功能化阿霉素和铁离子双载羧甲基甲壳素微球通过栓塞、铁死亡和自噬介导的HIF-1α抑制治疗肝细胞癌

Functional doxorubicin and iron ions dual-loaded carboxymethyl chitin-based microspheres for hepatocellular carcinoma therapy via embolization, ferroptosis, and autophagy-mediated HIF-1α inhibition

作者信息Fan Leng, Sai Lei, Si-Han Zhang, Cui Hu, Liu-Gen Li, Ya-Dong Hao, Sheng Chen, Cunqing Kong, Enfu Du, Ning Han, Tong-Fei Li
PMID41616983
发布时间2026-03-10
DOI10.1016/j.ijpharm.2026.126628

实验完整度

包含体外细胞实验(HepG2)、体内兔VX2肝癌模型、血管栓塞模型、分子对接及自噬和铁死亡机制验证。

主要模型

HepG2细胞 兔VX2肝癌模型 兔耳缘静脉栓塞模型 兔肾动脉栓塞模型

重点核对

CMA/DOX-Fe的制备中CM、CMA、DOX和铁离子的投料比及吸附条件 HepG2细胞缺氧培养的氧浓度(10% O2)和时间(24-72h) CMA/DOX-Fe处理HepG2细胞的剂量和时间 兔VX2肝癌模型的建立和栓塞操作流程 DOX与ATG5结合的分子对接、CETSA和DARTS实验条件

摘要

Embolic microspheres have been applied in transcatheter arterial chemoembolization (TACE) for hepatocellular carcinoma (HCC), a promising anti-cancer strategy. Herein, our team prepared functional doxorubicin (DOX) and iron ions dual-loaded acrylic acid-grafted carboxymethyl chitin microspheres (CMA) microspheres (CMA/DOX-Fe), whose anti-HCC efficacy, targets, and molecular mechanisms were systematically investigated. The CMA/DOX-Fe were successfully constructed, as characterized by scanning electron microscopy, and exhibited favorable suspension and degradation properties with rapid adsorption of blood cells and procoagulant activity. Crucially, the strong embolic performance and anti-HCC efficacy of CMA/DOX-Fe were confirmed in rabbit models involving the marginal ear vein, renal vessels, and VX2 cell xenografts. Additionally, the CMA/DOX-Fe can trigger ferroptosis and suppress HCC cells by releasing DOX and iron ions, which can also induce autophagy through ATG5 binding. Furthermore, pronounced co-localization of HIF-1α and LC3-lysosomes was observed in the presence of CMA/DOX-Fe, demonstrating autophagy-mediated HIF-1α degradation and downstream signaling inhibition. Finally, the prepared CMA/DOX-Fe demonstrated a favorable safety profile and good biocompatibility. In conclusion, the as-synthesized CMA/DOX-Fe exhibits rapid embolization in HCC with subsequent release of DOX and iron ions, thereby inducing ferroptosis and autophagy. The autophagy-mediated suppression of the HIF-1α signaling pathway blocks metastasis of HCC. The present research provides a novel approach for cancer TACE therapy with embolic microspheres.

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
如何设计一种可降解的双载药栓塞微球,通过栓塞、铁死亡和自噬抑制HIF-1α信号通路,实现对肝细胞癌的有效治疗?
核心机制
CMA/DOX-Fe释放的DOX直接结合并激活ATG5,铁离子促进自噬体形成,二者协同激活自噬,降解HIF-1α,抑制下游MMP-2、MMP-9和TGF-β表达;同时诱导铁死亡,增强抗肿瘤效果。
主要证据
体外HepG2细胞和体内兔VX2肝癌模型显示,CMA/DOX-Fe诱导铁死亡(GPX4降低、ACSL4和TfR-1升高、脂质过氧化物积累)和自噬(LC3-II、Beclin-1升高,P62降低,自噬体形成),并降低HIF-1α及其下游分子表达;3-MA抑制自噬后HIF-1α降解被削弱。
研究意义
CMA/DOX-Fe提供了一种可降解、安全、可栓塞并协同化疗的TACE新策略,有望临床转化用于肝细胞癌的治疗。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

CMA/DOX-Fe的制备与表征

制备并表征具有适当粒径、悬浮性、吸附性和降解性的载药栓塞微球。

通过羧甲基壳聚糖和PEG制备CM,经丙烯酸接枝和电子束辐照得到CMA,然后吸附DOX和铁离子形成CMA/DOX-Fe。通过FTIR、SEM、粒径分布、悬浮时间、吸附和释放实验评估其特性。

