Fc-Lp-PEG：破解CDT疗效瓶颈，实现74%肿瘤抑制率

化学动力学疗法（CDT）是近年来兴起的肿瘤特异性治疗策略，其核心原理是利用肿瘤微环境中高表达的H₂O₂和酸性条件，通过芬顿反应原位产生高毒性的羟基自由基（•OH）以杀伤肿瘤细胞。整个过程不依赖外源性刺激，系统毒性远低于传统放化疗，在难治性肿瘤治疗中拥有广阔的应用前景。

铁死亡作为一种新型的调节性细胞死亡方式，其肿瘤特异性强、不易产生耐药性，已成为CDT领域的核心研究热点。然而，•OH本身半衰期不足1 ns，极易在扩散过程中淬灭失活，导致•OH向脂质过氧化物（LPOs）的转化效率极低。过往研究多集中于提升芬顿催化剂活性或上调肿瘤内H₂O₂水平，始终未能从根源上解决自由基转化效率偏低的问题。

针对此痛点，厦门大学材料学院石巍教授、葛东涛教授团队设计了一款高LPO生成效率的•OH/LPO纳米转换器，该成果于2022年12月6日发表于《Biomaterials Science》期刊。团队创新性地将芬顿催化剂二茂铁（Fc）负载于PEG化脂质体的磷脂双分子层疏水区域，所构建的Fc-Lp-PEG纳米转换器可利用肿瘤内过表达的H₂O₂原位生成•OH，并直接氧化不饱和脂质为LPO，显著提高了铁死亡诱导效率，为CDT的临床转化提供了新思路。

图1 生物材料领域权威期刊Biomaterials Science首页

Fc-Lp-PEG的制备与诱导癌细胞死亡机制研究

为实现Fc的高效负载与稳定递送，团队采用薄膜超声法制备PEG化脂质体：将大豆卵磷脂、胆固醇、DSPE-PEG₂₀₀₀与Fc按比例共溶于混合有机溶剂，经减压旋转蒸发形成均匀脂质薄膜，再用PBS水合并超声处理，即得Fc-Lp-PEG纳米颗粒。透射电镜（TEM）显示其为约30 nm的均匀球形颗粒，动态光散射（DLS）测得水合粒径分布均一，zeta电位约为-37 mV，与空白脂质体（Lp-PEG）的参数差异表明Fc已成功负载于脂质双层的疏水区域。DLS分析还显示，Fc-Lp-PEG在37℃模拟体液环境中7 d内粒径无明显变化，具有良好稳定性，表明其适合静脉注射给药。经过工艺优化，在投料比为12;1（Fc;Lp-PEG）条件下制备的Fc-Lp-PEG，载药效率为8.8%，包封率可达43.4%。

团队利用电子自旋共振（ESR）光谱检测•OH的生成，以5,5-二甲基-1-吡/咯啉N-氧化物（DMPO）为自旋捕获剂。结果显示，单独的Fc-Lp-PEG或单独的H₂O₂均不能产生•OH的ESR信号，只有二者共同作用时，ESR谱图中才出现典型的1;2;2;1特征信号，证实•OH的生成。梯度pH（7.4，6.5，5.0）实验进一步显示，溶液酸性越强，自由基生成效率越高，这与肿瘤微环境（pH 5.0 - 6.5）的酸性特征高度吻合，Fc-Lp-PEG在肿瘤部位的•OH生产效率显著提升。

为验证•OH能否将Fc-Lp-PEG的不饱和脂质氧化为LPOs，团队采用二甲/酚橙比色法进行检测。结果显示，仅Fc-Lp-PEG + H₂O₂处理组在560 nm处出现显著吸收峰，其余处理组几乎检测不到信号，证实了LOPs的生成依赖于芬顿反应产生的•OH。

除高效触发LPOs生成外，理想的CDT纳米制剂还需在肿瘤部位持续递送铁源并实现铁的原位释放。为验证Fc-Lp-PEG是否具备这一能力，团队在正常组织（pH 7.4）和多种肿瘤微环境条件下进行了体外释放实验。72 h内，Fc最终累积释放分别为27%（pH 7.4）、39%（pH 7.4 + H₂O₂）、46%（pH 6.5）和60%（pH 6.5 + H₂O₂），表明在兼具酸性和高H₂O₂水平的肿瘤微环境中，Fc的释放效率显著增强。更重要的是，生成的LPOs会进一步破坏脂质膜结构，加速Fc释放，形成正反馈循环，大幅增强了氧化损伤效果。

图2 Fc-Lp-PEG的制备与表征

细胞摄取实验显示，罗丹明B（RhB）标记的Fc-Lp-PEG可被4T1乳腺癌细胞高效内化，4 h达到摄取峰值。

图3 0 h、1 h、2 h、4 h、6 h细胞内RhB & Fc-Lp-PEG的荧光显微镜检测结果

胞内活性氧（ROS）检测表明，孵育4 h后Fc-Lp-PEG组生成的ROS是Fc组的4.9倍，是Lp-PEG组的6.6倍，且氧化损伤随孵育时间持续累积。细胞内丙二醛（MDA）含量的测定提供了直接佐证：Fc-Lp-PEG处理24 h与48 h后，4T1细胞内MDA含量分别升至每10⁶个细胞40 pmol与230 pmol，而单独Fc或Lp-PEG均无法诱导LPOs生成。

