[发明专利]一种诱导铁死亡的铁螯合物纳米颗粒及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种诱导铁死亡的铁螯合物纳米颗粒及其制备和应用。该铁螯合物纳米颗粒是生物可降解的脂质递送系统，包括含三价铁离子的铁螯合物内核、磷脂双分子层外壳和包载于磷脂双分子层之间的铁死亡引发剂。该纳米颗粒经静脉给药后，可以定向分布至肿瘤组织或其他靶部位，在溶酶体偏酸性环境中缓慢降解，释放出铁死亡引发剂、铁离子和鞣酸，通过自循环的方式产生活性氧增强铁死亡效应，从而发挥抗肿瘤作用。此外，该纳米颗粒具备良好的光热效应，对铁死亡有促进作用，同时具备T1MRI成像功能，可对肿瘤起到示踪作用。

技术领域

本发明涉及一种用于肿瘤治疗的能够诱导铁死亡的铁螯合物纳米颗粒(Ferroptosis-triggering Iron-chelating Nanoparticle,FIN)及其制备方法，属于纳米制剂领域。

背景技术

化疗最常见的治疗癌症方法之一，目前临床上绝大多数的化疗药物都是通过直接作用和干扰与凋亡相关蛋白，激活细胞凋亡通路来抑制肿瘤细胞的生长。但在临床实践中，靶蛋白经常发生突变，导致凋亡诱导剂产生多重耐药。此外，在许多情况下，凋亡治疗引起恶性肿瘤过度表达某些蛋白抑制分子或激活新的信号通路来对抗凋亡诱导剂的抗肿瘤作用。因此，迫切需要开发一些新的非凋亡策略来有效治疗癌症。

近年来，铁死亡(Ferroptosis)的发现为恶性肿瘤的治疗提供了新的思路。铁死亡是一种新的非凋亡调控的细胞死亡形式。大量的癌症相关基因和信号通路被发现调节铁死亡。系统Xc^—(System Xc^—)的抑制和铁代谢导致GPX4的抑制或GSH的耗尽，活性氧(ROS)在细胞质中积累并产生不受抑制的脂质过氧化。这些被氧化的磷脂进一步导致细胞膜破裂和细胞裂解，最终导致细胞死亡。由于铁死亡细胞裂解而非凋亡过程中调控靶蛋白的特点，诱导肿瘤细胞铁死亡的治疗策略比传统的凋亡治疗具有显著优势。首先，诱导缺铁治疗能够避免靶蛋白的突变和多重耐药。其次，癌症特有的代谢特征，如铁过载、高H₂O₂水平和铁死亡防御系统的不平衡等，使得诱导铁死亡的治疗对恶性肿瘤具有特异性。目前，已有大量的小分子如索拉非尼、Erastin、柳氮磺胺嘧啶等被用于诱导多种癌症的铁死亡，包括非小细胞肺癌、乳腺癌、白血病等。总的来说，诱导铁死亡的治疗策略在癌症治疗中具有巨大的潜力。

然而，铁离子直接在体内用于诱导铁死亡仍存在以下问题：其在体内给药后存在安全性的问题并无法实现特异性的分布。在脑部，FeCl₃会导致癫痫的发生。一部分铁在结合成为铁蛋白后，剩余的游离铁会导致神经元的损伤。铁与活性氧中间物(如过氧化氢、超氧阴离子等)通过芬顿反应或哈伯-韦斯反应产生高反应的自由基，如羟自由基，引起细胞的死亡，进而产生癫痫。此外，外源铁离子进入细胞主要通过浓度梯度扩散的方式，无法特异性地进入靶细胞而不进入非靶细胞。诱导铁死亡的药物同样存在非特异性分布的问题，且诱导效率有待进一步提高。

发明内容

针对铁离子用于抗肿瘤治疗存在的非特异性分布和毒性等问题，以及铁死亡诱导剂效率不足的问题，本发明拟构建一种铁螯合物纳米颗粒脂质体，该脂质体经静脉给药后，可以定向分布至肿瘤组织或其他靶部位，在溶酶体偏酸性环境中缓慢降解，释放出铁死亡引发剂(Trigger)、铁离子和鞣酸(TA)，通过自循环的方式产生活性氧增强铁死亡效应，从而发挥抗肿瘤作用。

在本发明中，我们设计并优化了一种颗粒小、稳定性好、特异性分布的能够诱导铁死亡的铁螯合物纳米颗粒(FIN)(结构如图1中A所示，作用机制如图1中B所示)。在该纳米颗粒被细胞吸收并释放有效载荷后，Trigger起始了铁死亡。鞣酸将Fe³⁺还原为Fe²⁺，然后在肿瘤细胞中通过高水平的H₂O₂再氧化Fe³⁺。这一自循环过程产生了大量的ROS，从而增强了脂质过氧化的作用和随后的铁死亡。此外，在近红外(NIR)激光照射下，FIN表现出光热效应。温度的轻微升高进一步提高了芬顿反应的效率，对铁死亡有促进作用。