本文发表于 *small*，题为 “A Ferrous-Supply-Regenerating Lipid Nanoparticle Integrating RNAi Induces Ferroptosis for Cancer Therapy”。该研究由中南大学化学化工学院的 Dun Hu、Yun-Hua Xu、Shan Wang 等，联合湖南 Rayzon 医疗科技有限公司、中南大学湘雅药学院及湖南师范大学第一附属医院的研究人员共同完成，于 2026 年 7 月 18 日被接收发表。

一、研究背景与目的

癌症治疗的核心难题在于如何在有效杀灭肿瘤的同时保护正常组织功能。传统化疗主要依赖 caspase 依赖性凋亡，但恶性肿瘤常对凋亡产生抵抗，导致疗效受限和复发转移。因此，开发非凋亡性细胞死亡策略成为重要方向。铁死亡（ferroptosis）是一种由脂质过氧化（lipid peroxidation, LPO）驱动的铁依赖性细胞死亡形式，被视为克服凋亡抵抗的重要途径。在铁死亡调控网络中，谷胱甘肽过氧化物酶 4（GPX4）、细胞内铁离子水平和 LPO 是关键节点。肿瘤细胞中较高的过氧化氢（H₂O₂）水平为选择性诱导铁死亡提供了可能。该研究旨在开发一种整合铁循环再生系统与 siRNA 递送的单一脂质纳米颗粒（lipid nanoparticle, LNP）平台，实现对肿瘤细胞的选择性铁死亡诱导。

二、研究设计与方法

研究团队设计并制备了一种新型 LNP，命名为 ALSF。其核心创新在于利用花生四烯酸（arachidonic acid, AA）替代传统 LNP 中的结构脂质 DSPC，同时共载 GPX4 靶向 siRNA（gpx4-siRNA）和三价铁离子（Fe³⁺）。制备采用微流控混合技术，脂质组分为 SM-102、AA、胆固醇和 PEG2000-DMG，摩尔比为 50:10:38.5:1.5，氮磷比（N/P）为 6。研究系统比较了不同 gpx4-siRNA 与 Fe³⁺ 质量比（1:0、1:0.1、1:0.33、1:0.66、1:1）的理化性质、稳定性和生物学功能。

在表征方面，研究采用动态光散射（DLS）检测粒径和多分散指数（PDI），透射电镜（TEM）观察纳米颗粒形貌，琼脂糖凝胶电泳和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分别测定 siRNA 和 Fe³⁺ 的包封效率。在细胞实验中，以人葡萄膜黑色素瘤细胞 C918 为主要模型，同时选用 A549（非小细胞肺癌）、PANC-1（胰腺癌）作为其他癌细胞系，以 293T、3T3、LX2 为正常细胞对照。通过定量 PCR 和 Western blot 检测 GPX4 的 mRNA 和蛋白表达；利用 DCFH-DA 探针和 BODIPY ⁵⁸¹⁄₅₉₁ C11 探针分别检测细胞内活性氧（ROS）和 LPO 水平；通过 CCK-8 法评估细胞毒性。此外，还通过模拟不同 pH 环境（pH 7.4 和 pH 5.0）研究 Fe³⁺ 和 siRNA 的释放行为，利用邻菲罗啉显色反应验证体外铁循环，并在细胞水平通过溶酶体共定位分析考察纳米颗粒的溶酶体逃逸能力。动物实验采用 C918 皮下移植瘤 BALB/c 裸鼠模型，通过尾静脉注射给药，评估体内抗肿瘤效果和生物安全性。

三、主要结果

理化表征显示，不含 Fe³⁺ 的 ALNP 和 ALS 在混合后粒径分布不均，PDI 值高于 0.2。加入 Fe³⁺ 后，随着 gpx4-siRNA:Fe³⁺ 比例从 1:0.1 增加到 1:0.66，PDI 逐渐降低至 0.042 ± 0.014，粒径均匀性显著改善。但当比例达到 1:1 时，纳米颗粒发生聚集，粒径和 PDI 反而增大。TEM 观察表明，含有 siRNA 的配方呈现清晰的核壳结构，而 ALNP 组缺乏该结构，说明内核为核酸包封区域。所有配方的 Fe³⁺ 包封效率约为 90%。在 10% 胎牛血清（FBS）中孵育时，1:0.66 组表现出最优的胶体稳定性，6 小时内粒径仅从 130.4 nm 增加至 150.5 nm，PDI 保持在 0.3 以下；而其他组在 6 小时内粒径迅速超过 200 nm，PDI 大于 0.4。这些结果表明 Fe³⁺ 与 AA 羧基或 siRNA 磷酸基团的配位作用对纳米颗粒的自组装和稳定性具有关键调控作用。

