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癌基因形成的异质性重编程营养代谢网络具有探索新的药物靶点和开发创新的抗癌疗法的潜力。该研究基于胰腺癌细胞中谷氨酰胺（谷氨酰胺）成瘾的异质性代谢特性，设计了一种具有增强内吞作用的铁传递系统（IDS）钩端下垂治疗。IDS以谷氨酰胺修饰为特征，可被认为是胰腺肿瘤细胞有效内吞摄取的谷氨酰胺营养物质的来源。因为IDS是灵活的为了与氨基酸样成分结合，通过装载V9302的Gln转运体抑制剂，进一步产生具有内吞作用增强的IDS。V9302能够抑制分子谷氨酰胺的上调，通过转运体ASCT2产生Gln剥夺，从而指导癌细胞的代谢重编程，并通过ras刺激的大胞吞作用增强细胞对Gln修饰的IDS的摄取。enh在小鼠胰腺肿瘤模型中，IDS的内吞作用和高铁含量促进铁下垂；因此，l-丁硫氨酸硫酰胺（BSO）的氨基酸样铁下垂诱导剂进一步结合，谷氨酰胺和V9302的协同作用增强了内吞作用，使铁和BSO能够有效地用于铁垂病肿瘤的治疗。这项工作通过将营养修饰的纳米药物与相应的营养转运体抑制剂结合，促进具有异质营养代谢的肿瘤细胞内药物传递。该研究以题为“Nutritional Glutamine-Modified Iron-Delivery System with Enhanced Endocytosis for Ferroptosis Therapy of Pancreatic Tumors”发表在ACS NANO 上。
胰腺癌是一种高致死性肿瘤，患者的5年生存率低于13%。其疗效不理想主要是由于其特殊的致癌基因特征。肉瘤病毒癌基因同源基因（KRAS）突变是胰腺癌的主要遗传特征。 KRAS突变驱动的癌症复发直接与不满意的手术结果有关，而KR则是突变的AS能够下调促凋亡蛋白，但上调抗凋亡蛋白，导致常规的凋亡依赖性化疗和放疗不敏感。它是也很难用小分子药物沉默KRAS蛋白，导致对KRAS的可用药性产生怀疑。因此，根据KRAS肿瘤的代谢特征进行的治疗方法已成为一种方法替代的方法。在这方面，KRAS的突变导致Ras-RAF-MEK-ERK信号转导的过度激活，从而促进活性氧（ROS）的产生。这种代谢特征激发了胰腺癌治疗的ROS依赖方案的设计。含铁纳米颗粒（NPs）由于铁含量高、成本低、加速铁垂病性能良好，是具有竞争力的候选药物。在神经方面，NPs的细胞摄取是内吞介导的。内吞作用是一个细胞过程，其中细胞膜变形，包裹并吸收细胞外的货物。同时，异基因癌细胞的肿瘤内吞作用与肿瘤的进展相关，为基于内吞作用的肿瘤治疗的发展奠定了基础。
在这项工作中，一种铁传递系统（IDS），其特点是增强的内吞作用和有效的铁传递，被设计用于铁下垂敏感的胰腺癌治疗。该体系是通过在水中AAs和AA样剂存在的水解实现的，产生Fe3+/AA复合物包覆的β-FeOOH纳米梭（FeOOH@Fe/AA NSs）。管理AA成分的灵活性允许引入Gln、AA样Gln转运体抑制剂和l-丁硫氨酸亚胺（BSO）的铁下垂诱导剂。53Gln成分、V9302抑制的分子Gln摄取、正表面电位以及穿梭样形态，有助于增强IDS的内吞作用。同时，高效的外源性铁传递和额外的BSO增强了IDS在铁下垂介导的胰腺癌模型中的疗效。
图1。FeOOH@Fe/Gln NSs的TEM图像(a)和尺寸分布(b)。L、D、L、d分别代表NSs的总长度、总直径、核长度和核直径。FeOOH和FeOOH@Fe/Gln NSs的(c) XRD模式。(d)Gln、氯化铁、FeOOH和FeOOH@Fe/Gln NSs的紫外−可见吸收光谱。Gln、FeOOH和FeOOH@Fe/Gln NSs的FTIR光谱(e)和拉曼光谱(f)。FeOOH、FeOOH@Fe/Gln、FeOOH@Fe/Gln/V9302和FeOOH@Fe/Gln/ V9302/BSO NSs的TGA (g)和DTG (h)曲线。(i)通过ICP-AES测量的FeOOH、FeOOH@FeOOH@Fe/Gln/V9302、FeOOH和FeOOH@Fe/Gln/V9302/BSO NSs中铁的质量百分比（n = 3）
