Adv Sci 海扶精准驱动焦亡治疗基底样乳腺癌研究

1、研究背景

基底样乳腺癌（BLBC）因高度异质性及缺乏有效治疗靶点，临床疗效长期受限。诱导肿瘤细胞焦亡能激发抗肿瘤免疫效应，但递送焦亡药物效率受限于肿瘤组织的致密性。研究证实，高强度聚焦超声（HIFU）通过机械应力可降低肿瘤的致密性，但如何将精准分子靶向策略与HIFU结合，筛选协同增强BLBC治疗效果的物理驱动靶向诱导BLBC细胞焦亡药物，是发展HIFU精准驱动焦亡治疗策略的关键。因此，筛选能够响应HIFU调控、高效诱导BLBC细胞焦亡的靶向药物，实现物理干预与分子作用机制的协同，有助于突破当前HIFU驱动焦亡治疗BLBC的瓶颈。

2、文章概述

近日，由复旦大学附属浦东医院沈顺研究员、复旦大学药学院庞志清研究员和大连医科大学郭慧淑教授科研合作团队，通过整合HIFU调控的基因数据与TCGA中焦亡相关基因信息，筛选出20种可与HIFU协同诱导焦亡的候选药物，经过验证并结合药物本身的性质特点最终优选焦亡诱导药物—米托蒽醌（MIT），采用血小板膜杂化脂质体（Plp）进行药物递送以增强肿瘤靶向性。联合HIFU治疗后，脂质体肿瘤递送效率提高2.46倍，显著抑制肿瘤生长。机制上，HIFU下调HDAC4/9并促进CTSL转录，与Plp协同抑制BCL-2、增加ROS，进而激活Caspase8–NLRP3–GSDMC通路，诱发细胞焦亡。该策略为BLBC等难治性肿瘤提供了物理–化学联合治疗新思路。

3、图文导读

示意图： 细胞焦亡诱导药物筛选及联合HIFU治疗BLBC的机制。（A）用于BLBC治疗的焦亡诱导药物MIT的筛选与鉴定。（B）载MIT血小板膜杂化脂质体的制备过程。（C）HIFU增强Plp诱导BLBC细胞焦亡的作用机制。（D）Plp与HIFU联合诱导肿瘤细胞焦亡的示意图。

图1. BLBC队列中细胞焦亡相关基因及潜在候选药物的鉴定。（A）TCGA数据库中BLBC肿瘤组织与正常组织焦亡相关基因相关热图。（B）BLBC患者总生存Kaplan-Meier曲线（高风险 vs 低风险；P < 0.0001）。（C、D）HIFU照射后MDA-MB-231细胞（C）和4T1细胞（D）中焦亡相关基因热图。（E）94种预测焦亡诱导药物的IC50值与焦亡调控基因表达水平的相关性（* p < 0.05，** p < 0.01，*** p < 0.001）。（F）4T1细胞中HIFU-基因-药物相互作用网络图（红线：正相关，蓝线：负相关）。（G）不同药物联合HIFU处理的IC50值。（H）焦亡调控基因的蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络图。

图2. Plp的表征及体外杀伤效果验证。（A）Lip与Plp粒径的动态光散射分析；（B）表面Zeta电位及（C）PDI；（D）Lip与Plp在PBS中7天内的稳定性；（E）Lip与Plp的典型冷冻透射电镜图像（比例尺=100 nm）；（F）不同处理组4T1细胞存活率；（G）Lip与Plp处理4 h后细胞摄取荧光图像，比例尺=50 µm；（H）Lip与Plp处理4 h后细胞摄取的流式分析；（I）Calcein-AM（绿色）与PI（红色）共染色后共聚焦图像（比例尺=50 µm）。

图3. HIFU增强Plp抗肿瘤作用的潜在机制。（A）ELISA法检测CSTL的表达水平。（B）DCFH-DA探针检测不同制剂处理的4T1细胞内ROS生成的共聚焦图像（比例尺=50 µm）。（C）流式细胞术分析不同药物处理的4T1细胞中ROS生成。（D）JC-1检测不同处理后线粒体膜电位变化及相应定量分析（E）。（F）HDAC相关表达转录组分析热图。（G）不同处理后HDAC总荧光强度。（H）Western blot检测4T1细胞中HDAC-459和HDAC-1238的表达，及HDAC-1238（I）和HDAC-459（J）的半定量分析。（K）Western blot检测4T1细胞中HDAC4、HDAC5和HDAC9的表达，及HDAC4（L）、HDAC5（M）和HDAC9（N）的半定量分析。（O）组蛋白H3K27乙酰化水平及H3K27Ac的半定量分析。

