顶刊解读 | 又又又来新招数? 铜死亡 Buff 的超声波, 与癌细胞 "铜" 归于尽！

2025-07-10 12:44:21, 小 M MedChemExpress (MCE)

在肿瘤治疗领域，如何实现精准高效地诱导细胞死亡并激活免疫应答一直是研究热点。近日，Advanced Materials 发表的一项研究突破性地开发了超声触发型纳米颗粒 (RC NPs)，首次将铜死亡 (Cuproptosis) 与声动力疗法 (SDT) 巧妙结合，为胰腺癌等恶性肿瘤提供了兼具时空可控性与免疫激活效应的新型治疗策略……

本期，我们将从纳米颗粒设计、作用机制、体内外疗效及免疫调控等维度展开深度解读，揭示该研究如何通过跨学科创新为侵袭性肿瘤治疗带来新希望！

想了解其他铜死亡相关内容的小伙伴，详见往期推文：热度 “蹭蹭蹭” 的铜死亡，你了解多少? 铜死亡 “爆红”，这些知识点你必须了解！空降"热搜" 铜死亡丨解锁细胞死亡新方式

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超声触发型纳米颗粒 (RC NPs)

近期，中国科学家开发的超声触发型纳米颗粒 (RC NPs) 于 Advanced Materials 亮相^[1]。在文章课题组的操作下，RC NPs 仿佛植入癌细胞的“木马病毒”，只等一“声”令下，就将癌细胞各个击破。

RC NPs 由可降解的声敏聚合物 (Poly RA) 和可负载金属离子的多酚结构聚合物 (Poly MPN) 自组装而成。

Tips:

声敏外壳 (Poly RA): 即含钌配合物 (Ruthenium Complexes, RBB) 声敏剂 (Em=534 nm)。超声照射下，RBB 可产生活性氧 (ROS)，如 “纳米爆破手”一样破坏癌细胞膜。

铜离子弹匣 (Poly MPN): 这是一种带有硫缩酮键“保险”的金属-多酚网络结构，具有 ROS 敏感性和金属结合亲和力，能有效锁定 Cu²⁺。超声和 ROS 导致硫缩酮键断裂而释放铜离子，损伤线粒体功能、诱导铜死亡。

RC NPs 可通过产生 ROS 和诱导铜死亡来杀死癌细胞。其搭载声动力疗法 (SDT) 平台，以独特的优势：如更深的组织穿透力、卓越的组织选择性、更高的安全性，具有广阔适用前景。RC NPs 更针对 “癌中之王” 胰腺癌，在多种动物模型中都展现出惊人疗效^[1]。

图 1. RC NPs 是由两亲性聚合物 Poly RA 和 Poly MPN 自组装的可生物降解的纳米载体^[1]。

A：RC NPs 组成示意图。Poly RA 是可生物降解聚合物，含有 RBB 分子和硫缩酮键。一方面，这种结构赋予 Poly RA 在声动力条件下产生 ROS (活性氧) 的特性。另一方面，ROS 的产生会破坏硫缩酮键，导致 Poly MPN 降解。而 Poly MPN 是用类似方法合成的具有 ROS 敏感特性且能够与金属结合的两亲性聚合物。B-D：RC NPs 的外观及稳定性。RC NP 进入细胞促进铜死亡，经 TEM 成像分析为均匀分布的球形结构 (B,C)。在含有或不含 10% 胎牛血清 (FBS) 的 PBS 中，RC NP 的粒径在 14 天内均未发生明显变化，具有可观的稳定性 (D)。

想象一下，一群微型纳米机器人在体内游走。遇到肿瘤后，只需外界一声‘超声指令’，就能瞬间释放铜离子和活性氧，精准爆破癌细胞。

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RC NPs 对癌细胞的双重绝杀

超声波照射下，RC NPs 可快速降解 (~5 min)，在肿瘤局部释放 Cu²⁺ 和 ROS (使用 DPBF 作为 ¹O₂ 的特异性探针，超声处理 2.5 min 后，~83% DPBF 已被氧化降解)。随着脂酰化蛋白聚集和铁硫簇蛋白耗竭，RC NPs 进一步引起线粒体损伤与代谢通路瓦解，最后激活铜死亡^[1]。

RC NPs 还同步触发免疫原性细胞死亡 (ICD)，激活系统性抗癌免疫反应，包括损伤相关分子模式 (DAMPs) 的释放与免疫细胞的活化。进一步，RC NPs 激活系统性 T 细胞免疫与免疫抑制微环境重塑，增强效应 T 细胞 (CD8⁺ T 细胞) 浸润，活化自然杀伤细胞，并抑制调节性 T 细胞 (Treg)^[1]。

