可诱导铜死亡的连硒COF用于肿瘤放射治疗 | 上海楷树化学科技有限公司

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可诱导铜死亡的连硒COF用于肿瘤放射治疗

摘要
郑州大学何巍联合中国科技大学张亮团队在Nat. Commun. 2026研究中，构建含硒二硫键辐射响应型载铜共价有机框架COF‑Tpy‑Se‑Cu，与溶瘤腺病毒OVAD开展联合治疗。X射线照射触发COF‑Tpy‑Se‑Cu释放铜离子，诱导FDX1依赖的铜死亡；溶瘤腺病毒一方面消耗胞内谷胱甘肽提升铜离子生物利用度，另一方面抑制线粒体蛋白酶AFG3L2，稳定FDX1蛋白，放大铜死亡效应。

研究背景
1. 行业现存问题：
铜死亡作为铜依赖线粒体调控性细胞死亡，纳米材料诱导铜死亡治疗受制于肿瘤内源FDX1表达下调、肿瘤穿透不足、脱靶泄露，单独使用疗效有限；溶瘤病毒单药治疗存在肿瘤清除不完全，难以根除耐药肿瘤细胞的短板。
2. 现有学者解决方案：
研究者开发各类铜基纳米材料递送铜离子诱导铜死亡，联合PD‑1免疫治疗提升抗肿瘤效果；溶瘤病毒被用于重编程肿瘤免疫微环境，释放肿瘤相关抗原，激活先天与适应性免疫，但是铜死亡纳米材料与溶瘤病毒协同机制、用于放疗增敏的研究尚少。
3. 本文创新思路：
设计含二硒键辐射响应型载铜共价有机框架COF‑Tpy‑Se‑Cu，X射线定点裂解二硒键实现铜离子按需释放，降低非特异性泄露；引入溶瘤腺病毒OVAD，从谷胱甘肽消耗、FDX1蛋白稳定两个维度解除铜死亡通路限制，材料、病毒、放疗三者协同，同时实现肿瘤直接杀伤与免疫微环境重塑。

实验部分
1. 放射抵抗肿瘤细胞模型构建：
选用MOC1、4T1、MC38、AKR肿瘤细胞，采用每次2 Gy分次持续照射，构建多株获得性放射抵抗细胞亚系MOC1‑R、4T1‑R、MC38‑R、AKR‑R；构建4T1‑R皮下移植放射抵抗动物模型；克隆形成实验确认细胞放射抵抗表型。实验证实放射抵抗细胞对铜死亡诱导剂elesclomol‑Cu敏感性显著高于亲本细胞。
2. COF‑Tpy‑Se‑Cu溶剂热合成实验：
将配体L‑Tpy、L‑Se、乙酸铜(II)置于Pyrex管，加入均三甲苯、二甲基乙酰胺、6 M乙酸，密封120 ℃溶剂热反应72 h；氯仿/丙酮洗涤、120 ℃干燥得到COF‑Tpy‑Se‑Cu材料。该材料无X射线照射条件下，在pH、GSH、H₂O₂多种肿瘤微环境模拟条件铜泄露极低；X射线照射后可时间依赖性释放铜离子。
3. 体外细胞药效与死亡通路验证实验：
对放射抵抗肿瘤细胞开展COF‑Tpy‑Se‑Cu联合X射线处理；分别加入铁死亡、凋亡、坏死性凋亡抑制剂，铜螯合剂TTM，同时构建FDX1敲除细胞株。实验证实只有铜螯合剂TTM、FDX1敲除能够逆转细胞杀伤效果，证明细胞死亡是FDX1依赖铜死亡；该处理可以诱导免疫原性细胞死亡，释放HMGB1、ATP，细胞膜外翻钙网蛋白CRT。
4. 溶瘤病毒OVAD协同铜死亡体外机制实验：
OVAD感染放射抵抗肿瘤细胞；检测胞内GSH/GSSG比值，CHX蛋白降解追踪、siRNA筛选线粒体蛋白酶。证实OVAD消耗胞内GSH；靶向抑制线粒体蛋白酶AFG3L2，减少FDX1蛋白降解，在转录后水平提升FDX1蛋白丰度，放大铜死亡。
5. 动物体内治疗、免疫与转移抑制实验：
构建MOC1‑R原位舌肿瘤、4T1‑R皮下放射抵抗肿瘤模型，瘤内注射COF‑Tpy‑Se‑Cu、OVAD配合局部X射线照射；设置双侧肿瘤远端abscopal模型、肺转移定植模型；体内抗体耗竭CD8⁺T、CD4⁺T细胞。实验表明三者联合显著抑制原发、远端肿瘤生长，抑制肺转移，延长小鼠生存期；CD8⁺T细胞是体内治疗效果的关键效应细胞。