图2.MiaPaCa2和HPDE6C7细胞在不含NSs孵育100 μg/mL，FITC标记的FeOOH、FeOOH@Fe/Gln、FeOOH@Fe/Gln/V9302和FeOOH@Fe/Gln/V9302/BSO NSs后的(a) CLSM图像h.绿色荧光的强度代表内化的NSs的数量。比例尺为50 μm。通过测定MiaPaCa2和HPDE6C7细胞胞内铁含量(b)和NS含量(c)摄取NSs后的ICP-MS（n=3）。FiaPaCa2细胞与FeOOH、FeOOH@Fe/ Gln、FeOOH@Fe/Gln/V9302和FeOOH@Fe/Gln/V9302/BSO NSs孵育6小时后的(d) TEM图像。平均FITC荧光在EIPA存在下，通过成像流式细胞术（n = 3）检测FITC标记的NSs后，MiaPaCa2 (e)和HDPE6C7细胞(f)的值和代表性视图(。绿色的荧光代表NSs。无EIPA样品的荧光归一化至100%。
图3.(a)MiaPaCa2细胞不同处理后Ras信号通路和大胞饮作用相关基因表达水平变化的热图。颜色的强度对应于to样本的log2（FPKM + 1）值。(b)RNA-Seq中与Gln代谢和内吞途径相关的基因相互作用图谱，基于KEGG数据库开发。颜色强度表示t即FeOOH@Fe/Gln/V9302组与对照组的log2（倍变化）值。（c，d）流式细胞术成像分析KRAS敲除前后MiaPaCa2细胞对NSs的摄取。(c) Hea细胞内荧光的相对平均值的tmap。(d)具有代表性的频率直方图。KRAS (e)、ASCT2 (f)、AMPKα1 (g)和mTOR (h)蛋白在MiaPaCa2细胞中的归一化表达意味着经不同处理后的免疫印迹检测。1、2、3、4和5未经NS处理，并与200 μg/mL FeOOH、FeOOH@Fe/Gln、FeOOH@Fe/Gln/V9302和FeOOH@Fe/Gln/V9302/BSO NSs孵育48小时。
图4。用CCK-8法检测MiaPaCa2 (a)和HDPE6C7细胞(b)在不同NSs孵育48 h后的相对细胞活力（n = 3）。通过检测MiaPaCa2细胞的相对细胞活力在200 μg/mL FeOOH@Fe/Gln/V9302/BSO NSs与铁垂病抑制剂和Fe离子螯合剂(c)和凋亡抑制剂(d)孵育48小时后，进行CCK-8检测（n = 3）。(e−h)对照组FeOOH与对照组(e)、FeOOH@Fe/Gln与对照组(f)、FeOOH@Fe/Gln/V9302与对照组(g)、FeOOH@Fe/Gln/V9302/BSO与对照组(h) f的GSEA分析romMiaPaCa2细胞的RNA-Seq。(i)与ferr相关的基因表达水平变化的聚类热图不同NSs孵育MiaPaCa2细胞后的凋亡途径。(j)RNA-Seq中与铁垂病途径相关的基因相互作用图谱，开发了bas在KEGG数据库上进行了编辑。