杀手锏一：铜离子可控释放与铜死亡诱导

首先，癌细胞内化 RC NPs 后，胞内 ROS 水平和铜离子浓度显著增加。蛋白质印迹 (Western blot) 显示，铁硫簇蛋白 FDX1、ACO2、SDHB 的表达水平显著下调，直接抑制三羧酸循环 (TCA cycle) 关键酶活性，导致能量代谢崩溃。随后，共聚焦激光扫描显微镜 (CLSM) 观察到，铜死亡关键标志物 DLAT 在细胞质中形成显著聚集斑块 (红色荧光信号增强)，证实脂酰化蛋白异常聚集。并且，生物透射电镜 (Bio-TEM) 显示，RC NPs/US 处理的肿瘤细胞线粒体出现嵴结构减少、膜密度增高及整体萎缩，表明线粒体功能严重受损。

图 2. RC NPs 的胞内抗癌特性^[1]。

A-C：RC NPs 能够有效地将癌细胞内化，增加胞内 ROS 水平和铜离子浓度，抑制细胞活力。RC NPs/US 处理后的 Miapaca-2 细胞中，ROS 生成量分别比 RC NPs 和 MPN NPs/US 处理后高4.0 倍和 3.4 倍（A）；且 Miapaca-2 细胞中的 Cu 含量是经CuCl₂ 处理的细胞中的 9.1 倍 (B)；由此，20 μM RC NPs/US 处理的 Miapaca-2 细胞存活率仅为 28% (IC₅₀=8.7 μM) (C)。D-E：RC NPs 通过诱导脂酰化蛋白质的聚集和铁硫簇蛋白的还原，诱导铜死亡。RC NPs/US 处理下调了铁硫簇蛋白（如 POLD1、ACO2、SDHB、LIAS 和 FDX1）的表达水平 (D)；并且，DLAT 在细胞质中显著聚集，标志铜死亡的发生 (E)。F-G：RC NPs 靶向癌细胞线粒体并抑制线粒体膜电位。RC NPs/US 处理胰腺癌细胞 Miapaca-2，线粒体形态大多萎缩，线粒体嵴减少甚至消失，线粒体膜密度增加 (F)；同时，细胞的线粒体膜电位发生改变，JC-1 无法在线粒体基质中聚集，呈现强绿色荧光和弱红色荧光 (G)。

杀手锏二：激活 ICD 介导的抗癌免疫反应和免疫微环境

研究发现，RC NPs 触发 ICD 特征性分子 DAMP 释放。DAMP 主要包括钙网蛋白 (CRT) 外翻、ATP 和高迁移率族蛋白 B1 (HMGB1) 释放。CLSM 和流式细胞术 (FCM) 定量结果显示，RC NPs/US 处理的 Miapaca-2 细胞膜表面 CRT 荧光强度和表达较对照组提升，标志着 ICD 的启动。ELISA 检测到 Miapaca-2 细胞培养上清中 HMGB1 浓度上升，FCM 显示 ATP 释放量增加，二者协同促进抗原呈递细胞 (APC) 的募集与活化。

并且，RC NPs 同时介导免疫效应细胞的系统性激活，促进树突状细胞 (DC) 成熟和巨噬细胞极化重编程。FCM 显示，与 RC NPs/US 处理的肿瘤细胞共培养后，骨髓来源树突状细胞 (BMDC) 的成熟率显著提升，其抗原呈递能力显著增强。RC NPs/US 处理后， M1 型巨噬细胞 (CD80⁺) 比例较对照组显著提升，且 M2 型标志物 CD206 表达显著降低，促进 M2 型向 M1 型转化，表明免疫抑制微环境向促炎状态逆转。

此外，RC NPs 介导系统性 T 细胞免疫激活与免疫抑制微环境重塑，增强 T 细胞浸润与免疫监视。RC NPs/US 显著增加 Panc 02 皮下瘤模型中 CD8⁺ T 细胞比例和浸润率，CD8⁺ T 细胞占比较对照组增加 2.2 倍。提升肿瘤组织中 NK 细胞比例，较 PBS 组 (5.24%) 增加近 3 倍。降低肿瘤内 Treg 细胞比例，使其显著低于 PBS 组 (7.9%)。

