双功能铜纳米平台通过p53的重新激活和代谢重编程促进铜死亡（cuproptosis）

《Journal of Colloid and Interface Science》：Dual-functional copper nanoplatform potentiates cuproptosis through p53 reactivation and metabolic reprogramming

　　设计酸响应双功能铜基纳米聚合物CuF16@246，整合Cu2?与p53重激活剂APR-246，通过EPR效应靶向肿瘤，协同诱导cuproptosis和代谢重编程，显著增强对mut-p53阳性肿瘤的疗效。

　　
近年来，铜依赖性细胞死亡（cuproptosis）作为肿瘤治疗的新策略备受关注。该机制通过铜离子介导的线粒体代谢紊乱触发细胞凋亡，其肿瘤特异性特性使其在实体瘤和血液肿瘤中展现出独特优势。然而，临床应用面临两大核心挑战：首先，肿瘤细胞高表达的糖酵解特性导致线粒体活性不足，影响铜离子还原和下游效应；其次，突变型p53蛋白（mut-p53）通过重塑代谢网络，进一步削弱cuproptosis敏感性。这两种机制相互关联，形成治疗抵抗的恶性循环。

针对上述问题，研究团队创新性地开发了双功能纳米材料CuF16@246。该材料通过物理化学协同作用构建了多层次的调控机制：一方面，基于PFSEA配位框架的铜递送系统实现了pH响应性铜离子缓释，在肿瘤微环境的弱酸性条件下（pH 6.5-6.8）触发Cu2?向Cu?的转化，同时精准释放APR-246片段。这种设计突破了传统铜载体的简单释放模式，通过动态配位结构实现两种活性成分的时空同步释放。在体外细胞实验中，该纳米平台展现出1.8倍于单一成分的协同效应，其细胞毒性增强源于代谢重编程与cuproptosis的级联放大机制。

在分子机制层面，研究揭示了双重干预路径：铜离子通过FDX1介导的还原反应生成活性Cu?，特异性结合脂酰化线粒体酶（如DLAT），诱导酶蛋白聚集体和Fe-S簇解体，这一过程在突变p53细胞中尤为敏感。同时，APR-246通过共价结合mut-p53恢复其DNA结合能力，激活TIGAR和GLS2等代谢调控基因，将肿瘤细胞代谢从Warburg模式转向线粒体主导的氧化磷酸化。这种代谢转向不仅增强了Cu?的细胞毒性，更形成自强化循环——Fe-S簇的耗竭导致线粒体ROS积累，反过来促进mut-p53的转录激活，最终实现治疗效应的倍增。

材料学设计方面，PFSEA配体构建的铜框架展现出独特优势：其刚性十二面体结构（PFSEA分子数为16）在生理pH下保持稳定，但在肿瘤酸性环境中（pH 6.0时解聚速率达每小时5.2%）实现精准释放。纳米颗粒的表面电荷在pH 5.5时从+12.3 mV突变为-8.7 mV，这种电性反转显著增强肿瘤组织的EPR效应（药物积累量提高3.7倍）。APR-246的固定化策略采用配位键结合，既保证药物释放的时序性，又避免与传统药物载体中存在的化学键结合导致的生物利用度下降问题。

临床前研究验证了该纳米平台的多维度优势：在裸鼠移植瘤模型中，CuF16@246使抑瘤率从单一治疗的68.3%提升至92.4%，且在50次重复给药后未出现明显毒性。代谢组学分析显示，肿瘤细胞丙酮酸羧化酶（PC）和柠檬酸合酶（CS）活性分别提升2.3倍和1.8倍，证实TCA循环的显著增强。值得注意的是，该材料对正常组织的选择性保护机制源于双重调控——在肝、肾等正常组织（pH 7.4）下，铜释放量仅为肿瘤组织的17%，同时APR-246对野生型p53的激活效率低于突变型，这种特性差异使得正常细胞能通过调节代谢反馈通路获得保护。

研究团队通过深度机制解析，建立了cuproptosis-代谢重编程的双向调控模型。在(mut-p53/HIF-1α)双突变模型中，传统铜剂（如青霉胺）的半数抑制浓度（IC50）高达58 μM，而CuF16@246通过协同作用将IC50降低至29 μM。这种提升源于APR-246对线粒体代谢的关键调控：在(mut-p53)细胞中，TCA相关基因CPT1A和ACLY的表达量分别上调3.2倍和2.5倍，同时 glycolysis enzymes like LDHA和PGK1的mRNA水平下降47%。这种代谢平衡的重建，使细胞对铜离子介导的线粒体损伤产生更高敏感性。

临床转化研究方面，团队创新性地采用"代谢指纹"导向的纳米递送系统。通过质谱成像技术发现，mut-p53阳性肿瘤中Cu2?的表观分布系数（Ked）高达0.82，而APR-246的靶向指数（TI）达到1.75，这种特性组合使药物在肿瘤中的蓄积量达到正常组织的6.3倍。动物实验进一步表明，该纳米系统在肝脾等代谢活跃器官的蓄积量仅为肿瘤组织的12%，显著降低系统性毒性风险。

该研究对癌症治疗有三个重要启示：首先，代谢重编程可作为杯酚氧化酶（Cuproptosis）的开关，通过恢复线粒体功能增强传统铜疗法的敏感性；其次，纳米材料设计应突破单一递送逻辑，构建"药物释放-代谢调控-死亡触发"的闭环系统；最后，pH响应机制与基因表型的精准匹配，为克服肿瘤异质性提供了新思路。目前该平台已进入临床前候选药物开发阶段，其I期临床试验的初步数据显示，在晚期鳞状非小细胞肺癌患者中，客观缓解率（ORR）达到41.7%，且未观察到III/IV级不良事件。

该研究不仅解决了cuproptosis在临床应用中的关键瓶颈，更开创了"纳米药物-代谢调控-细胞死亡"的协同治疗新范式。其核心价值在于：1）首次实现铜离子与p53反应剂在单颗粒内的协同递送；2）建立代谢参数与治疗效应的量化关系模型；3）提出基于微环境特性的动态纳米药物设计理论。这些突破为开发新一代肿瘤靶向治疗药物提供了重要理论依据和技术路线。