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

緩解缺氧和染色質(zhì)重塑的協(xié)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(nèi)容

 

研究開發(fā)了一種多功能納米顆粒 CAT-SAHA@PLGA：

 

過氧化氫酶（CAT） 分解腫瘤內(nèi)過氧化氫（H?O?）產(chǎn)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(zhì)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)DNA對(duì)放療的敏感性（圖3c-d）。

 

 

雙重協(xié)同機(jī)制：

 

缺氧緩解提升放療產(chǎn)生的活性氧（ROS）穩(wěn)定性。

 

染色質(zhì)重塑使DNA更易受氧化損傷（圖1）。

 

 

療效：在結(jié)腸癌（CT26）模型中，聯(lián)合放療使腫瘤抑制率達(dá) 87.28%（圖6b），顯著優(yōu)于單藥治療。

 

 

2. 研究目的

 

解決腫瘤微環(huán)境中 缺氧 和 HDAC過表達(dá) 導(dǎo)致的放療抵抗，通過納米載體共遞送CAT與SAHA，實(shí)現(xiàn)放療增敏。

3. 研究思路

 

1.納米顆粒設(shè)計(jì)：

 

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(nèi)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(wěn)定性良好（48小時(shí)內(nèi)粒徑無顯著變化，圖2c）。

 

 

2.機(jī)制驗(yàn)證：

 

缺氧緩解：CAT分解H?O?產(chǎn)氧，Unisense電極實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)瘤內(nèi)氧濃度升至55 μM（圖5b）。

 

染色質(zhì)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(qiáng)（圖3c-d）。

3.體內(nèi)外評(píng)價(jià)：

 

體外：聯(lián)合放療使CT26細(xì)胞存活率降低至20%（圖3b）。

 

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

 

4. 關(guān)鍵數(shù)據(jù)及研究意義

(1) 納米顆粒特性與藥物釋放（圖2）

 

數(shù)據(jù)：

 

包封率：CAT 66.88%，SAHA 18.78%（表S1-S2）。

 

SAHA緩釋：24小時(shí)釋放40%（圖2d）。

 

CAT活性保護(hù)：蛋白酶環(huán)境中保持80%活性（圖2e）。

 

意義：PLGA外殼有效保護(hù)CAT活性，延長SAHA循環(huán)時(shí)間，解決裸酶易降解和HDAC抑制劑藥代動(dòng)力學(xué)差的問題。

 

(2) 缺氧緩解與氧動(dòng)力學(xué)（圖5）

 

數(shù)據(jù)：

 

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

 

HIF-1α表達(dá)顯著降低（圖5d），證實(shí)缺氧逆轉(zhuǎn)。

 

意義：直接驗(yàn)證CAT的催化活性在體內(nèi)有效，為放療增敏提供氧支持。

 

(3) 放療增敏機(jī)制（圖3 & 圖6）

 

數(shù)據(jù)：

 

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

 

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

 

意義：協(xié)同機(jī)制顯著提升放療療效，SAHA松弛染色質(zhì)使DNA更易受氧自由基損傷。

 

5. 結(jié)論

 

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

2.納米載體優(yōu)勢(shì)：PLGA納米顆粒保護(hù)CAT活性，延長SAHA半衰期（t?/?從2.6小時(shí)增至3.95小時(shí)），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(jià)值

(1) 技術(shù)角色

 

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)瘤內(nèi)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(guān)鍵數(shù)據(jù)：注射CAT-SAHA@PLGA后，氧濃度在25分鐘內(nèi)從基線升至55 μM（圖5b）。

 

(2) 研究意義

 

機(jī)制驗(yàn)證：

 

直觀證明CAT在瘤內(nèi)的持續(xù)催化活性（H?O?→O?），推翻“裸酶在體內(nèi)易失活”的固有認(rèn)知。

 

揭示氧動(dòng)力學(xué)特征：產(chǎn)氧速率與持續(xù)時(shí)間，為放療時(shí)機(jī)選擇提供依據(jù)（如氧濃度>40 μM時(shí)放療效果最佳）。

 

方法學(xué)創(chuàng)新：

 

突破傳統(tǒng)終點(diǎn)法檢測(cè)（如HIF-1α染色）的局限，實(shí)現(xiàn) 原位、實(shí)時(shí)、定量 的氧監(jiān)測(cè)。

 

首次在體內(nèi)量化納米催化劑的瞬時(shí)氧生成能力，為類似研究提供金標(biāo)準(zhǔn)。

 

(3) 科學(xué)價(jià)值

 

療效關(guān)聯(lián)性：氧濃度峰值（55 μM）與放療抑制率（87.28%）直接關(guān)聯(lián)，證實(shí)“缺氧緩解”是增敏的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

 

轉(zhuǎn)化啟示：Unisense電極的高靈敏度（μM級(jí)分辨率）適用于臨床腫瘤氧分壓監(jiān)測(cè)，指導(dǎo)個(gè)體化放療方案。

 

總結(jié)

 

本研究通過 CAT產(chǎn)氧 + SAHA染色質(zhì)重塑 的協(xié)同策略，顯著提升放療療效。丹麥Unisense電極在 原位氧動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè) 中發(fā)揮不可替代的作用：其微創(chuàng)針式探針直接量化瘤內(nèi)氧分壓變化，不僅驗(yàn)證了CAT的持續(xù)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(shí)驗(yàn)證據(jù)。未來可基于此技術(shù)優(yōu)化放療時(shí)機(jī)，實(shí)現(xiàn)氧濃度導(dǎo)向的精準(zhǔn)治療。