图5。MiaPaCa2 (a)和HPDE6C7 (b)细胞和200 μg/ mL NSs孵育48 h后，细胞内相对GSH含量（n = 3）。未经NS处理的HPDE6C7细胞的GSH含量ent被标准化为100%。MiaPaCa2和HDPE6C7细胞在不含NSs和NSs孵育后的(c) CLSM图像，然后用橙铁探针染色。橙色荧光的强度结果揭示了细胞内Fe2+的相对水平。比例尺为50 μm。通过流式细胞仪成像法定量分析MiaPaCa2 (d)和HDPE6C7细胞中ROS水平(e)（n=3）。(f) T他对应的代表性散点图。NS浓度为400 μg/mL。DCF的绿色荧光由非荧光DCFH-DA演变而来，代表ROS。流式细胞术成像分析BODIPY581/591-C11探针显示MiaPaCa2细胞（g，h）和HDPE6C7细胞（i，j）中LPO水平的sis。定量分析（g，i）和无或含400 μg/mL NSs的细胞的代表性视图(h, j).氧化性绿色荧光与还原性红色荧光的比值代表LPO水平。未经NS处理的HPDE6C7细胞的LPO水平归一化至100%。比例尺为20 μm.(k)MiaPaCa2和HPDE6C7细胞中MDA的相对含量（n = 3）。未经NS处理的HPDE6C7细胞的MDA含量归一化至100%。(l)透射电镜观察其结构和形态不同培养处理后MiaPaCa2细胞线粒体的鉴定。
图6.静脉注射FITC标记FeOOH、FeOOH@Fe/Fe、FeOOH、Fe后原位(a)和异位(b) MiaPaCa2-mCherry肿瘤切片的代表性CLSM图像OOH@Fe/Gln/V9302/BSO NSs，以及FeOOH@Fe/Gln/ V9302/BSO NSs，联合使用EIPA。蓝色、红色和绿色的荧光分别代表细胞核、癌细胞和NSs。(c, d)来自图6a和图6b（n = 3）的肿瘤切片CLSM图像的荧光共定位分析。共定位分析的(c)Pearson的R值。(d)具有代表性的二维强度直方图。（e，f）全谱流式细胞术分析来自（a，b）的肿瘤中的细胞摄取（n = 3）。(e)相对平均荧光值。(f)流式细胞术的代表性直方图。
图7. (a)基于皮下MiaPaCa2肿瘤模型的动物实验示意图。特定治疗小鼠的相对平均体重(b)和相对肿瘤生长曲线(c)分（n = 5）。每组在第16天解剖肿瘤的照片(d)和肿块(e)（n=5）。(f)各组小鼠h&e染色的肿瘤组织切片的代表性图像第16天。各组在第16天小鼠与Gln代谢(g)和铁下垂(h)相关的IHC染色肿瘤组织切片的代表性图像。
图8.(a)：治疗期间各组小鼠体内成像的代表性照片。红色荧光来自于接种的MiaPaCa2-mCherry细胞。“X”代表de广告老鼠。不同处理各组小鼠的存活率(b)和相对平均体重(c)。(d)在e中观察小鼠的离体胰腺及邻近的胃和脾脏的照片ach组。比例尺为2厘米。（−）第1 (e)组、2（−）、6 (g)、7 (h)和8 (i)组小鼠h&−染色胰腺组织切片的代表性图像。
综上所述，在室温下，在Gln、V9302和BSO存在下水解制备了内吞作用增强的IDS，即FeOOH@Fe/Gln/V9302/BSO NS。NSs的穿梭状形态和正表面电位促进细胞摄取，特别是Fe3+/谷氨酰胺复合物的覆盖使NSs能够被识别为谷氨酰胺源，从而通过大胞吞作用增强细胞摄取。此外，负载的V9302还抑制了谷氨酰胺转运体的活性，从而抑制了分子谷氨酰胺的摄取。作为对谷氨酰胺限制的适应，细胞大胞饮作用上调，摄取含谷氨酰胺的FeOOH@Fe/Gln/V9302/BSO NSs。形态学、表面电位、谷氨酰胺成分和转运体抑制剂的共同贡献使IDS在铁下垂介导的肿瘤治疗中具有有效的铁传递。在这种情况下，除了GLN依赖外，KRAS突变的胰腺癌细胞在摄取营养物质时天生表现出强烈的大胞吞作用，并过度激活了ROS产生的信号转导。因此，IDS更适合治疗胰腺癌
论文链接（DOI）：
https://doi.org/10.1021/acsnano.4c08083
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