图4. HIFU对Plp诱导体外焦亡的增强作用。（A）不同制剂处理4T1细胞后的细胞活力。（B）不同处理后4T1细胞的LDH释放量。（C）4T1细胞内ATP含量测定。（D）流式细胞术及相应半定量分析。（E）碘化丙啶和Annexin V-FITC双染的4T1细胞的图片。（F）不同制剂处理后4T1细胞形态的相差显微镜图像，白色箭头指示焦亡细胞（比例尺 = 20 μm）。（G）细胞炎症因子IL-6的释放量（n = 5）。（H）4T1细胞与骨髓来源树突状细胞（BMDC）共培养后TNF-α炎症因子的分泌水平。（I）不同组处理后焦亡相关蛋白（NLRP3、Caspase8、GSDMC-N）的Western blot分析。

图5. HIFU联合Plp治疗4T1细胞的转录组分析。（A、B）火山图显示4T1细胞中上调和下调基因。筛选标准为p < 0.05且|log2倍数变化| ≥ 1。（C、D）细胞焦亡相关基因的基因集富集分析（GSEA）。（E）不同组别处理下4T1细胞中差异基因的热图。（F）4T1细胞差异表达基因的KEGG通路富集分析。（G、H）细胞焦亡相关基因的雷达图。（I）4T1细胞中活性氧（ROS）产生相关基因的热图。

图6. Plp联合HIFU的药代动力学与组织分布。（A）4T1荷瘤小鼠给药后不同时间点的活体荧光成像（左图）及给药24小时后主要器官离体荧光成像（右图）。（B）主要器官荧光强度的半定量分析。（C）Plp与Lip注射后体内不同时间点的药代动力学曲线。

图7. HIFU联合Plp的体内抗肿瘤疗效。（A）4T1肿瘤模型的治疗流程示意图。（B）不同治疗后肿瘤体积变化曲线。（C）治疗15天后小鼠肿瘤剥离标本照片。（D）治疗15天后小鼠肿瘤重量。（E）各组治疗后肿瘤抑制率。（F）治疗期间荷瘤小鼠体重变化。（G）各组治疗后肿瘤组织的H&E染色及（H）Ki67染色结果（上图比例尺 = 1 mm，下图比例尺 = 100 μm）。

图8. HIFU增强Plp的抗肿瘤免疫应答。（A–D）肿瘤组织中CD8⁺ T细胞及CD80⁺CD86⁺树突状细胞的代表性流式细胞术图谱及相应定量分析。（E–F）肿瘤中M1巨噬细胞的流式细胞术分析及半定量评估。（G–J）引流淋巴结中MHC II⁺CD11c⁺细胞群内CD80⁺CD86⁺树突状细胞的代表性流式图谱及定量。（H–K）脾脏中CD4⁺ T细胞群内CD44⁺CD62L⁺记忆T细胞的代表性图谱及定量分析。（I）肿瘤中M2巨噬细胞的代表性流式图谱及定量。（L）脾脏中CD8⁺ T细胞群内CD44⁺CD62L⁺记忆T细胞的定量分析。

4、结论

本研究开发了一种HIFU驱动的靶向细胞焦亡策略用于治疗BLBC新方法。该策略整合HIFU介导的基因调控、生物信息学分析、多数据库药物筛选及实验验证，成功筛选出焦亡诱导药物MIT封装于血小板膜杂化脂质体Plp中。体内外实验表明，HIFU通过机械应力增强Plp在肿瘤部位的蓄积，并下调HDAC4/9表达，促进组蛋白H3K27乙酰化及CTSL转录。Plp与HIFU通过CTSL协同抑制BCL-2，增加ROS生成，进而激活Caspase8–NLRP3–GSDMC通路，诱导细胞焦亡。

HIFU-Driven Targeted Pyroptosis Therapy in Basal-like Breast Cancer

Xiaomin Su , Yang Wang , Xifeng Qin , Yaqiong Xiao , Boshu Ouyang , Lina Hu，Lin Kang , Ruizhe Xu , Ce Xu , Zanya Sun , Chenyu Sun ,  Huishu Guo ^∗, Zhiqing Pang ^∗,Shun Shen ^∗