学术研究报告：靶向转铁蛋白受体1的缺氧趋向性纳米酶用于鼻咽癌放疗增敏

一、主要作者及机构
本研究的通讯作者为Kelong Fan（中国科学院生物物理研究所）、Xiyun Yan（中国科学院生物物理研究所）、Ying Wang（中山大学）、Zhe Zhang（广西医科大学）等，合作单位包括中国科学院、中山大学、广西医科大学等。研究于2025年1月9日发表于《Nature Communications》（DOI: 10.1038/s41467-025-56134-z）。

二、学术背景
鼻咽癌（Nasopharyngeal Carcinoma, NPC）是东南亚地区高发的恶性肿瘤，放疗（Radiotherapy, RT）是其核心治疗手段。然而，肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）中的缺氧（Hypoxia）会导致放疗抵抗，是治疗失败的主要原因之一。传统增敏剂（如硝基咪唑类化合物）存在毒性高或靶向性不足的问题。近年来，具有过氧化氢酶（Catalase）活性的纳米酶（Nanozymes）通过分解肿瘤内过氧化氢（H₂O₂）产生氧气（O₂），成为缓解缺氧的新策略，但其靶向递送仍是挑战。本研究旨在：（1）鉴定NPC缺氧病灶的细胞表面标志物；（2）开发靶向纳米酶，实现精准增敏。

三、研究流程与实验方法
1. 靶点筛选与验证
- 数据来源：从GEO数据库获取4个NPC转录组数据集（GSE12452、GSE53819、GSE61218、GSE102349），分析1442种细胞表面蛋白（Cell Surface Proteins, CSPs）。
- 缺氧评分：基于15/26/99基因缺氧特征对NPC样本进行缺氧分级，发现转铁蛋白受体1（Transferrin Receptor 1, TFR1）在缺氧肿瘤中显著高表达（p < 0.01），且与缺氧标志物HIF-1α共定位（r = 0.85）。
- 临床验证：通过免疫组化（IHC）分析174例NPC和98例正常组织，证实TFR1在肿瘤中高表达（AUC = 0.869）。

1. 纳米酶设计与合成

   • 载体选择：利用TFR1的天然配体——人重链铁蛋白（Human Heavy-Chain Ferritin, HFn）作为载体，通过一步还原法将铂纳米颗粒（Platinum Nanoparticles, PtNPs）装载至HFn空腔，构建Pt-HFn纳米酶。
     
   • 结构表征：透射电镜（TEM）显示Pt-HFn直径11.69±0.78 nm，铂核4.39±0.97 nm；X射线衍射（XRD）证实铂晶体的（200）和（111）晶面。
     
   • 催化活性：Pt-HFn的过氧化氢酶活性（kcat/Km = 102.76 M⁻¹s⁻¹）显著高于游离PtNPs（76.4 M⁻¹s⁻¹），且HFn外壳可防止血清蛋白吸附，保持83.98%的活性。
     

2. 体内外功能验证

   • 靶向性实验：Cy5.5标记的HFn在NPC异种移植模型（CDX/PDX）中优先富集于缺氧区域（p = 0.0018），且与缺氧探针Pimonidazole共定位。
     
   • 缓解缺氧：单次注射Pt-HFn使肿瘤氧分压（SO₂）上升，HIF-1α表达降低（p < 0.0001），效果优于游离PtNPs（肿瘤铂浓度高10倍）。
     
   • 放疗增敏：在C666-1细胞中，Pt-HFn联合6 Gy放疗使增殖细胞比例降至4.0%（对照组17.8%），DNA损伤（γ-H2AX）增加。动物实验中，Pt-HFn+RT组小鼠生存期延长至24天（RT组16天），优于临床增敏剂CMNA（Sodium Glycididazole）。
     

3. 机制与长期安全性

   • 协同效应：Pt-HFn通过（1）催化H₂O₂产氧；（2）铂元素增强辐射能量沉积；（3）诱导G2/M期阻滞，实现多途径增敏。
     
   • 安全性：Pt-HFn在肝脾中缓慢代谢，但4个月内未引起血液生化或组织病理异常（p > 0.05）。
     

四、主要结果与逻辑链条
1. 靶点发现：TFR1作为缺氧相关CSP的鉴定为纳米酶靶向设计提供了分子基础（图1）。
2. 纳米酶优化：Pt-HFn的催化活性和稳定性数据（图3）支持其作为高效氧生成器的潜力。
3. 体内验证：肿瘤靶向（图2）和缺氧缓解（图4）的结果直接关联到放疗增敏效果（图6）。
4. 临床意义：Pt-HFn在单次和分次放疗中均优于CMNA（图6i-l），提示其临床转化价值。

五、结论与价值
1. 科学价值：首次揭示TFR1是NPC缺氧病灶的可靠靶点，并开发出兼具靶向性和催化活性的Pt-HFn纳米酶。
2. 应用价值：为克服放疗抵抗提供了新型纳米药物设计范式，且制备工艺（热纯化+一步还原）易于规模化。

六、研究亮点
1. 创新靶点：通过多组学分析锁定TFR1，突破缺氧靶向的瓶颈。
2. 纳米酶设计：HFn载体兼具靶向递送和催化增强的双重功能。
3. 转化潜力：在PDX模型中疗效显著，且长期安全性良好。

七、其他价值
研究还提出TFR1可应用于铁耗竭疗法或溶酶体靶向嵌合体（LYTACs）开发，为NPC治疗拓展了新方向。