胰腺癌治療的最新研究分享

本期AVT小編有幸邀請到近期發(fā)表在《Advanced Functional Materials》刊物，影響因子IF 18.808，《Enzyme-Activated Prodrug-Based Smart Liposomes Specifically Enhance Tumor Hemoperfusion with Efficient  Drug Delivery to Pancreatic Cancer Cells and Stellate Cells》的作者，就該文章進(jìn)行了一次深入訪談，現(xiàn)將訪談內(nèi)容整理如下，供大家參考，對胰腺癌和腫瘤靶向治療感興趣的小伙伴看過來啊！

首先，非常榮幸邀請到了文章作者魏彥研究員，就胰腺癌脂質(zhì)體藥物設(shè)計(jì)方面進(jìn)行一次深入的溝通交流，讓大家有機(jī)會(huì)窺伺到此研究方向的最新研究成果。在開始訪談之前，我們先介紹一下本文作者上海大學(xué)魏彥副研究員！

訪談人物介紹

魏彥

副研究員，博士生導(dǎo)師。1999-2003年，中國藥科大學(xué)學(xué)士學(xué)位；2003-2006年，中國藥科大學(xué)碩士學(xué)位；2011-2015年，復(fù)旦大學(xué)博士學(xué)位；2006-2011年，上海睿智化學(xué)研究有限公司擔(dān)任處方前及創(chuàng)新藥制劑開發(fā)的項(xiàng)目組長；2015-2017年，中國科學(xué)院上海藥物研究所制劑中心/博士后，2017-2020年，中國科學(xué)院上海藥物研究所制劑中心/副研究員；2020年加入上海大學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院。迄今作為第一或通訊作者在Advanced Functional Materials、Advanced Science、Biomaterials、ACS Applied Materials& Interfaces、International Journal of Pharmaceutics發(fā)表SCI論文10余篇。已授權(quán)4項(xiàng)中國發(fā)明。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人獲得了中國博士后面上基金（1等）、國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目、面上項(xiàng)目等多項(xiàng)資助；并作為技術(shù)骨干參與了國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、上海市納米專項(xiàng)等項(xiàng)目。作為主要研制人完成白蛋白結(jié)合型紫醇納米藥物的開發(fā)，目前已通過CFDA臨床一致性評價(jià)。

主要研究領(lǐng)域

1. 新型功能性納米藥物遞釋系統(tǒng)的合理化設(shè)計(jì)及其克服腫瘤及骨、皮膚相關(guān)疾病生理病理屏障的研究。

2. 具有臨床應(yīng)用前景的納米制劑的轉(zhuǎn)化研究。

胰腺癌藥物治療的難點(diǎn)是什么？

魏彥：脂質(zhì)體是磷脂雙分子層包裹的水性囊泡，能同時(shí)包載水溶性及疏水性藥物，且具有易于制備、生物相容性好的優(yōu)勢。在腫瘤治療方面，隱形脂質(zhì)體一方面可極大延長藥物半衰期，另一方面又可利用腫瘤EPR（enhanced penetration and retention effect，EPR）效應(yīng)將藥物靶向遞送至腫瘤組織。近幾十年來，已有多款脂質(zhì)體如Doxil®、MyocetTM、Lipo-dox等在臨床獲批用于腫瘤治療。其中，Doxil®（圖1）是包載阿素（doxorubicine，DOX）的隱形脂質(zhì)體，在臨床獲批用于卵巢癌、艾滋病相關(guān)卡波濟(jì)氏肉瘤、多發(fā)性骨髓瘤治療。然而，Doxil®臨床用于胰腺癌治療無效。其主要原因在于胰腺癌生理病理特點(diǎn)導(dǎo)致的無效或低效的藥物遞送。

圖1. Doxil結(jié)構(gòu)示意圖

胰腺癌具有稀疏的、功能低下的血管，其腫瘤血供僅為正常胰腺的1/3（圖2）。這導(dǎo)致化療藥物、分子靶向制劑、納米藥物難以足夠量遞送至腫瘤組織。此外，隱形脂質(zhì)體（如Doxil®）包載的化療藥物只能緩慢釋放，這導(dǎo)致化療藥物常隨脂質(zhì)體一起清除，而不能被腫瘤細(xì)胞利用。

