叶酸修饰的壳聚糖纳米颗粒与水飞蓟素和多西他赛联合使用,能够诱导宫颈癌细胞的CDK介导的细胞周期停滞和凋亡

时间:2026年3月26日
来源:International Journal of Biological Macromolecules

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宫颈癌纳米靶向治疗研究显示,叶酸修饰的壳聚糖纳米颗粒(SIL-DOC@FA-CSNCs)负载水飞蓟素和多柔比星,粒径124.3 nm,包封率96.12%,能显著抑制CDK4/6,诱导G0/G1期阻滞和凋亡,协同指数0.285,同时具备抗菌抗氧化特性。

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王后红|罗春|陈文丽|王雅云|孙胜文|邓继祥|徐伟琪|李中民
中国阜阳师范学院附属第一医院普通外科

摘要

全球范围内,宫颈癌仍然是导致女性癌症相关死亡的主要原因之一,尤其是在低收入和中等收入国家。在本研究中,我们制备了载有水飞蓟素(SIL)和多西他赛(DOC)并修饰有叶酸(FA)的壳聚糖纳米颗粒(SIL-DOC@FA-CSNCs),这些纳米颗粒针对宫颈癌细胞(HeLa细胞),并对其合成、物理化学性质和抗癌活性进行了系统评估。多种表征研究表明,水飞蓟素和多西他赛成功被结合到壳聚糖纳米颗粒中。制备的SIL-DOC@FA-CSNCs平均粒径为124.3纳米,多分散指数为0.272±0.01,Zeta电位为+15.32毫伏,表明具有良好的胶体稳定性,包封效率为96.12±0.14%,药物载量为约77.9%。将SIL-DOC@FA-CSNCs暴露于HeLa宫颈癌细胞24小时后,使用MTT测定法检测其细胞毒性,并通过流式细胞术研究细胞周期变化。组合指数分析显示水飞蓟素和多西他赛之间存在强烈的协同作用,CI值为0.285。此外,RT-PCR研究证实CDK抑制剂p21水平升高,而重要的细胞周期依赖性激酶(Cyclin D1和CDK4)水平降低,表明细胞周期停滞在G0/G1期。流式细胞术凋亡分析显示早期凋亡细胞(13.11%)和晚期凋亡细胞(45.37%)数量增加,同时细胞内ROS生成增加。SIL-DOC@FA-CSNCs还表现出显著的抗菌能力、抗氧化能力和与CDK靶点的良好结合亲和力。这些发现表明SIL-DOC@FA-CSNCs是一种有前景的多功能纳米治疗策略,可用于宫颈癌。

