【引言】

缺氧是实体瘤重要的特征。在缺氧环境下，瘤体组织以糖酵解的方式进行代谢，从而产生大量的乳酸和细胞繁殖所需的能量。同时，单羧酸转运蛋白表达上调（MCTS），以维持胞内的pH。活性氧簇（ROS）的高表达也是实体瘤的一个重要特征。例如瘤体细胞内H2O2量一般高于100μM，正常细胞H2O2量约在20nM。本文合成了一种装载siRNA非晶氧化铁（AIO）纳米药物（NP(siMCT4) or AIO RNAi NPs）。该药物能抑制MCTs的上调，使细胞酸中毒，同时发生类芬顿反应（Feton-like）催化H2O2产生羟基自由基，从而杀死肿瘤细胞，抑制肿瘤生长。

【成果简介】

近日，哈佛大学医学院施进军教授团队在肿瘤治疗方面取得了一定的研究进展。研究人员合成了一种装载siRNA非晶氧化铁纳米药物，包裹的siRNA能抑制MCT4的表达导致细胞酸中毒，酸性条件下非晶氧化铁能更好的发生类芬顿反应产生细胞毒性。此项研究成果以“Engineering Multifunctional RNAi Nanomedicine To Concurrently Target Cancer Hallmarks for Combinatorial Therapy”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。

【图文导读】

图1：AIO RNAi NPs表征及细胞实验。

（a）AIO RNAi NPs的透射电镜图；

（b）AIO RNAi NPs的X射线晶体衍射（XRD）；

（c）不同浓度的H2O2条件下AIO RNAi纳米粒子的ESR谱；

（d）Cy-5标记的AIO RNAi NPs 与Hela细胞共孵育荧光共聚焦成像；

（e）荧光共聚焦监测细胞内羟基自由基产生；

（f）用四甲吖啶（AO）对与PBS或AIO NPs 共孵育的PC3细胞染色。AIO NPs处理细胞中减少的红点表明溶酶体/溶酶体的膜完整性丧失；

（g）AIO RNAi NPs的组织渗透能力。

图2：siRNA调节胞内pH蛋白促进类芬顿反应。

（a）NP(siControl)与NP(siMCT4)处理后的PC3细胞的MCT4蛋白质印迹分析；

（b）NP(siControl)与NP(siMCT4)处理后的PC3细胞的MCT4免疫荧光分析；

（c）NP(siControl)与NP(siMCT4)处理后乳酸含量随时间的改变；

（d）NP(siControl)与NP(siMCT4)处理后ROS的变化；

（e）PBS、NP(siControl)、NP(siMCT4)处理后的细胞增殖；

（f）流式细胞仪分析PBS处理后PC3细胞凋亡情况；

（g）流式细胞仪分析NP(siControl)处理后PC3细胞凋亡情况；

（h）流式细胞仪分析NP(siMCT4)处理后PC3细胞凋亡情况；

  载有具有沉默MCT4蛋白的siRNA的纳米药物与细胞共孵育后。细胞内乳酸增加，促进类芬顿反应的发生，产生更多的ROS。

图3：小鼠代谢实验。

（a）AIO RNAi NPs的药代动力学曲线；

（b）AIO RNAi NPs的代谢生物分布；

（c）前列腺癌荷瘤小鼠静脉注射Cy-5标记的AIO RNAi NPs 24 h后器官荧光成像；

（d）前列腺癌荷瘤小鼠注射Cy-5标记的AIO RNAi NPs 4小时后的肿瘤切片的荧光图像。

图4： 活体实验。

（a）前列腺癌荷瘤小鼠静脉注射NP(siControl)与NP(siMCT4)后进行MCT4蛋白质印迹分析；

（b）PBS、NP(siControl)、NP(siMCT4)治疗后异种移植PC3细胞的小鼠肿瘤生长情况；

（c）PBS、NP(siControl)、NP(siMCT4)治疗后的荷瘤鼠及肿瘤的代表性图片；

（d）PBS、NP(siControl)、NP(siMCT4)治疗后的荷瘤鼠的核磁成像。

【小结】

本文成功地设计并构建了一种多功能的的复合纳米药物装载siRNA非晶氧化铁（AIO）纳米药物（NP(siMCT4) or AIO RNAi NPs）。该药物具有巧妙的协作效果，siRNA沉默MCT4蛋白表达，从而增加了乳酸在细胞内滞留导致细胞酸中毒。pH值的降低进一步促进非晶氧化铁与癌细胞过量表达的H2O2发生类芬顿反应，产生大量的羟基自由基。