Synergistic chemodynamic and metabolic reprogramming-based cancer therapy by CuO@HA nanozymes with oxygen vacancy

化学 伊布塞伦 肿瘤微环境 谷胱甘肽 癌细胞 生物化学 过氧化氢 活性氧 超氧化物 癌症研究 GPX4 癌症 NADPH氧化酶 肿瘤缺氧 重编程 乳酸脱氢酶 下调和上调 新陈代谢 胞浆 谷胱甘肽过氧化物酶 氧化酶试验 生物物理学 GPX1型 抗氧化剂 激酶 细胞内 氧化磷酸化 磷脂过氧化氢谷胱甘肽过氧化物酶
作者
Weiwei Wang,Yuxuan Cai,Zhongxing Wang,Haoyang Song,Tianyuan Hu,Ying Jia,Maoxiao Feng,Juyoung Yoon,Qiongzheng Hu,Yunshan Wang
出处
期刊:Theranostics [Ivyspring International Publisher]
卷期号:16 (3): 1374-1385 被引量:5
标识
DOI:10.7150/thno.119806
摘要

Rationale:The tumor microenvironment (TME), which is characterized by disordered metabolism, acidic pH, and high glutathione (GSH) and hydrogen peroxide (H2O2) levels, seriously hampers the efficacy of cancer therapy.Nanozymes with multi-enzyme activity have considerable potential to reprogram the TME and suppress tumor growth.Methods: A strategy for remodulating the TME based on a hierarchical CuO nanozyme with oxygen vacancies decorated with hyaluronic acid (HA) (CuO@HA) was developed.The enzyme activities of CuO@HA were evaluated by enzyme kinetic assays and density functional theory (DFT).The in vitro and in vivo anti-tumor effects were estimated, and the mechanism was explored using multi-omic methods.Results: CuO@HA exhibited effective peroxidase (POD)-like enzyme and glutathione oxidase (GSHOx)-like enzyme activities, which catalyzing the decomposition of H2O2 into toxic hydroxyl radicals (OH) and oxidation of GSH into glutathione disulfide (GSSG), respectively.DFT calculations confirmed the effective catalytic activity of CuO@HA.Both in vitro and in vivo experiments demonstrated that CuO@HA can inhibit the growth of breast cancer and melanoma cells with no notable systemic toxicity by producing high levels of OH and reprogramming the glycine, serine, and threonine metabolism pathways in tumor tissues.Conclusions: Our study is the first to demonstrate a strategy to reprogram the glycine, serine, and threonine metabolic pathways via the CuO nanoparticle-mediated downregulation of choline dehydrogenase (Chdh) in tumor tissues.This antitumor strategy, which combines chemodynamic therapy and reprogramming of amino-acid metabolism, represents a novel approach for cancer therapy.
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