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中科院长春应化所陈学思、汤朝晖研究员团队《Adv.Mater. 》:在肿瘤相关酶敏感前药上取得新进展
2019-09-29  来源:高分子科技

  肿瘤相关酶敏感前药(TAEAP)是一类能在肿瘤内被特异性激活的药物。TAEAP被肿瘤组织中过度表达的酶特异性酶解,释放活性药物,发挥杀伤肿瘤的作用。TAEAP策略能够提高抗肿瘤药物的肿瘤选择性,降低其毒副作用。但是,在很多时候,肿瘤组织内可激活TAEAP的酶的表达水平与正常组织相比差异性不够明显,使得TAEAP的肿瘤靶向性不够高,进而限制了TAEAP的肿瘤选择性和药效。

  针对肿瘤组织和正常组织内可激活TAEAP的酶的量差异性不够明显的问题,陈学思、汤朝晖研究员团队利用高分子血管阻断剂(CA4-NPs)选择性地放大肿瘤组织MMP9的表达,提高MMP9敏感阿霉素前药纳米药物在肿瘤组织的靶向释放。因高分子血管阻断剂能够选择性破坏肿瘤血管,而对正常组织无明显影响,所以可以选择性地诱导肿瘤组织MMP9表达水平升高,进而促进MMP9敏感阿霉素前药纳米药物在肿瘤组织中的靶向释放。

图1.高分子血管阻断剂选择性放大肿瘤组织MMP9的表达,提高MMP9敏感阿霉素前药纳米药物在肿瘤组织中的靶向释放。

  该团队通过将阿霉素氨基与MMP9敏感多肽Fmoc-GPLGL上亮氨酸羧基键合,制备MMP9敏感阿霉素前药MMP9-DOX。通过聚乙二醇单甲醚嵌段谷氨酸苯丙氨酸共聚物将MMP9-DOX进行担载,制备MMP9敏感阿霉素前药纳米药物MMP9-DOX-NPs。研究团队对MMP9-DOX和MMP9-DOX-NPs的MMP9酶敏感性进行了验证。在体外存在MMP9酶的条件下,经高效液相色谱验证MMP9-DOX被酶解为Leu-DOX和Fmoc-GPLG两个片段,表明MMP9的酶切位点在谷氨酸残基和亮氨酸残基之间。MMP9-DOX在存在MMP9酶的条件下被酶解的量高于无MMP9酶的条件下被酶解的量。同时,在细胞水平上观察到,MMP9-DOX、MMP9-DOX-NPs在MMP9表达水平较高的4T1细胞系上被酶解的量高于在MMP9表达水平较低的3T3细胞系上的量。因细胞内含有氨肽酶,被MMP9酶解产生的Leu-DOX被氨肽酶进一步酶解,释放DOX,发挥杀伤肿瘤细胞的作用。

图2.(A)MMP9-DOX的合成路线,MMP9-DOX被MMP9酶解产生的Leu-DOX片段(B)和Fmoc-GPLG片段(C),(D)MMP9-DOX体外酶解释放曲线,MMP9-DOX与MMP9-DOX-NPs在4T1细胞系(E)和3T1细胞系上的酶解释放分析(F)。

  进一步,对CA4-NPs引起肿瘤组织MMP9表达特异性升高进行验证。通过对4T1肿瘤模型给与不同药物治疗48 h后,分析肿瘤组织MMP9的表达。观察到,给与CA4-NPs后,肿瘤组织MMP9表达显著升高,而正常组织MMP9表达无显著变化。通过分析得出,CA4-NPs治疗破坏肿瘤组织血管,引起肿瘤组织乏氧是导致肿瘤组织MMP9表达水平升高的重要因素。因此分别研究在常氧和乏氧条件下4T1细胞MMP9的表达水平,观察到4T1细胞在乏氧条件下MMP9表达显著升高。这一结果验证了乏氧条件是影响肿瘤组织MMP9表达的重要因素。

图3.(A)免疫荧光染色法分析肿瘤组织MMP9的表达。(B)免疫荧光染色定量分析肿瘤组织MMP9的表达。(C)Western blot法分析肿瘤组织MMP9的表达。(D)Western blot法定量分析肿瘤组织MMP9的表达。(E)免疫荧光染色定量分析正常组织MMP9的表达。(F)Western blot法分析不同培养条件下4T1细胞MMP9的表达。(G)Western blot法定量分析不同培养条件下4T1细胞MMP9的表达。

  基于以上的研究,设计在动物水平考察CA4-NPs与MMP9-DOX-NPs联合治疗策略对MMP9-DOX-NPs肿瘤靶向释放的影响,及对肿瘤的治疗效果。结果表明,在4T1原位肿瘤模型上,CA4-NPs与MMP9-DOX-NPs联用组肿瘤组织内DOX的释放量是MMP9-DOX-NPs对比组的3.7倍。同时在正常组织中,两组DOX的释放量无显著性差异。说明CA4-NPs能够有效的促进MMP9-DOX-NPs在肿瘤组织的靶向释放。在4T1原位肿瘤模型和C26皮下模型中,CA4-NPs与MMP9-DOX-NPs联用组表现出较好的肿瘤抑制作用,说明该治疗策略可以有效提高肿瘤组织相关酶敏感前药的肿瘤治疗效果。

图4.(A)肿瘤组织中游离DOX的量,(B)正常组织中游离DOX的量,4T1原位肿瘤模型的抑瘤曲线(C)肿瘤抑制率(D),小鼠体重变化曲线(E),(F)C26皮下肿瘤模型的抑瘤曲线。

  以上相关成果发表在Advanced Materials (Adv.Mater. 2019,1904278)上。论文的第一作者为中国科学院长春应用化学研究所在读博士生姜健,共同第一作者为中国科学院长春应用化学研究所助理研究员沈娜,通讯作者为汤朝晖研究员,共同通讯作者为美国加州大学洛杉矶分校顾臻教授陈学思研究员

  论文连接:https://doi.org/10.1002/adma.201904278

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