標題：Unimolecular Self-Assembled Hemicyanine-Oleic Acid Conjugate Acts as a Novel Succinate Dehydrogenase Inhibitor to Amplify Photodynamic Therapy and Eliminate Cancer Stem Cells  

單分子自組裝半菁-油酸偶聯物作為一種新型琥珀酸脫氫酶抑制劑，可放大光動力療法

期刊：Wang et al. 2023

 

摘要內容

 

本研究開發了一種新型線粒體靶向的自組裝納米顆粒（CyOA NPs），由血青素-油酸共軛物（hemicyanine-oleic acid conjugate）構成，無需外源輔料即可自組裝成超分子納米顆粒。CyOA NPs具有雙重功能：  

抑制氧化磷酸化（OXPHOS）：靶向線粒體復合物II的琥珀酸脫氫酶（SDHA），降低氧氣消耗，逆轉腫瘤缺氧；  

 

增強光動力療法（PDT）：在660 nm激光照射下產生線粒體活性氧（Mito-ROS），顯著殺傷乳腺癌干細胞（BCSCs）。  

 

在4T1乳腺癌模型和BCSC模型中，CyOA NPs的抑瘤效果和抗轉移能力均優于臨床光敏劑Hiporfin，且無顯著毒性。  

 

研究目的

 

解決傳統光動力療法（PDT）的固有瓶頸：  

活性氧（ROS）壽命短、擴散距離有限；  

 

實體瘤缺氧環境限制PDT療效；  

 

癌癥干細胞（CSCs）對常規治療的耐藥性。  

 

研究思路

分子設計：  

 

將油酸（oleic acid）與血青素染料（IR780/IR783衍生物）共軛，合成 CyOA 和 SO?-CyOA（圖2A）。  

 

 

利用油酸的疏水性驅動自組裝形成納米顆粒（CyOA NPs/SO?-CyOA NPs）。  

機制驗證：  

 

缺氧逆轉：證實CyOA靶向SDHA抑制OXPHOS，降低氧氣消耗（圖3C-E）；  

 

線粒體靶向PDT：CyOA NPs富集于線粒體，激光照射后產生高濃度Mito-ROS（圖4B）。  

療效評估：  

 

體外：比較CyOA NPs與SO?-CyOA NPs對BCSCs的殺傷效果（圖4C-E）；  

 

體內：在4T1和BCSC移植瘤模型中評估抑瘤及抗轉移能力（圖5）。  

 

測量數據及研究意義

缺氧緩解與OXPHOS抑制（圖3）  

 

數據：  

 

Clark電極顯示CyOA NPs處理組細胞耗氧率降低40%（圖3C）；  

 

Seahorse分析表明CyOA抑制基礎/最大呼吸速率（圖3D）；  

 

ATP合成減少（圖3E），Hif-1α表達下調（圖3F）。  

 

意義：首次發現CyOA直接結合SDHA（分子對接與免疫共沉淀驗證，圖3G-H），逆轉腫瘤缺氧，為PDT提供內源性氧氣支持。  

 

ROS生成與細胞殺傷（圖4）  

 

數據：  

 

流式細胞術顯示CyOA NPs在缺氧下仍產生高水平Mito-ROS（32倍于對照組，圖4B）；  

 

對BCSCs的IC??為1.4 μM（SO?-CyOA NPs為70.6 μM），抑制乳腺球形成（圖4C-E）。  

 

意義：缺氧耐受性PDT高效殺傷CSCs，克服傳統PDT瓶頸。  

體內抗腫瘤效果（圖5）  

 

數據：  

 

CyOA NPs+L組在4T1模型中抑瘤率67%（Hiporfin組53%），肺轉移結節減少（圖5B-C, M-N）；  

 

BCSC模型中抑瘤率83%（圖5L），CD44?CD24? CSC比例下降62%（圖5F）。  

 

意義：自組裝納米顆粒兼具靶向遞送、缺氧調節與PDT功能，顯著抑制腫瘤生長和轉移。  

 

丹麥Unisense電極數據的詳細解讀

測量方法（Materials and Methods）  

 

  使用Unisense Clark氧電極直接監測細胞培養液中溶解氧濃度變化（圖3C）。

 

研究意義：  

直接量化OXPHOS抑制：通過實時記錄氧氣消耗速率，證明CyOA NPs顯著降低細胞呼吸作用（40%降幅），為"氧氣節約"策略提供直接證據。  

 

技術優勢：相較于間接檢測（如Hif-1α表達），Clark電極提供動態、高靈敏度的氧氣代謝數據，與Seahorse分析互補，共同驗證CyOA的OXPHOS抑制機制。  

 

生理相關性：在近似生理條件下（37°C，密閉系統）測量，數據更貼近體內微環境，支持CyOA在實體瘤缺氧調控中的轉化價值。  

 

結論

雙重功能分子設計：CyOA NPs是首個兼具SDHA抑制劑和線粒體靶向光敏劑的自組裝納米顆粒，通過抑制OXPHOS逆轉腫瘤缺氧，并增強PDT。  

 

高效清除CSCs：對BCSCs的光毒性比SO?-CyOA NPs高50.4倍，顯著抑制乳腺球形成和腫瘤遷移。  

 

臨床轉化潛力：在移植瘤模型中療效優于臨床光敏劑Hiporfin，且無系統性毒性（圖5），為克服PDT耐藥性提供新策略。