PCN-61纳米颗粒的拉曼自追踪特性用于铜死亡介导抗肿瘤

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摘要
1. 中国科学院长春应用化学研究所鲍莹、王浩、肖春生、陈学思院士团队在 Angew. Chem. Int. Ed.发表研究，报道了一种兼具 H2O2 响应性与拉曼自追踪能力的铜基金属–有机框架纳米平台（CuF），用于铜死亡介导的抗肿瘤治疗。
2. 该工作以含炔基配体 BTEI 与 Cu2+ 配位构筑 PCN-61，经 PEG 化得到 CuP，并负载铁基催化剂 [Fe(MeCN)6(BF4)2] 形成 CuF；在肿瘤微环境高 H2O2 条件下催化氧化断裂炔键，实现 Cu2+ 释放与骨架降解，同时利用炔基的本征增强拉曼信号实现无标记自追踪。

研究背景
1. 行业问题
铜死亡（cuproptosis）自 2022 年被报道以来被视为有前景的肿瘤治疗策略，然而铜离子在递送过程中易被内源性氨基酸、硫醇或金属离子干扰而失活，并存在脱靶毒性，限制了临床转化。
2. 现有方案
主要包括以 elesclomol、双硫仑及吡啶衍生物为代表的内源性铜离子载体，以及通过静电吸附或脂质体包封制备的含铜纳米颗粒。前者抗肿瘤效率有限并可能带来神经毒性，后者易受内源性配体干扰而发生提前失活或系统性毒性，均难以兼顾肿瘤靶向释放与递送过程稳定性。
3. 本文创新
本文提出以富 Cu2+ 的炔基骨架MOF材料作为递送载体，一方面借助金属–配体配位与层间 π–π 堆积增强电子离域，使炔键更易被氧化断裂，从而实现 H2O2 响应性降解与 Cu2+ 释放；另一方面利用炔基在生物正交拉曼静默区（1800–2300 cm−1）的增强拉曼信号，赋予材料无标记自追踪能力。

实验内容
1. Cu-MOF 纳米颗粒的合成与筛选
1) 作者以含炔基配体 BTEI 与 Cu2+ 配位合成 PCN-61。按文献方法直接合成得到微米级块状或棒状形貌，不适合体内应用；2) 随后系统筛选封端剂，以苯甲酸、HBF4 或乙酸为封端剂时颗粒易聚集且粒径超过 400 nm，而以阿仑膦酸、植酸、透明质酸或海藻酸盐为封端剂则难以获得良好结晶的 PCN-61。
2) 最终发现使用 H3PO4 作为封端剂时成功获得粒径约 81 nm 的球形 PCN-61 纳米颗粒。
2. 表面 PEG 化与催化剂负载
1) 为改善水相分散性与稳定性，作者在超声条件下以 mPEG-P 进行表面配体交换，得到 CuP，呈球形、平均粒径约 86 nm、表面电位约 –15 mV，水溶液中可稳定分散至 48 h，而未 PEG 化的 PCN-61 出现大量沉淀。
2) 基于 CuP 超过 3000 m2/g 的比表面积与大于 1.8 nm 的孔径，作者通过物理吸附负载 [Fe(MeCN)6(BF4)2]，负载效率约 40%，得到 CuF。
3) PXRD 证实表面修饰未改变 MOF 核的晶体结构，XPS 证实 CuP 中铜保持二价。
3. 体外与体内抗肿瘤评价设计
作者以 4T1 细胞及 4T1 荷瘤小鼠模型评价 CuF 的铜死亡诱导能力与抗肿瘤效果，并通过 RNA 测序分析转录响应，通过药代动力学与组织分布实验考察递送行为，同时设置 CuP 与 CuF 对照以区分催化剂介导降解的作用。

分析表征
1. 结构与形貌表征
PXRD 确认 PEG 化前后 MOF 核晶体结构保持一致；XPS 证实 CuP 中铜为二价；TEM 显示 PCN-61 与 CuP 均为球形形貌，CuP 平均粒径约 86 nm、表面电位约 –15 mV，并在水相中稳定分散至 48 h。
2. 拉曼自追踪信号表征
CuP 在 2228 cm−1 处显示归属于炔基的拉曼信号，该峰位于生物正交拉曼静默区（1800–2300 cm−1），背景干扰低、信噪比高；与 BTEI 单体相比，CuP 的拉曼信号强度显著增强，作者以常用含炔拉曼探针 5-ethynyl-2’-deoxyuridine 为参照计算了其拉曼增强效应。
3. 响应性降解与释放表征
在 100 µM H2O2 条件下，CuF 的 2228 cm−1 炔基峰随时间逐渐减弱，48 h 时几乎不可检测，而仅 PBS 孵育的 CuF 炔基峰几乎不变，直接证明炔键发生氧化断裂；作者进一步监测了 Cu2+ 的同步释放。
4. 体内分布与药代表征
基于拉曼信号建立肿瘤组织匀浆基质匹配标准曲线，测得 CuF 血液循环半衰期 t1/2 为 29.5 ± 8.6 h，循环过程中释放的铜不足 5%；ICP-MS 显示给药后血、主要脏器与肿瘤中 Cu 水平快速升高并于 1 h 达峰后下降，肿瘤中升高最明显，而总 Fe 水平波动较小。

机理分析
1. 催化氧化断裂炔键触发骨架降解
1) CuP 中炔键为嵌入共轭 MOF 骨架的二芳基炔，层内与层间共轭离域提高其电子密度，使其更易发生自由基介导的单电子转移氧化；但无催化剂条件下即使在高浓度 H2O2 中 CuP 仍难以降解。
2) 负载铁基催化剂后，H2O2 被转化为活性更高的中间体，实现生理条件（37 °C、水相）下炔键的氧化断裂，进而引发 MOF 骨架坍塌与 Cu2+ 释放。
2. 铜过载诱导铜死亡及协同增强
1) 释放的 Cu2+ 造成肿瘤细胞内铜过载，经 FDX-1/GSH 介导还原为 Cu+，干扰 TCA 循环与脂酰化过程，诱导铜死亡；炔键氧化断裂产生的醛类与酸类产物可进一步协同增强铜死亡效应。
2) GO 与 KEGG 分析富集于 C5-支链二元酸代谢、矿物吸收、线粒体自噬与谷胱甘肽代谢等通路，GSEA 显示线粒体自噬与矿物吸收通路显著富集。

总结
本研究构建了名为 CuF 的拉曼自追踪纳米平台，通过 Cu2+ 与富炔基配体 BTEI 螯合、PEG 化稳定纳米颗粒并负载铁基催化剂 [Fe(MeCN)6(BF4)2]，实现 H2O2 响应性降解与 Cu2+ 释放，在 4T1 乳腺癌模型中肿瘤抑制率达 91%，且系统毒性较低。

文章标题：Raman Self-Tracking Copper Metal-Organic Framework-Based Nanoplatform for Cuproptosis Cancer Therapy
文章作者：Yujie Duan、Ying Bao、Ziwen Gao、Xidong He、Xinming Liu、Hao Wang、Chunsheng Xiao、Xuesi Chen
DOI：10.1002/anie.9809366
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.9809366

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中国科学院长春应用化学研究所鲍莹、王浩、肖春生、陈学思院士团队在 Angew发表研究，报道了一种兼具 H2O2 响应性与拉曼自追踪能力的铜基金属–有机框架纳米平台（CuF），用于铜死亡介导的抗肿瘤治疗。