2

体外和体内促凝血性能评估

验证CMA/DOX-Fe的促凝血、血小板激活和红细胞吸附能力。

通过体外凝血时间、APTT、血小板形态和红细胞吸附实验,以及小鼠肝脏切口出血模型,评估促凝血性能。

3

兔耳缘静脉和肾动脉栓塞模型

评估CMA/DOX-Fe在体内的栓塞效果和安全性。

将CMA或CMA/DOX-Fe注入兔耳缘静脉和肾动脉,通过DSA、大体观察和组织学检查评估栓塞效果。

4

兔VX2肝癌模型建立与TACE治疗

评估CMA/DOX-Fe经肝动脉栓塞化疗的抗肿瘤疗效。

建立兔VX2肝癌模型,通过肝动脉注射PBS、CMA或CMA/DOX-Fe,CT监测肿瘤生长,TUNEL和PCNA/Ki67染色评估凋亡和增殖。

5

体外铁死亡和抗增殖评估

验证CMA/DOX-Fe对HepG2细胞铁死亡和增殖的影响。

通过EDU染色、集落形成、CCK-8、铁离子探针、脂质过氧化物检测、TEM和Western blot检测铁死亡标志物。

6

DOX与ATG5结合验证

证明DOX直接靶向ATG5。

利用分子对接、CETSA和DARTS实验验证DOX与ATG5的结合。

7

缺氧模型和HIF-1α信号通路检测

评估CMA/DOX-Fe在缺氧条件下对HIF-1α信号通路的抑制作用。

将HepG2细胞置于10% O2缺氧培养,检测HIF-1α、MMP-2、MMP-9和TGF-β的表达。在体内兔肿瘤组织进行IHC和Western blot验证。

8

自噬检测与HIF-1α降解验证

验证CMA/DOX-Fe诱导自噬并降解HIF-1α。

通过GFP-LC3转染、溶酶体共定位、TEM、Western blot检测自噬标志物。使用3-MA抑制自噬,观察HIF-1α降解是否受阻。

9

安全性和生物相容性评估

评估CMA/DOX-Fe的血液相容性、细胞毒性、体内降解性和生物安全性。

通过溶血实验、细胞活力检测、血细胞计数、组织HE染色和皮下植入实验评估安全性。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
阿霉素MACKLIND807083
甲壳素Golden-Shell Biochemical1398-61-4
Dulbecco改良Eagle培养基ServicebioG4511
胎牛血清QmSuero/Tsingmu Biotechnology--
CCK-8试剂biosharpBS350A
EDU试剂BeyotimeC0071S
FeRhoNox-1探针MKbioMX4558-50UG
PGSK探针GlpBioGC40243
溶酶体探针BeyotimeC1047S
GPX4抗体proteintech14432-1-AP
ACSL4抗体proteintech22401-1-AP
TfR-1抗体proteintech10084-2-AP
HIF-1α抗体proteintech20960-1-AP
LC3-II抗体proteintech14600-1-AP
Beclin-1抗体proteintech11306-1-AP
P62抗体proteintech18420-1-AP
ATG5抗体proteintech10181-2-AP
MMP-2抗体proteintech10373-2-AP
MMP-9抗体proteintech10375-2-AP
PCNA抗体Biossbs-2006R
GAPDH抗体BioPMPMK053C
TUNEL试剂BeyotimeC1086
蛋白酶EMCE9036-06-0
GPF-LC3质粒genomeditechGM-MC-140869
3-甲基腺嘌呤MedChemExpressHY-19312
Ferrostatin-1TargetMol347174-05-4

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
CMA/DOX-Fe的制备
CM制备时的羧甲基壳聚糖和PEG10000的浓度及比例,丙烯酸溶液浓度,电子束辐照剂量,DOX和铁离子的装载比例
阅读提示:Methods 2.2节
体外细胞实验
HepG2细胞的培养条件(5% CO2, 37°C),DMEM培养基成分(10% FBS),CMA/DOX-Fe的处理浓度和时间
阅读提示:Methods 2.4节
缺氧培养
缺氧培养箱的氧浓度(10% O2),预平衡时间(4h),培养时间(24-72h)
阅读提示:Methods 2.6节
动物模型
兔的品系、体重(2-3kg),VX2肿瘤组织块的制备和植入方法,动物分组(Control、CMA、CMA/DOX-Fe),栓塞操作细节
阅读提示:Methods 2.3节
自噬和HIF-1α检测
GFP-LC3质粒转染条件,3-MA浓度(5 mM)和时间(6h),抗体稀释比和孵育条件
阅读提示:Methods 2.7节