本研究由天津师范大学化学学院的许辉、王倩、刘金洋，以及天津医科大学肿瘤医院/肿瘤研究所麻醉与颌面耳鼻喉肿瘤科的刘娜、曲晨等研究人员共同完成；通讯作者为天津医科大学肿瘤医院的张文超和天津师范大学的钱静。该研究于2025年5月6日发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上，题为《富马酸亚铁封装的纳米制剂触发多米诺效应以增强铁死亡治疗》（ferrous fumarate-encapsulated nanoformulation triggering a domino effect for enhanced ferroptosis therapy）。

在学术背景方面，本研究属于肿瘤纳米医学与铁死亡（ferroptosis）治疗领域。铁死亡是一种由脂质活性氧（lipid ROS）过度积累和谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）失活所驱动的非凋亡性细胞死亡方式，因其能够逆转肿瘤耐药而受到广泛关注。然而，铁死亡疗效受到芬顿效率不足、胞内抗氧化系统（尤其是高浓度谷胱甘肽，glutathione/GSH）清除活性氧（reactive oxygen species/ROS）以及药物在肿瘤内蓄积不充分等因素的制约。已有研究尝试通过降低GSH水平或提高肿瘤内过氧化氢（H₂O₂）浓度来增强铁死亡，但单一手段难以显著改善疗效。因此，本研究旨在构建一种能够同时破坏胞内氧化还原稳态和葡萄糖代谢稳态的纳米制剂，以实现同源靶向、酸响应释放、GSH耗竭与ROS自供应的级联放大铁死亡治疗。研究团队利用临床已有的缺铁性贫血治疗药物富马酸亚铁（ferrous fumarate）作为稳定的亚铁离子来源，结合葡萄糖氧化酶（glucose oxidase/GOx）和纯红光上转换纳米颗粒，并通过卵磷脂修饰的同源癌细胞膜进行伪装，设计并制备了名为USFGM的纳米制剂。

在具体研究流程方面，本研究可概括为纳米制剂的合成与表征、溶液水平性能评价、体外细胞实验以及体内动物实验四个主要阶段。第一阶段中，研究人员首先通过外延生长法合成了NaErF₄:4%Tm@NaYF₄（U）上转换纳米颗粒，并通过调节Tm³⁺含量及NH₄F/NaOH比例优化其粒径和发光性能，使其在980 nm近红外光激发下呈现纯红色上转换发光（upconversion luminescence/UCL）。随后采用经典Stöber法在U表面包覆介孔二氧化硅（mesoporous silica），得到US（U@mSiO₂）。在此基础上，利用富马酸亚铁水溶性差的特点，通过原位沉淀法将其负载到介孔硅中，得到USF复合物。透射电子显微镜（TEM）和元素映射分析证实了核壳结构及Er、Tm、Y、Si、O、Fe、C元素的均匀分布；X射线光电子能谱（XPS）确认了Fe²⁺的价态特征峰。进一步通过静电作用将GOx负载到USF表面形成USFG，再以唾液腺腺样囊性癌（salivary adenoid cystic carcinoma/SACC）细胞膜与卵磷脂按4:1比例制备杂交膜，并通过超声和挤出法包覆在USFG表面，最终得到USFGM。FT-IR、zeta电位、SDS-PAGE以及紫外-可见吸收光谱等表征手段分别验证了各功能组分的成功修饰和细胞膜蛋白的完整性。第二阶段为溶液水平性能评价。TEM观察显示USFGM在pH 7.4的PBS中24小时内保持完整核壳结构，而在模拟肿瘤微环境（pH 5.5并含GSH/H₂O₂）中20小时后外壳崩解。Fe²⁺释放实验表明酸性条件更有利于亚铁离子释放；GOx释放实验显示在葡萄糖和酸性介质存在时溶液pH随时间下降，表明GOx催化葡萄糖生成H⁺。电子自旋共振（ESR）结合DMPO捕获证实了·OH的生成；TMB显色实验显示酸性pH和较高葡萄糖浓度均促进·OH产生。GSH消耗实验则表明酸性条件下USFGM所释放的富马酸（fumaric acid/FA）能够显著耗竭GSH。第三阶段为体外细胞实验。研究以SACC细胞和MOVAS正常细胞为对象，首先通过JC-1探针检测线粒体膜电位，发现USFGM处理导致线粒体损伤最为严重。CCK-8实验显示USFGM对SACC细胞活力具有最强抑制作用，且在模拟肿瘤微环境中加入葡萄糖和GSH后抑制效果进一步增强。细胞划痕实验和Hoechst染色证明USFGM显著抑制细胞迁移并诱导凋亡及DNA断裂。在分子机制层面，DCFH-DA探针显示USFGM处理细胞内ROS水平最高，铁螯合剂DFO可降低ROS水平；C11-BODIPY探针显示USFGM处理导致脂质过氧化（lipid peroxidation/LPO）水平显著升高，而铁死亡抑制剂Lip-1可逆转；MDA检测进一步验证了脂质过氧化程度的升高。GSH定量检测显示USFGM可消耗近90%的胞内GSH。Western blot结果表明USFGM显著下调GPX4表达，同时上调NOX1、COX2和caspase 3表达，说明该制剂同时触发了铁死亡和凋亡通路。第四阶段为体内实验。利用纯红光UCL成像监测USFGM在SACC荷瘤裸鼠体内的生物分布，结果显示注射60分钟后肿瘤部位荧光信号最强，且1小时内肿瘤富集效率高于肝脏和肾脏。抗肿瘤实验中，荷瘤小鼠随机分为PBS组、USFM组和USFGM组，每2天尾静脉给药一次。结果显示USFGM组肿瘤体积最小、肿瘤重量最轻、肿瘤生长抑制率最高，中位生存期由PBS组的25天延长至52天。H&E染色显示USFGM组肿瘤组织坏死和凋亡最显著；Ki-67免疫组化显示细胞增殖信号最弱；GPX4免疫荧光显示USFGM组几乎无阳性信号。在生物安全性方面，溶血实验、正常细胞毒性实验、主要器官H&E染色以及血液生化指标（ALP、AST、ALT、BUN、CRE）检测均表明USFGM在常规治疗剂量范围内具有良好生物相容性。

