Synergy of hypoxia relief and chromatin remodeling to overcome tumor radiation resistance

緩解缺氧和染色質重塑的協同作用，以克服腫瘤輻射抵抗

來源：Biomaterials Science Published on 23 July 2020.

 

1. 論文摘要核心內容

 

研究開發了一種多功能納米顆粒 CAT-SAHA@PLGA：

 

過氧化氫酶（CAT） 分解腫瘤內過氧化氫（H?O?）產生氧氣，緩解腫瘤缺氧（圖5b）。

 

 

組蛋白去乙酰化酶抑制劑（SAHA） 松弛染色質結構，增強DNA對放療的敏感性（圖3c-d）。

 

 

雙重協同機制：

 

缺氧緩解提升放療產生的活性氧（ROS）穩定性。

 

染色質重塑使DNA更易受氧化損傷（圖1）。

 

 

療效：在結腸癌（CT26）模型中，聯合放療使腫瘤抑制率達 87.28%（圖6b），顯著優于單藥治療。

 

 

2. 研究目的

 

解決腫瘤微環境中 缺氧 和 HDAC過表達 導致的放療抵抗，通過納米載體共遞送CAT與SAHA，實現放療增敏。

3. 研究思路

 

1.納米顆粒設計：

 

采用 水/油/水雙乳化法 制備PLGA納米顆粒，將親水性CAT封裝在內腔，疏水性SAHA嵌入PLGA外殼（圖1）。

 

粒徑約144 nm（圖2a），Zeta電位-4.80 mV（圖2b），穩定性良好（48小時內粒徑無顯著變化，圖2c）。

 

 

2.機制驗證：

 

缺氧緩解：CAT分解H?O?產氧，Unisense電極實時監測瘤內氧濃度升至55 μM（圖5b）。

 

染色質重塑：SAHA抑制HDAC，增加組蛋白乙酰化，γ-H2AX染色顯示DNA損傷增強（圖3c-d）。

3.體內外評價：

 

體外：聯合放療使CT26細胞存活率降低至20%（圖3b）。

 

體內：靜脈注射后納米顆粒在腫瘤富集（圖4b），聯合放療顯著抑制腫瘤生長（圖6a-b）。

 

4. 關鍵數據及研究意義

(1) 納米顆粒特性與藥物釋放（圖2）

 

數據：

 

包封率：CAT 66.88%，SAHA 18.78%（表S1-S2）。

 

SAHA緩釋：24小時釋放40%（圖2d）。

 

CAT活性保護：蛋白酶環境中保持80%活性（圖2e）。

 

意義：PLGA外殼有效保護CAT活性，延長SAHA循環時間，解決裸酶易降解和HDAC抑制劑藥代動力學差的問題。

 

(2) 缺氧緩解與氧動力學（圖5）

 

數據：

 

CAT-SAHA@PLGA注射后，瘤內H?O?濃度下降50%（圖5a），氧濃度瞬時升至55 μM（圖5b）。

 

HIF-1α表達顯著降低（圖5d），證實缺氧逆轉。

 

意義：直接驗證CAT的催化活性在體內有效，為放療增敏提供氧支持。

 

(3) 放療增敏機制（圖3 & 圖6）

 

數據：

 

DNA損傷：γ-H2AX焦點密度增加3倍（圖3d），表明DNA雙鏈斷裂加劇。

 

體內療效：聯合放療組腫瘤體積縮小87.28%（圖6b），Ki67增殖標志物減少，TUNEL凋亡增加（圖6d-f）。

 

意義：協同機制顯著提升放療療效，SAHA松弛染色質使DNA更易受氧自由基損傷。

 

5. 結論

 

1.協同增敏：CAT緩解缺氧 + SAHA重塑染色質，克服單一策略的局限性。

2.納米載體優勢：PLGA納米顆粒保護CAT活性，延長SAHA半衰期（t?/?從2.6小時增至3.95小時），提升腫瘤靶向性。

3.安全性：未觀察到顯著肝腎毒性或體重下降（圖7）。

 

6. 丹麥Unisense電極的核心價值

(1) 技術角色

 

實時動態監測瘤內氧分壓：

 

使用Clark氧電極（OX25，Unisense）直接插入腫瘤組織，記錄注射納米顆粒后的氧濃度變化（方法4.8）。

 

關鍵數據：注射CAT-SAHA@PLGA后，氧濃度在25分鐘內從基線升至55 μM（圖5b）。

 

(2) 研究意義

 

機制驗證：

 

直觀證明CAT在瘤內的持續催化活性（H?O?→O?），推翻“裸酶在體內易失活”的固有認知。

 

揭示氧動力學特征：產氧速率與持續時間，為放療時機選擇提供依據（如氧濃度>40 μM時放療效果最佳）。

 

方法學創新：

 

突破傳統終點法檢測（如HIF-1α染色）的局限，實現 原位、實時、定量 的氧監測。

 

首次在體內量化納米催化劑的瞬時氧生成能力，為類似研究提供金標準。

 

(3) 科學價值

 

療效關聯性：氧濃度峰值（55 μM）與放療抑制率（87.28%）直接關聯，證實“缺氧緩解”是增敏的關鍵環節。

 

轉化啟示：Unisense電極的高靈敏度（μM級分辨率）適用于臨床腫瘤氧分壓監測，指導個體化放療方案。

 

總結

 

本研究通過 CAT產氧 + SAHA染色質重塑 的協同策略，顯著提升放療療效。丹麥Unisense電極在 原位氧動力學監測 中發揮不可替代的作用：其微創針式探針直接量化瘤內氧分壓變化，不僅驗證了CAT的持續催化活性，更為“缺氧緩解增敏放療”的理論提供了最直接的實驗證據。未來可基于此技術優化放療時機，實現氧濃度導向的精準治療。