腫瘤靶向的硼攜帶劑在硼中子俘獲治療中的應用與發展

陳 奎,呂林雯,邢更妹,*

1.中國科學院 高能物理研究所,北京 100049;2.散裂中子源科學中心,廣東 東莞 523808

1 腫瘤靶向的硼中子俘獲治療

放射治療是腫瘤治療的三種經典方法之一,尤其是近年快速發展高線性能量轉移(high linear energy transfer, high-LET)放射治療方法(重離子和中子俘獲治療),其細胞周期狀態依賴性小、輻射抗性產生比率相對較低等顯著優勢[1-3],為化療和X射線放療等耐受的惡性腫瘤的治療提供了途徑。世界衛生組織國際癌癥研究機構(IARC)發布的2020年全球最新癌癥負擔數據顯示,2020年中國新發癌癥病例457萬例,已經成為“癌癥大國”。我國惡性腫瘤的5年相對生存率約為40.5%,與發達國家還有很大差距。重離子和中子俘獲治療等,具有提高惡性腫瘤治療效果的明顯優勢。硼中子俘獲治療[4-5](也稱硼中子捕獲治療,boron neutron capture therapy, BNCT)是一種基于10B和熱中子相互作用的二元治療體系。非放射性同位素10B原子中子俘獲截面為3 835 b(1 b=10-28m2),高出機體其他元素3個數量級。10B吸收低能熱中子(<0.5 eV),發生核反應(10B(n,α)7Li),產生α粒子(4He)和反沖的鋰原子核(7Li)。其中α粒子的穿透距離很短,只有4～9 μm,與細胞的直徑接近。因此,將10B選擇性遞送至腫瘤細胞俘獲熱中子,可以實現對腫瘤細胞的特異性殺傷,避免對鄰近正常細胞的損傷[6]。BNCT對腫瘤細胞的DNA的損傷是直接的、不易修復的,而且不依賴于細胞周期狀態,因此,極大降低了輻射抗性的產生。BNCT不僅在一些中樞神經系統的惡性腫瘤和額面部腫瘤治療中已經取得顯著療效,同時對一些解剖結構特殊且難治的實體瘤也顯示了非常好的療效(如生殖器腫瘤)[7-9]。

理想的BNCT治療,是實現單個腫瘤細胞的精確殺傷,而不損傷正常細胞,這與傳統放療和化療的治療邏輯有所不同[10-11]。最大化的實現BNCT的物理-生物-治療效應,需要10B化合物選擇性地積累在腫瘤細胞達到足夠高的蓄積濃度(質量分數>20×10-6)。同時,在正常臟器和組織中的蓄積較少(腫瘤和正常組織的硼濃度比值(T/N)>3,腫瘤與血液的硼濃度比值(T/B)>3)。由此可見,硼藥在腫瘤中的特異性靶向蓄積是實現腫瘤BNCT治療目標的關鍵。

腫瘤靶向治療(藥物的靶向遞送和腫瘤的靶點治療),一直是腫瘤藥物的研發熱點。這些靶點本質上是調節腫瘤發生發展的特異性分子位點(如信號通路的活化、免疫環境的調整等)[12]。目前BNCT硼藥的腫瘤靶向遞送研究主要聚焦于腫瘤細胞表面特異性/差異性表達受體介導的選擇性識別、靶向和富集。本文在此重點總結硼藥研發過程中,腫瘤靶點和遞送方法的選擇和挑戰,及其改進策略和方案。

2 小分子硼藥的腫瘤靶向選擇及改進方案

2.1 以L型氨基酸轉運體(LAT)為靶點的類氨基酸硼藥

L型氨基酸轉運體(L-type amino transporters, LAT)是一種與Na+和pH值無關的異二聚體氨基酸轉運蛋白[13]。它優先轉運大支鏈和芳香族中性氨基酸進入增殖細胞。包括LAT1、LAT2、LAT3、LAT4四種亞型,其中LAT1在多種人類腫瘤細胞中過表達,與腫瘤細胞快速增殖需要大量吸收和重吸收氨基酸有關,也與腫瘤分期、腫瘤組織血管生成及腫瘤患者的預后等病理進程密切相關[13]。此外,作為跨越血腦屏障(blood-brain barrier, BBB)的氨基酸的主要轉運蛋白,LAT1對氨基酸的轉運,也是保證正常大腦完成其生理功能所必須的[14]。因此,許多需要進入中樞神經系統的藥物設計與LAT1的內源性底物具有高度結構相似性,通過降解修飾由LAT1轉運入腦[15]。