分析测试
1. 粉末X射线衍射(PXRD)：
COF‑Tpy‑Se‑Cu在2θ=3.9°、4.6°出现特征衍射峰，对应(100)、(110)晶面，证明材料高结晶度、长程有序框架结构。
2. 氮气吸附脱附测试(BET)：
COF‑Tpy‑Se‑Cu比表面积246.2 m²·g⁻¹，证明材料具备永久多孔结构。
3. X射线光电子能谱XPS：
Cu 2p特征峰934.24 eV，Se 3d特征峰55.51 eV；X射线照射后Se 3d峰位红移，证明X射线造成二硒键(‑Se‑Se‑)化学键断裂。
4. 傅里叶红外FT‑IR、UV‑Vis紫外可见光谱：
FT‑IR在1610 cm⁻¹出现亚胺键(‑C=N‑)特征吸收；X射线照射后‑Se‑Se‑伸缩振动峰强度下降，进一步证实二硒键辐射裂解。UV‑Vis得到COF框架特征光学吸收信号。
5. TEM透射电镜、DLS动态光散射：
未辐照COF‑Tpy‑Se‑Cu流体力学粒径422.4 nm；4 Gy X射线照射后，材料结构破碎，粒径下降至99.6 nm，直观验证辐射触发材料框架解体。
6. ICP‑MS电感耦合等离子体质谱：
用于检测细胞、组织线粒体铜含量；以硒元素作为材料示踪元素，完成体内生物分布、粪便/尿液排泄分析；材料主要经肝胆粪便途径清除，在心、肾正常组织滞留极低。
7. 分子生物学表征：
Western blot、ChIP染色质免疫共沉淀、双荧光素酶报告基因证实转录因子ATF3直接结合FDX1、Cox17启动子，上调二者转录；流式细胞术检测DC、T细胞、巨噬细胞亚群；多重免疫荧光观察肿瘤组织CD8⁺T、颗粒酶B表达。
测试揭示性质：COF‑Tpy‑Se‑Cu为高结晶多孔辐射响应材料，二硒键赋予X射线触发解体、可控释放铜离子的特性；ATF3‑FDX1‑COX17轴介导放射抵抗细胞铜死亡高易感；OVAD通过翻译后修饰稳定FDX1蛋白，不改变FDX1转录水平。

机理分析
1. 放射抵抗肿瘤细胞铜死亡易感分子机理：
反复分次放疗诱导应激转录因子ATF3上调；ATF3结合FDX1、Cox17基因启动子区，转录激活两个关键基因；FDX1负责Cu²⁺还原为毒性Cu⁺，COX17介导铜向线粒体转运，两者协同提升线粒体铜蓄积，赋予放射抵抗肿瘤细胞对铜死亡更高敏感性。
2. COF‑Tpy‑Se‑Cu材料响应机理：
COF骨架内置辐射敏感二硒键，生理环境下骨架稳定，铜离子几乎不泄露；X射线照射破坏‑Se‑Se‑键，造成COF框架崩解，定点在肿瘤微环境释放Cu²⁺，经由FDX1转化为Cu⁺，诱导线粒体铜过载、DLAT脂酰化蛋白聚集，启动铜死亡；铜死亡释放DAMP损伤相关分子模式，诱导免疫原性细胞死亡。
3. 溶瘤腺病毒OVAD增敏铜死亡双重分子机制：
①消耗胞内谷胱甘肽GSH，GSH是细胞内源铜螯合剂，GSH耗竭提升游离毒性铜离子水平；
②抑制线粒体基质蛋白酶AFG3L2，阻断AFG3L2介导FDX1蛋白降解，在不改变FDX1 mRNA条件下提高FDX1蛋白丰度，持续驱动铜死亡执行。
4. 三重联合免疫重塑机理：
COF‑Tpy‑Se‑Cu+放疗杀伤肿瘤释放TAAs、DAMPs，OVAD进一步重编程肿瘤微环境；促进树突状细胞成熟，促进M2肿瘤相关巨噬细胞向M1表型转换，降低Treg细胞占比，大量CD8⁺细胞毒性T细胞浸润肿瘤，冷肿瘤转变为免疫热肿瘤；产生记忆T细胞，实现远端抑瘤、抗转移长效免疫保护。

总结
1. 该工作立足于放射抵抗肿瘤细胞的铜死亡高易感生物学特征，理性设计辐射响应载铜共价有机框架COF‑Tpy‑Se‑Cu，实现X射线可控铜离子释放；联合溶瘤腺病毒OVAD，分别从铜离子供给、解除铜死亡通路两大限制层面实现协同。
2. 体外实验证实该组合可以高效诱导FDX1依赖铜死亡，触发免疫原性细胞死亡；体内放射抵抗肿瘤小鼠模型中，该治疗策略有效抑制原发肿瘤生长，引发CD8⁺T细胞依赖的全身抗肿瘤免疫，实现远端肿瘤抑制、抵抗肺转移并建立长效免疫记忆。

文章标题：A cuproptosis-inducing covalent organic framework synergizes with oncolytic virus for tumor radiotherapy
文章作者：Yuan-Tong Liu, Ke-Shan Liu, Han Li, Shuo Wang, Shu-Ying Bie, Ying-Qi Wei, Shan-Shan Gou, Xiang-Bo Wan, Xing-Zhen Li, Liang Zhang & Wei He
DOI：10.1038/s41467-026-76947-w
文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-76947-w

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郑州大学何巍联合中国科技大学张亮团队在Nat. Commun. 报道开发辐射响应载铜共价有机框架COF‑Tpy‑Se‑Cu，X射线触发铜释放诱导铜死亡；联合溶瘤腺病毒双重放大铜死亡效应，重塑肿瘤免疫微环境，在放射抵抗肿瘤小鼠模型实现原发、远端肿瘤抑制与长效免疫记忆。