对抗肿瘤细胞的氧化损伤有限。这些限制主要源于肿瘤微环境的不良条件,如H2O2水平不足以及复杂的生物屏障[[12], [13], [14], [15]]。因此,开发结合高效药物递送系统、持续供应H2O2和增强ROS生成的新CDT策略至关重要,以克服这些障碍并改善治疗效果。
近年来,双氢青蒿素(DHA)作为青蒿素的活性衍生物,因其天然丰富、低毒性和显著的H2O2及ROS补充能力而成为CDT中的有希望的候选药物。临床上,DHA因其独特的分子内过氧化物桥结构而广受认可[[16], [17], [18]]。除了抗疟作用外,这一结构特征使DHA在与内源性亚铁离子相互作用时能够生成细胞毒性ROS,暗示了其类似抗疟作用的H2O2补充和抗癌机制。
此外,肿瘤微环境(TME)中升高的间质液压力和密集的细胞外基质导致纳米药物的积累不足[19],这严重限制了CDT的效果。众所周知,纳米药物的尺寸对其药代动力学行为至关重要,包括血液循环时间、肿瘤特异性积累和组织渗透能力[20];然而,纳米药物往往在肿瘤中的保留不足。相反,较大的纳米颗粒虽然具有更好的积累和细胞内保留能力,但 extravasation(从血管进入组织)效果较差,渗透深度有限[21]。有趣的是,纳米马达作为一种有前景的解决方案,利用其独特的自主运动特性来改善肿瘤摄取和治疗递送[[22], [23], [24], [25]]。鉴于可逆的尺寸变换可以优化肿瘤积累和渗透,开发动态可调尺寸的纳米马达成为迫切需求,以增强肿瘤积累和保留能力,从而显著提高CDT的治疗效果。
在这里,我们介绍了可控聚集的酶驱动型M@JAu@PFG-DHA纳米马达(M@JAu@PFG-DHA NMs),通过多源调节ROS积累实现自我强化的CDT。如图1所示,这些纳米马达在葡萄糖溶液中通过GOx催化的反应进行有效的自主推进,由于其独特的扩散运动能力而显著提高了细胞摄取和内化。值得注意的是,进入肿瘤细胞后,最初的小纳米马达会在酸性条件下聚集形成较大的颗粒,这不仅延长了细胞内保留时间,还实现了高剂量药物的释放和持续的H2O2生成,从而通过局部ROS升高增强了治疗效果。详细来说,细胞内化后,由于TME中的11-巯基十一烷酸(MUA)的质子化和分子间氢键作用,纳米马达会聚集形成颗粒。随后,这些颗粒释放Fe2+离子通过芬顿反应生成有毒的·OH,并通过氧化还原反应消耗丰富的细胞内抗氧化剂谷胱甘肽(GSH),导致ROS积累。此外,DHA的分子内过氧化物桥可以被Fe2+离子解离,生成自由基并协同增强ROS水平。这种ROS爆发可以诱导脂质过氧化(LPO)和细胞线粒体功能障碍及细胞死亡,最终提高CDT的效果。这些不同的ROS介导途径可以显著增加肿瘤细胞中的ROS水平,协同增强CDT的肿瘤治疗效果。