从主要结果来看，本研究在纳米表征、溶液化学、细胞生物学和动物水平四个维度均获得了相互支撑的证据。纳米表征证实了USFGM的成功构建及其酸响应释放能力；溶液化学实验阐明了GOx催化葡萄糖生成H⁺/H₂O₂、进而促进Fe²⁺介导的芬顿反应产生·OH，以及FA耗竭GSH的多米诺级联过程；体外细胞实验证明了USFGM通过ROS爆发、LPO积累、GSH耗竭和GPX4下调诱导铁死亡与凋亡；体内实验则验证了同源靶向递送、纯红光UCL成像监测以及高效低毒的抗肿瘤效果。这些结果共同表明，USFGM通过破坏胞内氧化还原稳态和葡萄糖代谢稳态，实现了增强型铁死亡治疗。

本研究的结论和意义在于：成功构建了一种基于临床已有药物富马酸亚铁的纳米制剂USFGM，该制剂通过同源癌细胞膜靶向、酸响应释放、GOx介导的H₂O₂自供应、FA介导的GSH耗竭以及Fe²⁺介导的芬顿反应，实现了级联放大的铁死亡治疗。研究首次报道了FA通过耗竭GSH导致GPX4失活这一机制，为铁死亡治疗提供了新的分子证据。该工作从现有临床药物中发掘出系统性低毒且高效的肿瘤抑制纳米制剂，为人类恶性肿瘤的治疗策略探索提供了有前景的方向。

本研究的亮点主要体现在以下几个方面：其一，首次将临床缺铁性贫血治疗药物富马酸亚铁用于铁死亡治疗，克服了传统亚铁化合物稳定性差的局限；其二，首次发现富马酸可耗竭GSH并导致GPX4失活，为铁死亡诱导机制提供了新认识；其三，设计了纯红光发射的上转换纳米颗粒作为成像内核，实现了深层组织的高信噪比UCL成像引导；其四，利用卵磷脂修饰的同源癌细胞膜实现了同源靶向与酸响应性药物释放的双重功能；其五，构建了GOx与富马酸亚铁之间的多米诺级联反应体系，同时破坏葡萄糖代谢和氧化还原稳态，显著增强了铁死亡疗效。此外，该研究中涉及的细胞膜包覆、介孔硅负载以及多种探针联合分析等方法学策略，也为后续纳米药物递送系统的设计提供了参考。