IF=10.2 |重庆大学：甘草次酸修饰无载体自组装Pt (IV)纳米平台，双杀凋亡+铁死亡攻克肝癌顺铂耐药
发布时间：
2026-05-27
肝细胞癌（HCC）是全球发病率和死亡率最高的恶性肿瘤之一，其一线化疗药物顺铂因存在严重全身毒性、缺乏肿瘤选择性及频发获得性耐药的问题导致治疗效果受限。
Pt(IV)前药凭借生理条件下的化学惰性与肿瘤微环境响应性激活特性成为新一代铂类药物研发核心，可通过轴向位点修饰功能分子实现化疗协同增效，而能克服肿瘤细胞凋亡耐药的铁死亡，其抵抗与化疗耐药的关键机制均为核因子E2相关因子2（Nrf2）的异常激活。
本研究由重庆大学生物工程学院张义国、陈曦和重庆大学附属江津医院崔思乾等发表于国际权威期刊MaterialsTodayBio，创新性地将顺铂与具有肝靶向和Nrf2抑制活性的18β-甘草次酸（GA）共价偶联，构建了一种无载体自组装Pt(IV)纳米平台（DGANPs）。
该纳米粒可特异性富集于肝癌组织，在肿瘤细胞内高浓度谷胱甘肽（GSH）的作用下还原激活，同时释放顺铂和GA，通过激活p53/AMPK通路诱导凋亡，并通过抑制Nrf2抗氧化轴阻断PI3K/AKT/mTOR生存通路，进而触发铁死亡，实现双重细胞死亡通路的协同抗肿瘤效应，且能有效克服顺铂耐药，显著降低全身毒性。
标题：A highly biocompatible self-assembled Pt(IV) nanoplatform integrating Nrf2 inhibition for synergistic apoptosis and ferroptosis in hepatocellular carcinoma
译名：整合 Nrf2 抑制功能的高生物相容性自组装四价铂纳米平台用于肝细胞癌的凋亡 - 铁死亡协同治疗
影响因子：IF=10.2
发表时间：2026年4月
通讯作者:Siqian Cui 、Yiguo Zhang
研究思路
研究首先通过化学合成将顺铂氧化为Pt(IV)中间体，再与氨基修饰的GA偶联得到DGA共轭物，利用其两亲性自组装形成DGANPs，并对其理化性质、稳定性和还原响应性进行系统表征；
随后通过细胞实验验证DGANPs的细胞摄取效率、体外抗肿瘤活性及抗顺铂耐药能力；
进一步通过转录组测序、分子生物学实验和分子对接技术，分别解析DGANPs诱导凋亡和铁死亡的分子机制，明确Nrf2在其中的核心调控作用；
最后通过HepG2异种移植瘤模型，评价DGANPs的体内药代动力学特征、抗肿瘤疗效及系统安全性，完成从材料设计到机制解析再到体内验证的完整研究闭环。
文章主要内容
一、DGANPs的制备与表征：稳定均一，具有GSH响应释放特性
研究通过五步化学反应成功合成了DGA共轭物（Fig1A），并利用反溶剂沉淀法使其自组装形成纳米粒。电镜表征显示，DGANPs呈球形，分散性良好，平均粒径约80.72nm，多分散指数（PDI）<0.2，zeta电位约为-21.05mV（Fig1B-F）。
稳定性实验证实，DGANPs在pH7.4的PBS中可稳定存在120h以上，粒径和电位无明显变化（Fig1G-I），满足体内长循环的要求。更重要的是，DGANPs具有显著的GSH响应释放特性：在生理浓度GSH（1mM）下释放缓慢，而在肿瘤细胞内高浓度GSH（10mM）下，72h内药物释放率超过80%（Fig1J-K），实现了药物的肿瘤特异性激活。