引言

宫颈癌是女性中最常见的妇科癌症之一,每年导致大量死亡。该癌症是全球女性中第四大常见癌症,全球共有604,127例新发病例和341,831例死亡病例[1] [2]。超过90%的宫颈癌病例由人乳头瘤病毒(HPV)感染引起。其中,HPV-16和HPV-18是导致宫颈上皮细胞肿瘤形成的主要因素[3]。在发达国家,疫苗接种和细胞学检查在降低HPV感染风险和识别癌前病变方面起着关键作用。然而,在发展中国家和欠发达国家,宫颈癌的发病率仍然很高。东非、南部非洲和西部非洲地区的宫颈癌发病率较高。这些地区的高发病率可归因于社会经济劣势、HPV感染率较高、意识不足以及早期筛查策略不足等因素[4]。为了提高治疗效果,确定宫颈癌的确切分子机制并寻找新的治疗靶点至关重要。
发展中国家的人们面临着日益严峻的形势[5]。目前的癌症治疗方法包括化疗、放疗、手术切除和激素治疗。传统癌症治疗方法(尤其是化疗)无法有效针对特定细胞,导致健康细胞和病变细胞同时受损。这些方法伴随严重的副作用和降低的生活质量,以及药物输送不精准、在肿瘤部位积累不足和耐药性的出现[6]。化疗是一种有效的治疗方法,但由于单一药物无法有效消除癌细胞,因此需要多模式治疗[7]。作为一线治疗手段,建议使用不同的药物组合。纳米药物输送系统通过改善药物的保留性和渗透性,为提高不同药物和生物活性物质的治疗效果提供了新的途径[8]。
在恶性肿瘤(尤其是宫颈癌)中,细胞周期依赖性激酶(CDKs),特别是CDK4和CDK6,常常发生异常。它们是细胞周期G1-S期转换的重要调节因子[9] [10]。根据Tavakolian等人的研究[11],宫颈癌中的高风险HPV致癌蛋白(E6/E7)会抑制肿瘤抑制因子,从而促进CDK过度活跃。通过靶向CDK4/6,可以诱导细胞凋亡,恢复细胞周期控制,并提高治疗效果[12]。因此,CDKs是抗癌治疗中的重要靶点。CDK4/6抑制剂已在激素受体阳性乳腺癌中显示出临床效果,目前也在宫颈癌和其他癌症中进行研究[13]。这些物质可以抑制细胞增殖,导致G1期细胞周期停滞,并可能使肿瘤对其他治疗方法更敏感。通过纳米系统给药,水飞蓟素和多西他赛等物质能够调节CDK活性,提高宫颈癌的治疗效果。除了抗癌作用外,该配方还具有抗菌和抗氧化特性,对免疫系统受损的癌症患者有益。针对CDK4和CDK6的分子对接实验进一步揭示了这些物质的作用机制。
营养流行病学研究表明,多吃水果和蔬菜与降低多种癌症风险有关[14]。水飞蓟素是一种从奶蓟(Silybum marianum)中提取的黄酮木脂素复合物,包含水飞蓟素、水飞蓟苷和水飞蓟克里斯汀等多种黄酮木脂素[15]。水飞蓟素通过抗炎、清除自由基和促进细胞死亡来保护肝脏和胰腺健康[16]。它已在多种癌症类型中显示出抗癌作用[17]。然而,其临床应用受到水溶性低、生物利用度低和代谢快的限制。这些因素凸显了需要有效的输送方法来增强水飞蓟素在肿瘤治疗中的效果。将水飞蓟素封装在纳米颗粒中可以提高其生物利用度和治疗效果。
多西他赛(DTX)是一种传统的紫杉烷类化疗药物,对人类肿瘤的治疗至关重要。它通过抑制细胞周期中的有丝分裂来限制细胞增殖并最终诱导细胞死亡[18]。DTX与微管蛋白的β亚单位结合,促进稳定、无功能的微管形成,抑制微管解聚,从而导致有丝分裂停滞和细胞死亡[19]。尽管疗效显著,但全身性不良反应和耐药性问题仍然存在。将其与水飞蓟素等植物化学物质结合使用可能提高疗效并减少剂量依赖性影响。
通过纳米颗粒配方保持两种药物之间的最佳比例对于确保其协同作用至关重要。将多种抗癌药物封装在不同的纳米颗粒中具有挑战性,因为这些药物需要保持其关键的物理和化学性质[20] [21]。能够封装具有不同物理化学性质的多种药物并保持可控比例的纳米制剂有利于药物在组织内的输送[22]。Zhang等人的研究表明,纳米颗粒具有多种优势,包括减少血液循环中的分解、精确给药、降低毒性、提高化疗药物的生物利用度和治疗效果,从而对抗耐药性[23]。壳聚糖是一种由β-(1,4)-连接的葡糖胺单元组成的生物聚合物,由于其成本效益、生物粘附性、可生物降解性、无毒性和生物相容性,比合成聚合物更受欢迎。壳聚糖的生物粘附性延长了药物在吸收部位的停留时间,从而提高其生物利用度。将其与适当的载体结合可以增强植物基纳米颗粒的生物效应[24]。
通过克服交叉耐药性和实现协同作用,联合疗法可以最大化治疗效果并减少毒性。联合疗法利用多种药物针对恶性肿瘤发展过程中的不同疾病、基因或细胞周期检查点的协同作用来提高治愈几率。NP介导的联合疗法是在单个纳米颗粒中输送具有不同物理化学和治疗特性的多种治疗药物[25]。为了治疗肺癌,Zhu等人制备了输送化疗药物姜黄素和多西他赛的壳聚糖纳米颗粒[26]。此外,还有将胡椒碱和多西他赛装载到基于壳聚糖的纳米载体中的研究[27]。
DOC和水飞蓟素具有抗癌和促氧化特性;因此,我们认为当它们共同封装在壳聚糖中时,可以通过触发癌细胞的特定信号通路来共同预防癌症发生。本研究通过体外和计算机模拟方法制备了SIL-DOC@FA-CSNCs,并评估了其对宫颈癌的物理化学特性和生物活性。据我们所知,这是首次使用壳聚糖纳米颗粒策略同时输送水飞蓟素和多西他赛的研究,利用体外和计算机模拟方法评估了这些药物对宫颈癌的抗菌、抗氧化和抗癌作用。

