肝细胞癌（HCC）是全球最常见的原发性肝脏恶性肿瘤之一[1]。目前，HCC的治疗主要依赖于手术切除、化疗和放疗，但这些方法往往在杀死癌细胞的同时也会损害正常细胞，导致严重的副作用以及肿瘤复发和转移[2]、[3]。因此，开发创新和精确的诊疗策略对于有效管理HCC至关重要。
在过去几十年中，光热疗因具有光控制、非侵入性和副作用少等优点而受到广泛关注[4]、[5]。通常，光热疗法（如光动力疗法PDT）利用光敏剂在光照下将氧气转化为高氧化性的活性氧（ROS）来杀死癌细胞。越来越多的证据表明，PDT还能诱导免疫原性细胞死亡（ICD），表现为释放与损伤相关的分子模式（DAMPs），如钙网蛋白（calreticulin）和高迁移率族box-1（HMGB1），从而增强抗肿瘤免疫反应以根除肿瘤[6]、[7]、[8]。因此，结合光疗和免疫疗法的近红外光免疫疗法成为一种有前景的策略。光免疫疗法是一种高度选择性的癌症治疗方法，它利用抗体偶联的光敏剂进行靶向递送，通过光照激活光敏剂产生ROS来选择性地破坏肿瘤细胞，同时释放DAMPs以引发免疫反应[9]、[10]、[11]。然而，由于抗氧化防御机制（如谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）和过表达的谷胱甘肽（GSH）的存在，单独使用光免疫疗法的效果往往有限[12]、[13]。基于此，我们假设通过产生ROS和耗尽GSH的肿瘤治疗策略可能显著提高光免疫疗法的效果。
铁死亡是一种新型的ROS介导的非凋亡性细胞死亡机制，其特征是细胞膜上脂质过氧化物的积累[14]。铁死亡中的脂质过氧化主要由GPX4水平降低驱动。GPX4是一种在哺乳动物细胞中表达的硒酶，它将还原型GSH转化为氧化型GSH，从而抑制脂质ROS的产生[15]、[16]。GSH是一种含有巯基的三肽，由甘氨酸、半胱氨酸和谷氨酸组成，作为GPX4的辅因子和ROS清除剂。半胱氨酸是GSH的生产限制前体氨基酸，其缺乏会直接限制GSH的生成。大多数细胞主要通过半胱氨酸/谷氨酸反转运蛋白系统Xc-从细胞外环境中摄取半胱氨酸，该系统由溶质载体家族7 A成员11亚单位（SLC7A11）和SLC3A2亚单位组成。因此，Xc- − GSH-GPX4轴被认为是调节铁死亡的关键机制[17]、[18]、[19]。
鉴于这些发现，将铁死亡与光免疫疗法结合可能是一种有效的肿瘤破坏策略。传统的联合疗法通常采用“混合”方法，这带来了包括生物分布不均、目标激活不同步和药代动力学相互作用不可预测等显著挑战[20]。例如，Zhu等人[21]开发了一种无载体的纳米药物（Ce6-erastin），通过超分子相互作用构建。这种纳米药物通过结合铁死亡和PDT增加了ROS水平，导致细胞成分的氧化损伤。Kojima等人[22]发现，塔拉泊芬钠（TS-PDT）诱导的铁死亡机制是通过生成的ROS直接引起脂质过氧化，并抑制Xc-系统，而铁死亡诱导剂与TS-PDT的联合使用增强了抗肿瘤效果。近年来，纳米技术的快速发展促进了这些不同治疗方法的合理整合[23]、[24]。Bae等人[25]提出了一种双模式癌症治疗策略，将针对GPX4的铁死亡与PDT诱导的氧化应激相结合。他们开发了光敏脂质纳米粒子（PLNPs），通过部分替换胆固醇为胆固醇–PEG–pheophorbide a（CPP），并将针对GPX4的siRNA封装在该平台上。这些PLNPs表现出良好的理化性质、高效的基因沉默能力和强大的ROS生成能力。Cai等人[26]设计了一种基于金属有机框架（MOF）的纳米平台，其中包含过氧化钙（CaO2）和oridonin（ORI）。他们使用融合细胞膜（FM）修饰纳米粒子（ORI@CaO2@Fe-TCPP，NPs），生成FM@ORI@CaO2@Fe-TCPP（FM@NPs）。封装的ORI同时抑制了HSPB1/PCBP1/IREB2和FSP1/COQ10通路，与Fe3þ协同作用诱导铁死亡。卟啉（TCPP）引导的PDT通过过量积累ROS显著增强了铁死亡效果。