细胞摄取实验显示，DGANPs通过能量依赖的内吞途径进入细胞，24h内细胞内铂积累量是游离顺铂的12.3倍，且Pt-DNA结合水平显著升高（Fig1L-N），为其增强的抗肿瘤活性奠定了基础。
Fig1、DGA 纳米粒的制备与表征
二、体外抗肿瘤活性显著，有效克服顺铂耐药
CCK-8实验结果显示，DGANPs对多种肿瘤细胞系均表现出强效的细胞毒性，对HepG2、Huh7、HCT116等细胞的IC₅₀值均显著低于游离顺铂（Table1）。尤为突出的是，在顺铂耐药细胞系Huh7/DDP中，DGANPs的IC₅₀仅为1.18μM，而游离顺铂的IC₅₀高达11.45μM，耐药指数从5.00降至0.77，表明其能有效克服顺铂耐药。
流式细胞术凋亡分析显示，5μMDGANPs处理HepG2细胞48h后，凋亡率达65.14%，显著高于游离顺铂（47.15%）和顺铂+GA物理混合组（55.34%）（Fig2A）。进一步研究发现，DGANPs可诱导细胞周期G2/M期阻滞（Fig2B-C），显著升高DNA双链断裂标志物γ-H2AX的水平（Fig2D-F），并造成严重的线粒体功能损伤，表现为线粒体膜电位下降、线粒体形态异常和活性氧（ROS）大量累积（Fig2G-O）。
Fig2、DGA 纳米粒对 HepG2 细胞的细胞毒性作用
三、DGANPs显著抑制肝癌细胞的集落形成和迁移能力
集落形成实验证实，DGANPs对HepG2细胞的增殖抑制能力显著强于游离顺铂和GA（Fig3A-D）。伤口愈合和Transwell实验结果显示，DGANPs能剂量依赖性地抑制肝癌细胞的迁移和侵袭能力，5μMDGANPs处理48h后，细胞迁移率仅为11.33%，远低于对照组（74.96%）和顺铂组（61.12%）（Fig3B-C,E-F），表明其具有潜在的抗转移作用。
Fig3、DGA 纳米粒通过协同激活 p53 和 AMPK/mTOR 通路诱导细胞凋亡
四、凋亡机制：协同激活p53和AMPK/mTOR通路
为解析DGANPs诱导凋亡的分子机制，研究对处理后的HepG2细胞进行了转录组测序。GO和KEGG富集分析显示，差异表达基因显著富集于细胞凋亡、p53信号通路和AMPK信号通路（Fig3G-J）。
Western blot验证实验证实，DGANPs可显著上调p53、Bax和cleavedcaspase-3的表达，下调抗凋亡蛋白Bcl-2的水平；同时激活AMPK，抑制其下游mTOR和p70S6K的磷酸化（Fig3K-L）。这些结果表明，DGANPs通过协同激活p53凋亡通路和AMPK/mTOR能量应激通路，共同诱导肝癌细胞凋亡。
五、铁死亡机制：抑制PI3K/AKT/mTOR通路，破坏氧化还原平衡
转录组数据同时提示，DGANPs处理后铁死亡相关通路发生显著改变（Fig4A）。进一步实验证实，DGANPs可显著升高细胞内Fe²⁺水平，降低GSH含量，并诱导大量脂质过氧化物（LPO）累积（Fig4B-D）。铁死亡特异性抑制剂Fer-1可部分逆转DGANPs诱导的细胞死亡，证实铁死亡是其重要的细胞死亡方式（Fig4E-G）。
机制研究发现，DGANPs可显著下调GPX4、SLC7A11和GSS等铁死亡关键蛋白的表达（Fig4H-I），并抑制PI3K/AKT/mTOR通路的激活（Fig4J）。使用AKT激动剂SC79可显著逆转DGANPs诱导的Fe²⁺升高和LPO累积，同时恢复GPX4和SLC7A11的表达（Fig4K-N），明确了PI3K/AKT/mTOR通路在DGANPs诱导铁死亡中的核心作用。
