Hyperbaric Oxygen Boosts Antitumor Efficacy of Copper-Diethyldithiocarbamate Nanoparticles against Pancreatic Ductal Adenocarcinoma by Regulating Cancer Stem Cell Metabolism

高壓氧通過調節癌癥干細胞代謝增強銅-二乙基二硫代氨基甲酸酯納米顆粒對胰腺導管腺癌的抗腫瘤療效

來源：Research 2024;7:Article 0335

《研究》2024年第7卷第0335號文章

摘要內容：

摘要指出銅死亡（cuproptosis）納米藥物在胰腺導管腺癌（PDAC）治療中因癌癥干細胞（CSCs）的缺氧微環境和糖酵解代謝而受限。研究通過高壓氧（HBO）克服腫瘤缺氧，將CSCs代謝從糖酵解重編程為氧化磷酸化（OXPHOS），同時利用銅-二乙基二硫代氨基甲酸酯納米顆粒（CuET@PH NPs）靶向三羧酸（TCA）循環蛋白誘導銅死亡。體外和體內實驗表明，HBO與CuET@PH NPs聯用顯著抑制CSCs能量代謝，清除CSCs，并有效抑制腫瘤生長和延長生存期。

研究目的：

解決銅死亡納米療法在PDAC中因缺氧微環境和CSCs代謝可塑性導致的療效受限問題，探索HBO調控CSCs代謝以增強CuET@PH NPs抗腫瘤效果的機制。

研究思路：

納米顆粒設計與優化：合成聚多巴胺和羥乙基淀粉穩定的CuET@PH NPs（圖2A），提升系統給藥穩定性。

代謝調控機制驗證：

體外實驗：在缺氧、常氧和HBO條件下，分析CuET@PH NPs對PDAC CSCs代謝通路（糖酵解/OXPHOS）的影響（圖3-5）。

機制探索：通過靶向代謝組學、線粒體呼吸（OCR）、蛋白表達（WB）等闡明HBO如何逆轉缺氧并增強CuET@PH NPs對TCA循環的破壞。

體內療效評價：

建立原位PDAC小鼠模型，驗證HBO增強CuET@PH NPs腫瘤靶向性。

分析聯合治療對CSCs清除（圖6）、腫瘤生長抑制（圖7A-B）及生存期延長（圖7J）的作用。

測量數據及研究意義：

納米顆粒表征（圖2B-G 如下）：尺寸（122 nm）、電位（-10.8 mV）、元素分布及穩定性，證明CuET@PH NPs適合系統給藥。

細胞毒性（圖2I-J,）：HBO使CuET@PH NPs對CSCs的IC50從缺氧下的0.086 μg/ml降至0.064 μg/ml，證實HBO逆轉缺氧耐藥。

代謝組學（圖3-5）：

HBO顯著下調糖酵解產物（D-葡萄糖、乳酸等），上調TCA循環代謝物（檸檬酸）。

CuET@PH NPs在HBO下誘導DLAT蛋白寡聚化（圖3G, 5D），破壞線粒體功能。

線粒體功能（圖3E-F, 4H）：

HBO提升CSCs基礎呼吸（3.82倍）和最大呼吸（4.43倍）。

CuET@PH NPs在HBO下抑制線粒體備用呼吸能力（47.3%）。

丹麥Unisense電極數據（圖4J-K）：

測量結果：直接檢測細胞耗氧速率（OCR），顯示HBO組CSCs耗氧量顯著高于缺氧組。

研究意義：首次在單細胞水平證實HBO將CSCs代謝從糖酵切換至OXPHOS，為銅死亡納米療法增效提供直接生理證據，避免間接代謝推算的偏差。

體內效果（圖6-7如下）：

HBO使CuET@PH NPs腫瘤蓄積提升2.58倍，CSCs內ROS增加12.79倍（圖6B如下）。

聯合治療降低CSCs比例（CD133+細胞減少66.3%，圖6C如下）并抑制腫瘤球形成（圖6F-H如下）。

協同下調HIF-1α/GLUT1/LDHA蛋白（圖7C-G如下），延長小鼠中位生存期（圖7J如下）。

結論：

HBO通過抑制HIF-1α通路下調GLUT1/LDHA，阻斷CSCs糖酵解，逆轉缺氧微環境。

CuET@PH NPs在OXPHOS主導的代謝狀態下有效破壞TCA循環，誘導DLAT寡聚化和線粒體損傷（圖5E-F）。

HBO與CuET@PH NPs協同抑制CSCs能量代謝（雙通路阻斷），清除CSCs并抑制腫瘤生長（TIR達69%）。

該聯合策略為PDAC臨床治療提供新思路，尤其適用于靶向代謝可塑性的耐藥腫瘤。