on style="white-space: normal; margin-right: 8px; margin-left: 8px; line-height: 2em;">化学动力学治疗(Chemodynamic Therapy, CDT)是利用Fe基等功能纳米粒子在肿瘤微环境(TME)酸性和过氧化氢等条件下，原位引发肿瘤组织或肿瘤细胞内芬顿或类芬顿反应产生强氧化性的羟基自由基(·OH)，从而诱导癌细胞死亡的一种治疗方式。不过依赖单一铁基材料的CDT往往受限于TME的弱酸性和低含量的H2O2，其治疗效果并不理想。而气体治疗(Gas Therapy, GT)是近年来兴起的基于H2S、NO、CO等特异性气体信号分子来实施对肿瘤细胞高效抑制的一种治疗模式，受到了研究者极大关注。近日，中科院上海硅酸盐研究所陈航榕研究团队与同济大学罗宇博士等人采用简单一步水热法合成了具有高分散和稳定性的Fe1-xS-PVP纳米颗粒，其在808nm激光照射下呈现优良的光热转化效率(24%)，能有效促进芬顿反应产生更多·OH。更重要的是在肿瘤弱酸性环境中(pH6.5)，Fe1-xS-PVP纳米颗粒通过解离S2-并结合H+，能原位生成H2S气体。研究发现产生的H2S能有效抑制细胞线粒体中细胞色素C氧化酶(COX IV)的表达。COX IV是线粒体内膜上电子转运链末端金属膜酶，是细胞有氧呼吸和ATP产生的重要组成部分。体内/外实验结果证实了这种利用光热促进芬顿过程并联合H2S介导的气体治疗具有良好的抗肿瘤效果。相关研究工作以“Photothermo-Promoted Nanocatalysis Combined with H2S-Mediated Respiration Inhibition for Efficient Cancer Therapy” 为题发表在Advanced Functional Materials。本文第一作者杨泽斌为同济大学化学院在硅酸盐所的联合培养博士生，通讯作者为同济大学化学院助理教授罗宇和中科院上海硅酸盐研究所陈航榕研究员。感谢国家自然科学基金(32030061, 51772316)、上海市基础研究重点项目(19JC1415600)、国家自然科学基金国际合作与交流重点项目(81720108023)和高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室开放项目(SKL201908SIC)的资助。采用一步水热法制备得到Fe1-xS-PVP NPs。通过TEM表征Fe1-xS-PVP NPs约为20-30nm，TEM元素mapping显示材料主要元素成分为Fe、S、O；XRD表明Fe1-xS-PVP NPs主要相成分为FeS和Fe3S4；XPS分析了Fe1-xS-PVP NPs中Fe、S元素价态，其中Fe元素中Fe2+:Fe3+为2:3。图1 Fe1-xS-PVP NPs的组成和结构表征体外实验表明Fe1-xS-PVP NPs具有优异的光热性能，并能与H2O2作用发生芬顿反应产生强氧化性·OH，光热可进一步增强芬顿反应。Fe1-xS-PVP NPs在弱酸性环境中能够生成H2S气体，H2S气体产生量和材料浓度呈正相关。细胞层面毒性实验证实，光热作用能进一步促进Fe1-xS-PVP NPs在弱酸性和过氧化氢存在下对肿瘤细胞的毒性。为了验证H2S的作用机制，研究人员首先证明了肿瘤细胞中H2S气体的产生，随后通过蛋白质印迹法证实了H2S气体能下调COX IV的表达；ATP含量的减少进一步证明H2S气体能够影响细胞供能，抑制细胞的呼吸作用。图3 Fe1-xS-PVP NPs在细胞层面的表征图4 Fe1-xS-PVP NPs在活体层面的表征活体肿瘤组织切片免疫荧光染色分析，进一步证实了H2S能抑制COX IV的表达。小动物肿瘤部位光声成像发现肿瘤部位在6h时血氧饱和度（组织氧含量）最低，证实H2S气体的生成有效降低了细胞供能。本工作通过简单组分Fe1-xS实现了近红外光热增强CDT并协同H2S介导的气体治疗。肿瘤区域原位产生的H2S能够有效下调COX IV表达，从而进一步抑制细胞呼吸和ATP的产生。这种通过简便化学合成构建的基于简单组成的纳米制剂展示了针对肿瘤实施特异性、多模式联合治疗策略的良好材料支撑与临床转化潜力。Yang Z, Luo Y, Hu Y, et al. Photothermo‐Promoted Nanocatalysis Combined with H2S‐Mediated Respiration Inhibition for Efficient Cancer Therapy[J]. Advanced Functional Materials, 2020: 2007991.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202007991
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