细胞膜是维持生命活动的第一道屏障，它负责保护细胞内部结构，并实现代谢底物与信号分子的选择性交换。然而，多项研究发现，在坏死性凋亡、焦亡等多种程序性细胞死亡中，细胞膜破裂是决定细胞命运的关键事件。因此，主动、选择性地诱导癌细胞膜破裂，已成为一种能够绕开复杂细胞内信号网络、直接摧毁肿瘤细胞的新兴治疗策略，同时该策略还能显著提升多种小分子和大分子药物的进入效率。与此同时，具有高效催化能力的酶类正成为肿瘤治疗中备受关注的工具，其可以通过选择性地降解细胞代谢底物、合成双氧水等细胞毒性物质等途径抑制肿瘤细胞生长。
在此背景下，苏州大学冯良珠教授和刘庄教授团队提出一种结合“主动破膜 + 氧化应激放大”的酶触肿瘤消融新策略：即利用磷脂酶（PLA1）作为“分子打孔器”来选择性降解细胞膜中的磷脂分子，在破坏细胞膜结构的同时释放溶血磷脂、胆固醇、多不饱和脂肪酸，后者在胆固醇氧化酶（COD）或脂肪氧化酶（LOX）的催化下可以转变为有细胞毒性的双氧水或纸质自由基；同时该策略还能促进胞内分子释放、提高胞外分子的入胞效率，协同杀灭肿瘤细胞。进一步地，利用壳聚糖（CS）/甘油磷酸盐(GP)形成的温敏型水凝胶作为PLA1和COD的局部递送载体，可以高效抑制皮下瘤的生长，同时还能作为一种新型的可注射催化栓塞材料，通过经动脉给药后高效抑制大鼠原位肝癌的生长。
2025年11月30日，相关工作以“Thermo-Responsive Catalytic Hydrogel Enables Oncolytic Enzyme Therapy Through Cascading Plasma Membrane Rupture and Oxidative Stress Amplification”为题发表在Advanced Functional Materials。
首先，研究团队构建了一种可注射的温敏CS-GP水凝胶，可在37°C下迅速由溶液转变为凝胶，满足体内快速成胶的需求。水凝胶呈多孔结构，并在肿瘤偏酸环境中释放更缓慢，有利于PLA1、COD、LOX等酶类在局部的稳定滞留。更重要的是，水凝胶能够良好保持酶活，PLA1与COD 在其中仍可高效协同，将癌细胞膜来源胆固醇转化为细胞毒性H?O?。整体而言，该温敏水凝胶兼具良好成胶特性、可控释放与稳定酶活，是构建局部酶促抗肿瘤治疗平台的理想载体（图1）。
图1.CS-GP水凝胶的合成与特性表征
为了观察膜通透性的变化，研究者首先使用台盼蓝和碘化丙啶（PI）对细胞进行染色。随着PLA1浓度与作用时间增加，CT26细胞逐渐被染色，表明细胞膜受损，染料可以顺利跨过受损的细胞膜。不仅如此，PLA1还促进大分子的进入。研究团队以Cy5.5标记的牛血清白蛋白作为模型，发现经PLA1处理的细胞出现更强的红色荧光。即使阻断内吞作用后，大分子仍呈现一定程度的进入，证明PLA1打开了细胞膜本身的“物理通道”。同时，表达mCherry荧光蛋白的细胞在PLA1作用下细胞内部的红色蛋白质逐渐减少；同时，细胞外LDH（乳酸脱氢酶）水平升高，表明细胞内容物的泄漏。综合这些结果，PLA1能够主动破坏癌细胞的质膜屏障，使细胞变得“千疮百孔”，既让药物和大分子轻松进入，也让内部物质不断泄漏（图2）。
图2.PLA1介导的细胞膜破裂增强细胞膜通透性：促进外源分子进入和细胞内物质释放
在验证了PLA1的破膜能力后，研究团队进一步探索了其在增强抗癌疗效方面的潜力。以胆固醇氧化酶（COD）为例，PLA1破坏癌细胞膜后，使膜内胆固醇充分暴露，从而显著提升COD的作用效率。联合处理的CT26细胞表现出胆固醇含量降低，并产生过氧化氢（H?O?）诱导强烈的氧化应激反应，最终显著提升细胞杀伤效果。类似地，PLA1还能促进脂肪氧化酶（LOX）作用于多不饱和脂肪酸，提高脂质过氧化水平，显著增强LOX的杀伤能力。综上，PLA1通过破膜释放胆固醇和多不饱和脂肪酸等底物，为COD、LOX等氧化酶放大氧化应激提供条件，从而显著增强抗癌疗效（图3）。
图3. PLA1提高体外治疗蛋白的抗肿瘤效果
体内疗效评估表明，PLA1-COD水凝胶组合在CT26小鼠肿瘤模型中实现了最显著的肿瘤生长抑制，抑制率高达66.3%。此外，PLA1同样增强了LOX的抗肿瘤效果。综合结果表明，PLA1不仅在体外提升酶促治疗效能，在体内同样能够实现对肿瘤的高效精准杀伤，为多酶协同肿瘤治疗提供了有力材料策略（图4）。
图4. PLA1-COD/LOX水凝胶组合在体内增强抗肿瘤效果
经导管动脉肿瘤栓塞（TAOE）是中晚期肝癌常用的微创治疗方法，但现有的栓塞剂往往存在栓塞效果不持久、药物释放不理想的问题。为此，本研究利用温敏CS-GP水凝胶搭载PLA1和COD酶对，构建了一种既能长期阻断血流，又能在局部释放酶的“催化型”栓塞材料。在兔耳动脉和肾动脉模型中，该水凝胶表现出显著的血管阻塞能力和持续性栓塞效果，相比传统的脂肪碘油，血流灌注长期降低，组织出现明显凝固坏死，显示其作为栓塞剂的优势。在大鼠原位N1S1肝癌模型中，PLA1-COD嵌入 CS-GP水凝胶展现出强效的抗肿瘤能力，其抑瘤效果与临床使用的 DOX-脂肪碘油乳剂相当。总体而言，PLA1-COD嵌入CS-GP水凝胶不仅具备优异的栓塞效果和抗肿瘤能力，同时也显示出良好的安全性和可临床转化潜力，为肝癌的精准介入治疗提供了全新的材料化策略（图5）。
图5. 体内动脉栓塞以及TAE治疗效果。
总之，本研究利用PLA1主动破坏癌细胞膜，释放胆固醇和多不饱和脂肪酸，为COD和LOX放大氧化应激提供底物，同时改善蛋白药物等大分子摄取。在温敏 CS-GP水凝胶辅助下，PLA1-COD/LOX酶对不仅显著抑制肿瘤生长，还具备催化栓塞能力和良好生物相容性，为局部肿瘤治疗提供了一种简洁高效的酶促抗癌策略，展示了良好的临床转化潜力。
原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202524124