图 3. RC NPs 可引发肿瘤特异性免疫反应^[1]。

A-D：RC NPs 有效激活 DAMP，活化免疫反应。RC NPs 诱导 Miapaca-2 细胞的 CRT 向细胞膜迁移，使其暴露在细胞表面，并增加癌细胞核中 HMGB1 释放 (A)。RC NPs 处理，使 Miapaca-2 细胞的 CART 的流式细胞术曲线面积 (B) 和 FCM 分析指数增加 (C)，产生的 ATP 量是 RC NPs 处理的细胞的 1.3 倍 (D)。E- H：RC NPs/US 诱导 DC 成熟，成熟 DC 细胞（CD80⁺ CD86⁺）数量增加 (E-F)；NPs/US 并诱导的巨噬细胞从 M2 极化到 M1。I-K：RC NPs/US 激活肿瘤和淋巴结的免疫反应。RC NPs/US 增强 T 细胞免疫，增加 CD80⁺ CD86⁺细胞占比 (I)，活化并增强 NK 细胞的抗肿瘤反应 (J)，降低小鼠的肿瘤组织中 Treg 细胞的比例 (K)。

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RC NPs 改写胰腺癌小鼠命运

RC NPs 凭借超声激活的“双杀绝技”——铜死亡诱导与免疫激活，或能改写胰腺癌荷瘤小鼠的生存命运。在 C57BL/6 小鼠胰腺癌 Panc 02 皮下肿瘤模型中，通过尾静脉给药，可观察到 RC NPs 在肿瘤部位积聚。在荧光成像引导下，锁定位置执行超声治疗。RC NPs 诱导肿瘤发生铜死亡，发挥出显著且优于 Gemcitabine(GEM) 的肿瘤抑制率 (抑制率达 90%)^[1]。

图 4. RC NPs 联合 SDT 在胰腺癌皮下模型中的抗肿瘤效果^[1]。

A-C：RC NPs/US 的体内成像和抗肿瘤特性。不同时间点静脉注射 Cy7.5-RC NPs 后的生物分布和离体成像，荧光信号在 24 h 时达到峰值 (A)。经尾静脉向小鼠体内注射 PBS、Gemcitabine (GEM)、MPN NPs、MPN NPs/US、RC NPs 和 RC NPs/US，再进行超声治疗。RC NPs/US 处理组的肿瘤大小显著小于其他处理组 (B)，显示出显著的肿瘤治疗效果，肿瘤抑制率约为 90% (C)。D：肿瘤切片的 H&E 和 Ki67 染色结果显示，接受 RC NPs/US 治疗的小鼠的肿瘤细胞增殖受到显著抑制，图 4 肿瘤组织出现广泛的细胞核收缩、碎裂和缺失。

在小鼠胰腺癌原位模型 (Panc 02-Luciferase 细胞胰腺注射) 和基于临床患者来源异种移植 (PDX) 模型中，RC NPs/US 实现了 “从绝境到希望” 的跨越^[1]。

在小鼠胰腺癌原位模型中，RC NPs/US 组肿瘤生长速度显著低于对照组；免疫分析表明，肿瘤内成熟树突状细胞 (CD80⁺ CD86⁺) 比例提升至 41.2%，CD8⁺ T 细胞浸润率提升至 25.1%，形成强烈的抗肿瘤免疫应答，让免疫系统记住癌细胞特征，预防复发。RC NPs/US 在原位肿瘤模型中实现了高效低毒的治疗效果。

在小鼠 PDX 模型中，传统治疗组 (PBS、GEM) 小鼠均在 40 天内死亡，而 RC NPs/US 组 80% 小鼠存活超过 60 天，部分个体甚至实现肿瘤完全消退。30 天疗程结束时，RC NPs/US 组肿瘤体积仅为初始体积的 1.2 倍，而对照组肿瘤体积增长 15 倍以上。RC NPs/US 在高度模拟临床肿瘤微环境的 PDX 模型中可有效抑制肿瘤生长并提高生存率 (SR)。