化学物质和试剂

水飞蓟素(分子量:482.44克/摩尔,纯度≥98%)和多西他赛(分子量:807.88克/摩尔,纯度≥99%)购自Sigma-Aldrich(美国密苏里州圣路易斯)。壳聚糖(分子量:50–190千道尔顿,脱乙酰化程度≥75%)和三聚磷酸钠(STPP;分子量:367.86克/摩尔,纯度≥98%),叶酸(分子量:441.40克/摩尔,纯度≥97%)也来自Sigma-Aldrich。此外还使用了吖啶橙、溴化乙锭、DAPI、DPPH、ABTS、过硫酸钾、H₂DCFDA、碘化丙啶和Annexin V/FITC凋亡检测试剂盒

SIL-DOC@CSNCs的制备策略

将水飞蓟素(SIL)和多西他赛(DOC)有效结合到基于壳聚糖的纳米复合材料(SIL-DOC@CSNCs)中,为联合输送植物来源的药物和化疗药物提供了有希望的途径,以实现双重癌症治疗。例如,多西他赛和水飞蓟素的疏水性可以与其它疏水性抗癌药物结合,制备SIL-DOC@CSNCs。本研究选择了多西他赛与水飞蓟素的协同作用进行探讨

讨论

尽管在传统治疗和靶向治疗方面取得了重大进展,但宫颈癌治疗的最大挑战之一是治疗失败。全球范围内,晚期或复发性宫颈癌患者的生存率低于30%。临床根据疾病阶段采用多种治疗方法,包括放疗、化疗和同步化放疗。然而,当患者...

结论

本研究成功制备并研究了载有水飞蓟素和多西他赛的壳聚糖纳米颗粒(SIL-DOC@FA-CSNCs)的多模式治疗效果。这些纳米复合材料表现出正表面电荷、良好的胶体稳定性和均匀的纳米尺寸等有利特性。有趣的是,它们还具有强抗氧化和抗菌特性,表明它们可能有助于抵抗肿瘤中的感染和氧化应激

作者贡献声明

王后红:撰写原始稿件,参与研究。罗春:撰写原始稿件,参与研究。陈文丽:撰写原始稿件,参与研究。王雅云:验证数据,方法学设计,进行正式分析。孙胜文:验证数据,方法学设计,进行正式分析。邓继祥:撰写原始稿件,负责监督和概念设计。徐伟琪:撰写原始稿件,负责监督和概念设计。李中民:撰写原始稿件,负责监督和概念设计。

参与同意书

不适用。

发表同意书

不适用。

伦理批准

本研究不适用伦理批准。

利益冲突声明

作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

阜阳市卫生健康委员会研究项目 FYZC2024001, FYZC2024–018阜阳市卫生健康委员会麒麟项目 FY2024–006阜阳市临床转化研究项目博士研究项目博州科学技术计划项目 bzzd2024006

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