圖2. 乏血供的胰腺腫瘤組織

針對以上難點(diǎn)，你們課題小組是如何設(shè)計(jì)藥物的呢？

魏彥：我們推測，改善脂質(zhì)體在胰腺癌的藥物遞送效率，將有望改善其抗胰腺癌效果。

近來，前藥基于的納米系統(tǒng)聯(lián)合了前藥策略和納米技術(shù)的優(yōu)勢，已發(fā)展成為一種提高腫瘤靶向藥物遞送的有效策略。尤其，腫瘤相關(guān)酶如蛋白酶、羧酸酯酶、磷酸酶作為腫瘤特定刺激可活化前藥。整合素，作為細(xì)胞表面的細(xì)胞外基質(zhì)受體，可促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的生存和遷移。cRGD肽是αvβ3整合素配體，在微摩爾濃度，通過阻斷內(nèi)皮細(xì)胞整合素的多價(jià)連接，可產(chǎn)生抗血管效應(yīng)；反之，在納摩爾濃度，通過改變?chǔ)羦β3整合素和血管內(nèi)皮生長因子受體-2（Vascular endothelial growth factor receptor-2，VEGF-2）的運(yùn)輸可刺激內(nèi)皮細(xì)胞遷移，從而促進(jìn)血管生成。令人感興趣的是，產(chǎn)生促細(xì)胞遷移作用需要cRGD肽與整合素形成黏著斑（focal contacts），而這往往需要較高的cRGD表面密度（圖3）。膜型基質(zhì)金屬蛋白酶-1（Membrane type 1-matrix metalloproteinase，MT1-MMP)是一種與腫瘤血管生成相關(guān)的蛋白酶，在腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞表面選擇性高表達(dá)。因此，我們推測，將低密度cRGD肽通過MT1-MMP敏感的多肽修飾至脂質(zhì)體表面，將形成納米化的cRGD前藥。由于較低的修飾密度，脂質(zhì)體表面的cRGD肽無法與整合素形成黏著斑，因此，處于失活狀態(tài)。而在腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞表面MT1-MMP酶作用下，這些cRGD肽將從脂質(zhì)體表面被切割、脫落，而游離cRGD肽不受空間分布的限制，將可促進(jìn)腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞的遷移，從而選擇性改善腫瘤血供和腫瘤藥物遞送。

圖3. 黏著斑形成需要較高的cRGD表面密度

不同于普通脂質(zhì)體，熱敏脂質(zhì)體在腫瘤局部熱作用下，可迅速釋放包載的藥物，從而有助于其被靶細(xì)胞攝取、利用（圖4）。然而，一般而言，只有水溶性或兩親性藥物才能較快從脂質(zhì)體釋放，而疏水性藥物由于與脂膜具有較高親和力而不易釋放。胰腺癌活化星型細(xì)胞（pancreatic stellate cells，PSCs）通過分泌細(xì)胞因子，可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移。卡泊3醇通過作用于活化PSCs細(xì)胞核的同源核受體，可使活化PSCs變?yōu)殪o息態(tài)，從而抑制其腫瘤促生作用。然而，卡泊3醇是一種疏水性藥物，難以實(shí)現(xiàn)在熱敏脂質(zhì)體的快速釋放。磷酸化是一種常用的前藥策略，其通過修飾磷酸基團(tuán)可顯著改善藥物的水溶性。同時(shí)，活化PSCs膜表面分布有大量堿性磷酸酶，可水解磷酸化前藥，使其恢復(fù)為原型藥物，從而有助于其穿過脂溶性細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞發(fā)揮調(diào)控作用。因此，我們推測，制備磷酸化卡泊3醇并包載于熱敏脂質(zhì)體，將有助于實(shí)現(xiàn)其在腫瘤組織內(nèi)靶細(xì)胞的高效遞送。

