《advanced materials》
影響因子：26.8
期刊ISSN：1521-4095
分區：在中科院最新升級版分區中為材料科學大類1區，小類學科均為1區，屬于頂尖期刊。
出版周期：Semimonthly
發文量：3793/年（2025年）
自引率：5%
平均審稿速度：2.5 Months
一、 研究背景
三磷酸腺苷（ATP）是細胞生命活動的能量貨幣。惡性腫瘤細胞為了維持其快速增殖、侵襲及耐藥性，演化出了高度活躍的ATP代謝模式，包括高效的胞內合成和特征性的胞外外排。
傳統的代謝干預策略多側重于抑制糖酵解（Warburg效應）或氧化磷酸化（OXPHOS）來削減內源性ATP。然而，腫瘤細胞具有強的代謝可塑性，單一路徑的抑制往往會激發細胞的代謝補償機制，導致治療效果不佳且易產生耐藥。近年來的研究表明，跨膜ATP流量（Transmembrane ATP Flux）——即細胞內生產與細胞外利用之間的動態平衡界面，是決定腫瘤細胞能量穩態的關鍵。如何精準干擾這一平衡，誘導不可逆的生物能量崩潰，成為腫瘤代謝治療的新課題。
二、 研究目的
針對上述科學問題，西南大學黃承志教授、李春梅教授及左華教授團隊在國際頂尖學術期刊《Advanced Materials》上發表了題為“A Biomimetic Nanomachine Reprograms Transmembrane ATP Flux to Induce Tumor-Selective Bioenergetic Crisis"的研究論文。
該研究開發了一種名為 HSA-ABC 的仿生納米機器。該機器通過“納米章魚"般的結構設計，實現了在腫瘤細胞膜上的高效多價錨定。不同于傳統的ATP檢測或被動利用，HSA-ABC能夠主動響應腫瘤微環境中的胞外ATP（eATP），啟動一套自擴增的聯合治療流程，最終通過重塑跨膜ATP流量，誘導腫瘤細胞發生選擇性的生物能量危機。
三、 研究亮點
1、概念創新——“跨膜ATP流量重編程"：不局限于單一抑制ATP合成，而是通過誘導胞內ATP的主動外排與胞外響應釋放，創造一種持續的能量耗竭狀態。
2、結構仿生——多價“納米章魚"構型：以人血清白蛋白（HSA）為核心，偶聯硫醇修飾的DNA組裝體。其多價膽gu醇分子模擬章魚吸盤，實現了強的細胞膜親和力和長達8小時的膜穩態，有效克服了納米藥物常見的內吞降解難題。
3、機制協同——自擴增反饋回路：eATP觸發納米機器構象改變，釋放Ce6并誘導光動力膜損傷，隨后協同DOX引發細胞凋亡。凋亡過程中大量釋放的內源ATP再次激活周圍的HSA-ABC，形成“ATP觸發-ATP釋放-反饋增強"的級聯效應。
4、多組學驗證代謝紊亂：通過轉錄組學與代謝組學聯合分析，系統性地證明了該策略能顯著下調腫瘤中心碳代謝關鍵通路，破壞其代謝代償能力。
四、 研究思路
設計組裝：通過精準調控DNA臂的數量，篩選出具有優生物學性能的多價HSA-ABC實體。
膜行為研究：通過全內反射熒光顯微鏡（TIRFM）等手段，驗證其在腫瘤細胞膜上的長效錨定與ATP響應釋放性能。
療效評價：在細胞與活體水平驗證其選擇性殺傷效果，并重點考察其誘導免疫原性細胞死亡（ICD）的能力。
機制解析：利用多組學技術挖掘其對腫瘤代謝通路的深層調控機制，明確其誘導能量危機的分子基礎。
五、 研究結果
1、HSA-(ABC)x的表征及ATP響應性能實驗
本實驗聚焦納米機器的價態、親和力及ATP響應性，通過調整投料比制備不同價態復合物，確定HSA-(ABC)5為優價態，同時驗證其具備高效1O2生成能力、高細胞親和力及腫瘤微環境特異性ATP響應性，解決了靶向錨定和激活的關鍵問題。
2、ATP-DOX循環釋放介導的腫瘤細胞膜損傷實驗
本實驗驗證納米機器的自放大治療機制，通過多維度檢測發現，ATP觸發Ce6釋放與激光照射協同可誘導膜損傷，促進DOX非內吞途徑內流，凋亡誘導引發的ATP外排形成正反饋循環，同時可誘導免疫原性細胞死亡，提升治療效果。
3、HSA-(ABC)?的體外腫瘤細胞殺傷能力實驗
本實驗通過活死細胞染色、細胞活力檢測、凋亡蛋白表達及細胞核形態觀察，證實HSA-(ABC)5需ATP觸發、激光照射與DOX遞送三者協同，才能通過激活線粒體凋亡通路高效殺傷腫瘤細胞，且殺傷效果具有時間依賴性。
4、納米機器對MCF-7細胞的轉錄組和代謝組影響實驗
本實驗通過轉錄組和代謝組聯合分析，發現納米機器協同處理可顯著改變腫瘤細胞基因表達譜和代謝譜，下調與細胞膜完整性相關基因，上調凋亡及免疫相關基因，富集核心碳代謝通路，從分子和代謝層面揭示其誘導腫瘤能量危機的機制。
5、HSA-(ABC)5的體內抗腫瘤療效及生物安全性實驗
本實驗構建MCF-7荷瘤裸鼠模型，設置四組不同處理方案，通過靜脈注射給藥并對特定組進行激光照射，全程監測腫瘤體積和小鼠體重，直觀呈現納米機器在體內的作用機制、靶向性及抗腫瘤療效，同時評估其生物安全性，為臨床轉化提供依據。
六、 研究結論
本研究成功構建了章魚狀仿生納米機器HSA-(ABC)5，明確其優價態及ATP響應性、膜靶向性等核心性能，通過體外及體內實驗證實，該納米機器可依托“ATP觸發-光動力膜損傷-DOX內流-凋亡誘導-ATP外排"的自放大循環，實現跨膜ATP流重編程，從基因、代謝及細胞層面誘導腫瘤細胞能量危機，高效殺傷腫瘤細胞并誘導免疫原性細胞死亡；同時，該納米機器具備良好的生物安全性和腫瘤靶向性，突破了傳統ATP消耗療法的局限，為精準抗腫瘤治療提供了新型納米遞送平臺和可行的治療策略，也為后續納米機器的臨床轉化及優化奠定了堅實的實驗基礎。