图 5. RC NPs 联合 SDT 在胰腺癌皮下模型和 PDX 模型中的抗肿瘤效果^[1]。

A-D：RC NPs 在小鼠胰腺癌原位模型中的体内抗肿瘤效果。通过将表达荧光素酶的 Panc 02 细胞原位注射到小鼠胰腺中建立模型，模型建立成功后分两次经尾静脉注射 RC NPs (A)。加入超声治疗后，RC NPs/US 有效抑制肿瘤生长，平均肿瘤重量仅为 GEM 组和 RC NPs 组小鼠的 1/6 和 1/2 (B)；并增加肿瘤中成熟 DC 细胞数量 (C) 和 CD8⁺ T细胞浸润率 (D)。 RC NPs 治疗期间小鼠的体重没有出现明显变化。E-G：RC NPs 在患者来源异种移植（PDX）模型的体内抗肿瘤效果。将临床胰腺患者新鲜的小块肿瘤组织皮下移植到小鼠体内，建立 PDX 模型。分别在第 1 天和第 3 天通过尾静脉向小鼠体内注射治疗剂 (E)。结果显示，RC NPs/US 有效抑制了肿瘤的生长，小鼠的生存率明显长于其他组 (F)；且 RC NPs/US 组的小鼠肿瘤体积显著小于对照组 (G)。

SDT+ 纳米颗粒的玩法可以很好的适用于深度实体肿瘤 (如肝癌、胶质母细胞瘤) 和耐药肿瘤 (阿霉素耐药 U87 细胞)。还可以加入联合治疗套餐，扩大治疗面。比如 SDT+ 免疫治疗，诱导 ICD 后联合 PD-L1 抗体，或能使 CD8⁺ T 细胞浸润率显著提升。或 SDT+ 基因治疗，通过超声靶向递送 siRNA，沉默肿瘤相关基因 (如 MDR1)，逆转化疗耐药。

SDT 的技术优势^[1][2]：

• 精准可控：通过调节超声参数 (频率、强度、脉冲模式)，可实现肿瘤局部的精准激活，避免引起全身毒性。避免引起全身毒性、"误杀” 健康细胞。

• 深层穿透：超声波作为机械波，穿透深度显著优于光动力疗法 (PDT) 的光源 (如可见光 / 近红外光)，可到达深层肿瘤组织 (如肝脏、胰腺等深部器官)，适用于治疗传统疗法难以触及的实体瘤。

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小结

本期文章解读，介绍了 RC NPs 在胰腺癌皮下模型、原位模型及患者来源异种移植 (PDX) 模型中的显著抑瘤效果。同时荧光成像和流式细胞术实验也证实了 RC NPs 的良好生物安全性和免疫激活能力。这一成果不仅攻克了传统铜递送系统时空控制不足和全身毒性的难题，更开辟了声动力疗法与新型细胞死亡机制联合应用的新方向，为临床转化提供了极具潜力的候选方案。或许不久的将来，无创、精准的纳米疗法会成为抗癌标配，让更多‘不治之症’变成‘可治之症’！”

检测单线态氧 (¹O₂) 的生成，验证声敏剂 RBB 的活性。

Cy5.5 (HY-D0924)

标记 RC NPs (Cy5.5-RC NPs)，通过流式细胞术 (FCM) 监测肿瘤细胞 (如 Miapaca-2) 对纳米颗粒的摄取效率。

Cy7.5 (HY-D0926)

标记 RC 纳米颗粒 (Cy7.5-RC NPs)，通过体内成像系统 (IVIS) 监测纳米颗粒在肿瘤模型中的生物分布及富集情况。

2'',7''-Dichlorodihydrofluorescein diacetate (DCFH-DA) (HY-D0940)

ROS 探针，通过绿色荧光强度变化可视化和半定量分析肿瘤细胞内活性氧 (ROS) 的生成水平。

Rhodamine B hydrazide (RBH) (HY-123645)

检测肿瘤细胞内铜离子 (Cu²⁺) 的浓度，绿色荧光强度与胞内 (Cu²⁺) 浓度呈正相关。

5,5'',6,6''-Tetrachloro-1,1'',3,3''-tetraethylbenzimidazolylcarbocyanine iodide (JC-1) (HY-15534)

通过红绿荧光比例变化评估线粒体膜电位变化，反映线粒体功能损伤及铜死亡进程。

Gemcitabine (HY-17026)

抗肿瘤剂，可抑制 DNA 合成和修复，导致细胞自噬 (autophagy) 和凋亡 (apoptosis)。

[1] Huang J, et al. Ultrasound-Triggered Nanoparticles Induce Cuproptosis for Enhancing Immunogenic Sonodynamic Therapy. Adv Mater. 2025 May 13:e2504228.

[2] Gong Z, et al. Design and Challenges of Sonodynamic Therapy System for Cancer Theranostics: From Equipment to Sensitizers. Adv Sci (Weinh). 2021 Mar 12;8(10):2002178.