圖4. 熱敏脂質(zhì)體釋藥示意圖

在這項(xiàng)研究中，我們構(gòu)建了一種表面修飾有MT1-MMP可活化cRGD肽（MR），且包載有磷酸化卡泊3醇（phosphorylated calcipotriol，PCAL）前藥和DOX的熱敏脂質(zhì)體（thermosensitive liposomes，TSLs），即MR-T-PD。如圖5所示，MR-T-PD可被腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞表面的MT1-MMP活化，釋放出cRGD，這些游離cRGD可促進(jìn)腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞遷移及血管生成，從而顯著提高M(jìn)R-T-PD的腫瘤遞送。同時(shí)，在腫瘤局部熱作用下，MR-T-PD可釋放出DOX和PCAL；DOX可進(jìn)入腫瘤細(xì)胞，發(fā)揮腫瘤殺傷作用；而PCAL可被活化PSCs表面的堿性磷酸酶活化，進(jìn)入PSCs，將其由活化態(tài)調(diào)控為靜息態(tài)，從而顯著促進(jìn)DOX介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞凋亡。

圖5. MR-T-PD抗胰腺癌體內(nèi)作用示意圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如何？

魏彥：如圖6所示，MT1-MMP可活化cRGD肽（MR）可被MT1-MMP裂解，釋放出游離cRGD；而磷酸化卡泊3醇（PCAL）前藥可被堿性磷酸酶水解，轉(zhuǎn)化為原型藥物卡泊3醇（CAL）。

圖6. MR與MT1-MMP孵育液的（A）HPLC及（B）MS圖譜；（C）PCAL前藥與堿性磷酸酶孵育液的HPLC圖譜

如圖7所示，MR-T-PD粒徑約100 nm，在冷凍透射電鏡下可觀察到脂質(zhì)體內(nèi)水相包載有棒狀的DOX晶體。

圖7. （D）脂質(zhì)體制備流程；T-PD、MRn-T-PD、MR-T-PD（E）粒徑分布及（F）粒子形態(tài)。標(biāo)尺：100 nm

如圖8所示，MR-T-PD在體溫下較少釋放藥物，而在溫?zé)釛l件（42 °C）下可釋放出包載的DOX及PCAL。

圖8. （A）DOX及（B）PCAL從MR-T-PD的熱敏釋藥曲線。NT：37 °C；HT：42 °C

如圖9所示，MR-T-PD在溫?zé)釛l件下可釋放DOX，這些釋放的DOX可攝取進(jìn)入腫瘤細(xì)胞；同時(shí)，釋放的PCAL可被活化PSCs表面堿性磷酸酶活化，將其調(diào)控至靜息態(tài)；由于高效的藥物遞送，MR-T-PD在3D腫瘤球引起顯著的腫瘤細(xì)胞凋亡。

圖9. （A）MR-T-PD在腫瘤細(xì)胞BxPC-3的遞送；（B）MR-T-PD對活化PSCs的調(diào)控效果及（C）a-SMA半定量結(jié)果；（D）MR-T-PD在3D腫瘤球的治療效果及（E，F(xiàn)，G）相應(yīng)定量結(jié)果

如圖10所示，MR-T-PD可將DOX和PCAL同時(shí)遞送至腫瘤組織；MR-T-PD治療后腫瘤血管密度及功能性血管百分比得到顯著提高，從而顯著改善腫瘤血供及MR-T-PD的瘤內(nèi)遞送。

圖10. MR-T-PD瘤內(nèi)遞送及其促血管生成作用（A）MR-T-PD瘤內(nèi)遞送；（B-E）MR-T-PD促血管生成及增血供作用；（F-I）MR-T-PD增血供后可促進(jìn)自身瘤內(nèi)遞送

如圖11所示，由于高效的藥物遞送，MR-T-PD在胰腺癌荷瘤鼠模型表現(xiàn)出*的治療效果。

圖11. MR-T-PD在BxPC-3皮下荷瘤鼠模型的治療效果

你們的研究，對于胰腺癌的治療有何啟發(fā)呢？

魏彥：總體而言，這種利用腫瘤相關(guān)酶作為位點(diǎn)特異性刺激物的基于前藥的脂質(zhì)體代表了具有不同理化特性的多種藥物的腫瘤特異性和有效遞送方法。這一發(fā)現(xiàn)將作為在不久的將來開發(fā)新型脂質(zhì)體納米系統(tǒng)的基礎(chǔ)，用于治療胰腺癌和其他具有復(fù)雜微環(huán)境的低灌注腫瘤。

總的來說，這種基于前藥的智能脂質(zhì)體系統(tǒng)代表了胰腺癌治療的一個(gè)有前途的范例。