然而，当前基于纳米技术的药物递送系统的一个主要缺点是它们的载药能力相对较低，在简单且多功能的纳米结构中同时封装两种以上的治疗剂仍然具有挑战性[27]、[28]。最近，硫桥二聚体前药纳米组装体因易于制备和高载药能力而受到关注[28]。在自组装过程中，这些前药纳米组装体还能够封装其他疏水性药物[28]。因此，我们试图利用硫桥二聚体前药纳米组装体的优势，开发一种既能递送光敏剂又能耗尽内源性GSH并诱导铁死亡的纳米载体系统。
在光免疫疗法领域，光敏剂-抗体偶联物已被证明是对某些癌症有效的靶向治疗手段[29]、[30]。受此启发，通过硫桥连接的抗体偶联光敏剂不仅优化了光动力性能，还作为纳米载体将铁死亡诱导剂精确递送到肿瘤部位，从而实现光免疫疗法与铁死亡的协同治疗。
在最具前景的光敏剂中，氰菁染料是目前可用的代表性光敏剂。特别是IR780碘化物（IR780），这种小分子在近红外照射下具有优异的光学性能和高效的光转换效率，在癌症光疗（包括PDT和光热疗）以及生物医学成像中受到了越来越多的关注[31]。IR780本身对ROS非常敏感，并且能够选择性地滞留在肿瘤细胞的线粒体中，从而产生良好的抗肿瘤效果[32] [33]。尽管IR780具有巨大潜力，但由于其水溶性差、肿瘤摄取低和系统性毒性高，其在光疗中的直接临床应用受到显著限制[34]。为了解决这些问题，人们付出了大量努力来开发提高IR780抗肿瘤效果和诱导ICD相关免疫反应的策略[31] [28]。同时，研究表明，将IR780与纳米材料共价结合可以显著提高肿瘤选择性和ROS生成能力[35]。
在这项研究中，我们通过简单的自组装策略构建了一种高度靶向肿瘤的光热疗平台（ICP@SRF-GPC3纳米粒子），该平台具备荧光成像和光免疫-铁死亡的协同效应，同时能够放大氧化应激并消耗GSH。如图1所示，IR780-半胱氨酸-聚乙二醇共聚物是通过硫键连接的半胱氨酸与聚乙二醇结合而成的。自组装后，这种两亲性共聚物形成了能够递送索拉非尼（SRF）的核壳结构纳米粒子，随后用Glypican-3（GPC3）单克隆抗体进行表面修饰（GPC3是一种在肝癌中高度表达但在正常肝组织中很少或不表达的膜相关糖蛋白，有助于纳米粒子的内吞作用[36]、[37]。目前，GPC3被广泛用于各种HCC细胞系的靶向研究，如人源HepG2和小鼠源Hepa1–6细胞[38]、[39]、[40]。值得注意的是，IR780在细胞内化后会在溶酶体逃逸过程中积累ROS，并提高细胞内的稳定性，进一步用于ICD诱导。随后，半胱氨酸中的硫键发生的氧化还原反应预计会耗尽细胞内的GSH储备并释放SRF。释放的SRF作为铁死亡诱导剂，可以直接抑制半胱氨酸/谷氨酸反转运蛋白Xc-，间接抑制GPX4，从而抑制GSH的合成并增强ROS的生成[41]、[42]。通过结合GSH耗尽和铁死亡驱动的ROS生成，激活的光免疫疗法介导的氧化应激得到增强。这一过程迅速触发了一系列DAMPs的释放，刺激了幼稚树突状细胞（DCs）的成熟，并诱导了T细胞依赖的适应性免疫反应。在携带GPC3过表达的Hepa1–6小鼠HCC模型中的体内评估显示，这种多功能纳米粒子表现出特定的肿瘤靶向性、高效的肿瘤内积聚和协同的治疗效果。总体而言，这种多方面的机制有效抑制了原发和远处转移肿瘤的进展，具有潜在的临床应用价值。