Fig4、DGA 纳米粒通过抑制 PI3K/AKT/mTOR 通路诱导铁死亡
六、核心发现：GA直接结合Nrf2，阻断其抗氧化功能
研究进一步揭示，Nrf2是DGANPs发挥协同抗肿瘤作用的关键靶点。Western blot结果显示，DGANPs可剂量依赖性地抑制Nrf2及其下游抗氧化蛋白SOD1、SOD2和NQO1的表达（Fig5A）。CETSA和分子对接证实，GA可直接结合Nrf2的Neh1结构域，阻碍其与DNA结合及异二聚化（Fig5B,FigS43）。
为验证Nrf2的功能，研究构建了Nrf2过表达（OE-Nrf2）和敲除（KO-Nrf2）HepG2细胞系。结果显示，Nrf2过表达可显著降低DGANPs的细胞毒性，减少LPO累积；而Nrf2敲除则显著增强细胞对DGANPs的敏感性（Fig5C-G）。进一步实验证实，Nrf2通过调控PI3K/AKT/mTOR通路影响铁死亡进程，Nrf2过表达可恢复该通路的活性，逆转DGANPs诱导的铁死亡（Fig5H-J）。
Fig5、Nrf2 介导 DGA 纳米粒诱导的 HepG2 细胞铁死亡
七、体内验证：抗肿瘤疗效显著，系统毒性大幅降低
药代动力学实验显示，DGANPs的血浆半衰期约为18.5h，是游离顺铂的9.25倍；24h时肿瘤组织内铂浓度是游离顺铂的4.1倍，而肾脏铂浓度降低了42%，肿瘤/肾脏铂比值提高了7.1倍，表明其具有优异的肿瘤靶向性和较低的肾毒性风险。
在HepG2异种移植瘤模型中，DGANPs的肿瘤生长抑制率（TGI）达71.81%，显著高于游离顺铂组（49.21%）和顺铂+GA混合组（66.76%）（Fig6A-E）。更重要的是，DGANPs治疗组小鼠体重稳定，无明显全身毒性；而顺铂组小鼠出现明显的体重下降和肾损伤，表现为血尿素氮（BUN）升高和肾小管结构破坏（Fig6F,I-M）。
Fig6、DGA 纳米粒在 HepG2 异种移植瘤 BALB/c 裸鼠中的抗肿瘤作用
肿瘤组织免疫荧光分析证实，DGANPs组肿瘤组织中DNA损伤标志物γ-H2AX、凋亡标志物cleavedcaspase-3和铁死亡标志物4-HNE的阳性率最高，而Nrf2和GPX4的表达水平最低（Fig7），与体外机制研究结果一致。
Fig7、肿瘤组织的免疫荧光分析
文章总结
本研究是铂类纳米药物与铁死亡联合治疗领域的重要突破，实现了三大核心创新：
- 设计了新型无载体自组装Pt(IV)纳米平台：
通过共价偶联顺铂和GA，利用两亲性自组装形成均一稳定的纳米粒，兼具肝靶向性和GSH响应释放特性，显著提高了药物的肿瘤富集效率，降低了全身毒性；
- 揭示了双重细胞死亡协同机制：
首次证实GA通过直接结合Nrf2抑制其抗氧化功能，一方面协同顺铂诱导DNA损伤和p53/AMPK介导的凋亡，另一方面通过阻断PI3K/AKT/mTOR通路触发铁死亡，实现了凋亡与铁死亡的协同增效，有效克服了顺铂耐药；
- 体内验证了优异的治疗效果：
在肝癌异种移植瘤模型中，DGANPs展现出显著优于游离顺铂和药物混合组的抗肿瘤活性，且无明显系统毒性，为肝癌的临床治疗提供了一种极具潜力的新型纳米药物。
此外，本研究建立的“化疗药物+天然产物靶点抑制剂”共价偶联自组装策略，也为其他恶性肿瘤的纳米药物研发提供了重要的参考和借鉴。
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