在细胞实验中，所有含 2 µg/ml gpx4-siRNA 的配方均能使 C918 细胞中 GPX4 mRNA 降低约 90%。但在低浓度（0.5 µg/ml）下，含 Fe³⁺ 的 ALSF 仍保持较高的基因沉默效率，而不含 Fe³⁺ 的 ALS 则显著下降。细胞毒性结果显示，ALNP 和 ALS 对所有测试浓度均无明显毒性，而 ALSF 对 C918 细胞表现出强烈的选择性杀伤作用。当 gpx4-siRNA:Fe³⁺ 为 1:0.33 或 1:0.66 时，在 0.5 µg/ml 及以上浓度即可使 C918 细胞活力降至约 20–30%，而正常细胞 293T 的活力保持在 80% 以上。这种选择性在补充外源性 H₂O₂ 后发生了变化：正常细胞在添加 10 µM H₂O₂ 后，ALSF 的毒性显著增强，达到与癌细胞相近的水平。荧光成像和流式细胞术显示，ALSF 处理后的 C918 细胞内 ROS 和 LPO 水平显著高于对照组、ALNP 组和 ALS 组。Western blot 证实 ALSF 在低剂量下即可有效敲低 GPX4 蛋白。TEM 观察到 ALSF 处理的 C918 细胞出现线粒体皱缩、嵴减少或消失、基质密度增高、质膜囊泡状突起和溶酶体增大破裂等铁死亡特征性超微结构。

机制研究表明，Fe³⁺ 和 siRNA 的释放具有明显的 pH 响应性：在 pH 7.4 条件下，24 小时内 Fe³⁺ 释放极少，而 pH 5.0 时可达到约 90%；72 小时内 siRNA 的累积释放率在 pH 5.0 下为 51%，而在 pH 7.4 下不足 20%。体外铁循环实验显示，在 pH 5.0 条件下，AA 能有效将 Fe³⁺ 还原为 Fe²⁺，而 H₂O₂ 又能将 Fe²⁺ 氧化回 Fe³⁺，形成持续的氧化还原循环；该过程在 pH 7.4 下极为缓慢。细胞水平的 ROS 检测证实，铁螯合剂去铁胺（DFO）预处理可阻止 ROS 升高，氯化铵延迟溶酶体酸化也显著降低 ROS，说明铁循环和酸性环境是 ALSF 产生 ROS 的关键条件。溶酶体共定位分析显示，ALSF 在 4 小时时与溶酶体的 Pearson 相关系数显著低于 ALS，说明 ALSF 的溶酶体逃逸效率更高，且这种优势在 C918 癌细胞中比在 293T 正常细胞中更明显。

体内实验中，ALSF 经尾静脉注射后 48 小时，在肿瘤组织中观察到最高的荧光信号，显著高于肝脏和肾脏。在为期 18 天的治疗中，ALSF 高剂量组（0.7 mg/kg）实现了约 75% 的肿瘤抑制率，低剂量组（0.35 mg/kg）的抑制率约为 40%，与 ALS 高剂量组相当。各组小鼠体重无明显变化，肝脏 H&E 染色未显示病理异常，说明 ALSF 具有良好的体内生物安全性。

四、结论与价值

该研究首次将铁供给再生系统与 siRNA 整合到单一 LNP 平台中，实现了对铁死亡三个关键节点的协同调控：GPX4 沉默、铁离子补充和 LPO 底物供给。AA 在体系中发挥三重功能——作为结构脂质、Fe³⁺ 还原剂和 LPO 底物，体现了“材料即治疗”的设计理念。ALSF 的细胞选择性源于肿瘤细胞较高的 H₂O₂ 水平，使其能够在较低剂量下实现对癌细胞的高效杀伤，同时最大限度地保护正常细胞。该策略为眼部肿瘤及其他铁死亡敏感性恶性肿瘤提供了新的治疗范式，也为基于铁死亡的纳米药物开发提供了可借鉴的理性设计思路。该研究建立在临床已验证的 LNP 平台之上，制备工艺简单、重现性好，具备良好的临床转化前景。

五、研究亮点

本研究的创新之处在于：一是成功用 AA 替代传统结构脂质 DSPC，将惰性递送载体转化为功能性治疗材料；二是发现 Fe³⁺ 的引入不仅提供铁源，还能显著改善纳米颗粒的自组装和胶体稳定性；三是揭示了铁循环介导的 ROS 产生与溶酶体逃逸之间的协同机制。特别是，Fe³⁺ 通过与 AA 和 siRNA 的配位作用，在纳米颗粒形成过程中起到“胶水”作用，而进入溶酶体后酸性环境的质子化作用又促使结构解离和药物释放，这种 pH 依赖的自组装-解组装动态平衡为智能递送系统设计提供了新思路。此外，该研究在多个癌细胞系和正常细胞系中系统验证了 ALSF 的选择性，并通过外源性 H₂O₂ 补充实验直接证明了 H₂O₂ 水平是决定选择性的关键因素，为理解铁死亡纳米药物的肿瘤选择性提供了明确的机制解释。