细胞毒性数据显示，24 h下Fc-Lp-PEG对4T1、U87癌细胞的IC₅₀分别为198.3 μM和128.2 μM，48 h的杀伤能力进一步提升，而同等浓度下人脐静脉内皮细胞（HUVEC）和小鼠成纤维细胞（L929）几乎不受损伤。

图4 Fc-Lp-PEG触发细胞内•OH和LPOs的级联产生

为确认细胞死亡机制，团队使用了铁螯合剂（DFO）和铁死亡特异性抑制剂（Fer-1）进行对照实验，加入抑制剂后Fc-Lp-PEG的杀伤能力大幅下降，IC₅₀数值分别上升约5.3倍（DFO）和2.8倍（Fer-1）。同时，胞内谷胱甘肽（GSH）大量耗竭，谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）活性下调，TEM图像可见线粒体皱缩等铁死亡标志性形态，系统证实了细胞死亡路径为铁死亡。

图5 Fc-Lp-PEG处理4T1细胞的铁死亡机制

图6 Lp-PEG、Fc和Fc -Lp-PEG处理的4T1细胞中GPX-4的蛋白免疫印迹和相对表达量分析

Fc-Lp-PEG体内生物安全性与治疗效果评估

体内安全性前置评估结果显示，Fc-Lp-PEG浓度高达573 μg / mL时溶血率仅为2.1%，血液相容性达标。14 d给药周期内，小鼠体重平稳，血清肝肾功能指标无异常，心、肝、脾等主要器官的苏木/精-伊红（H&E）染色图像均未见明显病理损伤，30 d长期观察也未发现毒性蓄积。

图7 体内生物安全性及组织分布相关分析

为观测Fc-Lp-PEG体内的组织分布与肿瘤靶向能力，团队构建了锌酞菁标记的Fc-Lp-PEG（ZnPC&Fc-Lp-PEG）。单次静脉给药后，肿瘤部位荧光信号在72 h内逐渐增强，48 h达到峰值。同时采用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）定量检测各脏器中的铁含量，发现Fc-Lp-PEG处理组小鼠肿瘤中的铁含量比Fc处理组高出0.16倍，证明DSPE-PEG修饰赋予了纳米转换器优异的肿瘤靶向性能。

图8 Fc-Lp-PEG的肿瘤靶向及生物分布

研究团队进一步在4T1荷瘤小鼠上评估了Fc-Lp-PEG的体内治疗效果。14 d治疗结果显示，PBS处理的平均瘤重为1066 mg，Lp-PEG处理为873 mg，而Fc处理为410 mg（抑瘤率45.5%），Fc-Lp-PEG处理仅有233 mg（抑瘤率74%）。H&E染色显示Fc-Lp-PEG组肿瘤组织呈现最严重的细胞损伤，Tunel和Ki67染色进一步证实了治疗后肿瘤的广泛坏死和生长抑制。Fc-Lp-PEG组小鼠肿瘤内MDA含量在12 h和24 h分别为PBS组的1.7倍和2.65倍。

图9 Fc-Lp-PEG的体内治疗效果

综上，该研究以DSPE-PEG₂₀₀₀脂质体为载体，Fc为催化剂，构建了可将短寿命•OH原位转化为长寿命LPOs的高效纳米转化器——Fc-LP-PEG。系统的体外和体内治疗结果表明，Fc-Lp-PEG不仅能有效杀伤各种癌细胞（4T1和U87），还能高度抑制4T1小鼠肿瘤模型，肿瘤抑制率高达74.0%。这种具有高生物相容性、肿瘤靶向性的新型Fc-LP-PEG为CDT的临床转化提供了新的载体研发方向。

赛诺邦格：脂质体递送核心辅料，助力肿瘤化学动力载体研发

本研究所用的脂质体外修饰原料DSPE-PEG₂₀₀₀由厦门赛诺邦格生物科技股份有限公司提供（mPEG-DSPE）。该分子兼具DSPE的脂质亲和性与PEG的亲水性，DSPE部分可稳定嵌入磷脂双分子层构成膜骨架，PEG链则在脂质体表面形成致密水化层，有效降低血浆蛋白吸附和巨噬细胞识别，延长体内循环时间。

赛诺邦格提供高纯度mPEG-DSPE系列产品（分子量2000、3500、5000 Da），同时拥有DSPE-PEG-MAL、DSPE-PEG-NH₂、DSPE-PEG-COOH等多种官能化PEG磷脂，可满足脂质体表面功能化、靶向配体偶联等多样化需求。

产品适配化学动力学、肿瘤疫苗、mRNA递送等多类生物医药研究，赛诺邦格将持续以优质的产品和专业的技术服务，为科研与药企客户提供合规稳定的核心原料，助力肿瘤靶向递送技术的迭代升级。

文献来源：

[1]Liu Y, Chen JZ, He Z, et al. Ferrocene-liposome-PEG: a robust •OH/lipid peroxide nano-converter for inducing tumor ferroptosis[J]. Biomater. Sci., 2023,11(2): 542–553.