肾癌治疗问题

尽管在实体瘤治疗方面取得了显著进展，但肾细胞癌（RCC）治疗仍然不尽如人意。晚期或转移性肾细胞癌的五年生存率仅为12%。由于肾器官的独特解剖结构和代谢功能，肾细胞癌的全身疗法无法有效靶向肿瘤。此外，肿瘤经常表现出活性药物外流。因此，理想的肾细胞癌治疗必须克服肾小球滤过（大小<10nm）问题，穿过肾屏障并积聚在肿瘤中。由于大多数小分子药物无法满足这些标准，因此开发一种有效的药物递送系统是潜在的解决方案。

口服锌补剂可抗癌

在此，南京医科大学Gen Zhang、Ting Wang、国家纳米科学中心聂广军研究员、李素萍研究员和中科院杭州医学所An Zhao等人证明口服补充剂中的葡萄糖酸锌与血浆蛋白可组装形成ZnO纳米颗粒（ZnO NPs），这些纳米颗粒选择性地积聚到乳头状Caki-2肾肿瘤中，并促进树突状细胞和细胞毒性CD8+T细胞募集到肿瘤组织中。研究发现，肾肿瘤靶向是由锌离子与金属硫蛋白-1X蛋白的优先结合介导的，而金属硫蛋白1X蛋白在Caki-2肾肿瘤细胞中组成型过表达。这种结合事件进一步上调了细胞内金属硫蛋白-1X的表达，以诱导额外的纳米粒子结合和保留。在肿瘤动物模型和人类肾肿瘤样本中，研究还发现ZnO纳米颗粒可主动穿过血管壁，实现高度的肿瘤内积聚。基于此，作者进一步探索了ZnO纳米颗粒向小鼠和兔癌症模型递送化疗药物的能力。研究结果表明，来自补充剂的ZnO纳米颗粒可以作为多功能药物递送和癌症免疫治疗平台。相关工作以“Zinc nanoparticles from oral supplements accumulate in renal tumours and stimulate antitumour immune responses”为题发表在Nature Materials。

【文章要点】

一、在人血清中自发生成ZnO NPs

在生物体中发现和使用金属纳米颗粒（NP）是纳米材料中一个不断发展的领域。某些金属离子，如铁，在生理条件下可以自发形成NP。这些天然存在的NP显示出药物递送和癌症治疗的前景。锌是一种必需的微量元素，通过与细胞内超氧化物歧化酶结合来抑制致癌活性。而本项研究发现，在蛋白质冠的辅助下，每天口服葡萄糖酸锌补充剂后，人血浆中会产生ZnO NP（40-60nm）（图1）。具体而言，作者从口服葡萄糖酸锌（每天8-12mg锌）的健康成年人身上收集血清，因为口服葡萄糖酸锌后这些补剂会被小肠吸收到血液中。随后进行超高速离心以获得可分散的锌纳米复合材料。这些纳米复合材料具有直径为40-60nm的球形结构，并且都含有6-8nm的ZnO晶格结构纳米簇。质谱（MS）和斑点印迹显示，ZnO NP具有主要由人血清白蛋白（HSA）、α-2-巨球蛋白（A2M）和载脂蛋白组成的蛋白冠，并且ZnO NP可在人血清中保持稳定至少72小时。最终研究发现，口服葡萄糖酸锌（8-12mg）后，血液中形成ZnO NP，48小时后达到7.55μg ml-1，产率为20%。

图1 ZnO NPs的表征

二、ZnO NPs靶向并富集在肾肿瘤

研究进一步发现，这些ZnO NP可通过自扩增机制选择性地积聚在乳头状肾肿瘤中。ZnO NP可改变20个基因的表达，其中金属硫蛋白（MT）家族成员MT-1X显示出明显的浓度依赖性上调，这是因为ZnO NP衍生的锌离子通过ERK-METTL3-m6A RNA甲基化途径提高了肾肿瘤细胞中MT-1X的表达。因此，ZnO NP在肾肿瘤中的积累是由于锌与金属硫蛋白-1X（MT-1X）蛋白的结合（MT-1X蛋白在Caki-2肾肿瘤细胞中过表达）。也就是说，这种结合通过METTL3信号传导阻止NP外排并增加MT-1X的表达，从而促进肿瘤中的颗粒摄取和滞留（图2）。

图2 ZnO NP在肾肿瘤细胞中的富集和滞留机制

三、ZnO NPs诱导抗肿瘤免疫反应及其肾肿瘤治疗策略

此外，研究也发现，肿瘤内积聚的ZnO NP在肾肿瘤细胞的酸性微环境中会进一步分解成锌离子，形成锌离子池，从而刺激肾肿瘤中的METTL3/Stat1通路，显著上调肿瘤中Stat1的表达，从而可将树突状细胞（DC）和CD8+T细胞募集到肿瘤组织中，增强抗肿瘤免疫力。考虑到ZnO NP靶向肾肿瘤的能力，作者接下来还负载化疗药物柔红霉素（DNR，经典的肾肿瘤治疗方法）制备了DNR@ZnO NP载药纳米颗粒。在负荷肿瘤的小鼠和兔子中，负载药物的DNR@ZnO NP被证实比游离药物具有更好的治疗效果。总之，ZnO NPs是一种很有前途的癌症治疗药物递送平台，具有额外的抗肿瘤免疫益处（图3）。

图3 ZnO NP对抗肿瘤免疫应答的影响

【结论与展望】

上述研究表明，ZnO NP可以在肾肿瘤细胞的酸性微环境中分解成锌离子，形成锌离子池。最重要的是，肿瘤内积累的锌在肿瘤组织中具有两个关键作用：（1）它与细胞质MT-1X蛋白结合，上调MT-1X表达并局部富集额外的锌离子；（2） 它促进肿瘤组织释放细胞因子，激活免疫细胞，从而提高免疫治疗效果。ZnO NP在肿瘤中的双重功能可能归因于身体对微量锌的依赖，而锌是其他金属元素无法替代的。此外，对免疫激活的观察表明，金属的化学结构也可以作为典型的抗原引发免疫反应。

总的来说，上述研究发现深化了我们对哺乳动物体内ZnO NP运输和代谢调控的理解。最后，上述工作提出了RCC肿瘤中营养金属离子富集的正反馈机制，证明了靶向治疗在自我放大效应下的巨大潜力。因此，作者认为利用肿瘤对金属离子微量营养素的需求是靶向治疗的新方法。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41563-024-02093-7