1) 以LAT1為靶點的首個臨床硼藥:BPA

2020年5月,日本厚生省批準了首個用于BNCT臨床治療的硼藥——硼法倫(Borofalan [10B],“Steboronine?”)。它的主要成分為(L)-4-二羥基硼基苯丙氨酸(boronophenylalanine, BPA),是中性氨基酸苯丙氨酸的衍生物。BPA依賴LAT1選擇性轉運進入細胞[15],參與特定蛋白質的合成[16]。由于其結構與酪氨酸(Tyr)類似,可以作為酪氨酸酶的底物,通過黑色素代謝途徑合成大分子,因此BPA-BNCT首先被用于治療皮膚黑色素瘤[17]。此外,由于BPA可以通過LAT1穿過BBB[18],也被廣泛用于頭頸部惡性腫瘤的BNCT。

但是,LAT1具有雙向轉運能力,為維持細胞的生理需要和平衡,也會將細胞內BPA與細胞外氨基酸交換,導致BPA的外排[19]。然而,BNCT通常需要30～60 min的熱中子照射,BPA在腫瘤細胞內濃度的持續降低,影響治療效果[20]。因此硼法倫在BNCT臨床治療中,采用了持續靜脈滴注給藥以維持較高的瘤內硼濃度[21]。但這也增加了BNCT的潛在風險,同時影響治療效果。

為此,日本學者Nomoto等[22]構建合成了聚乙烯醇(PVA)與BPA的硼酸酯復合物(PVA-BPA復合物)(圖1)。當通過LAT1轉運進入腫瘤細胞,該復合物可以在細胞內體/溶酶體中積累,降低胞質中BPA的含量,減緩LAT1介導的BPA外排,實現在皮下腫瘤中較長時間滯留,提升了BNCT的治療效果。以此為基礎,他們進一步構建了BPA和果糖修飾聚乙二醇-聚(L-賴氨酸)——PEG-P[Lys/Lys(fructose)]-BPA復合物[23],該復合物可以通過LAT1轉運進入腫瘤細胞,同時抑制LAT1介導的BPA外排。此外,該復合結構的陽離子骨架結果促進其腎臟清除效率,增加了在模型鼠中分布的T/B和T/N比。 通過BNCT實驗,進一步證實了聚合物-BPA策略的有效性。

(a)——BPA的分子結構(白色、灰色、紅色、藍色和粉色原子分別為H、C、O、N和B);(b)——BPA通過LAT1細胞內化,LAT1將細胞外BPA轉運進細胞并外排包括谷氨酰胺在內的細胞內底物;(c)——細胞內BPA的外排,當細胞外BPA濃度降低時,細胞內BPA可以與包括酪氨酸在內的細胞外底物交換;(d)——PVA和PVA-BPA的化學結構,PVA-BPA的形成不涉及BPA中的苯丙氨酸結構,這對LAT1的識別至關重要;(e)——PVA-BPA的內化途徑,PVA-BPA與LAT1相互作用,然后通過內吞作用內化圖1 BPA細胞攝入和外排示意圖[22]Fig.1 Scheme of cell uptake and exertion of BPA[22]

(a)——FBY、Tyr和BPA的化學結構和分子靜電勢圖像(藍色表示正電荷的分布,紅色表示負電荷的分布);(b)——LAT1和FBY(黃色)/Tyr(綠色)/BPA(粉色)復合物的預測結構;LAT1(灰色)為實心帶狀表示,配體和LAT1之間的氫鍵(涉及殘基Trp202、Ser26、Gly27、Ile205和Ile23)顯示為天空藍色虛線,已知其高度保守圖2 計算研究表明FBY與酪氨酸(Tyr)和BPA之間存在高度相似性[25]Fig.2 Computational studies show a high degree of similarity between FBY and tyrosine(Tyr) and BPA[25]

2) 以LAT為靶點的其他含硼類氨基酸化合物

3) 以LAT為靶點的巰基十一氫十二烷基鈉(BSH)

巰基十一氫十二烷基鈉(sodium mercaptoundecahydro-closo-dodecaborate, Na2B12H11SH, BSH),是一種富含硼原子的多面體硼烷結構,具有良好的化學穩定性和生物相容性[26]。BSH能夠穿過BBB,富集在腦腫瘤部位,也已經被用于臨床腦腫瘤的BNCT治療研究。然而,由于BSH無法進入腫瘤細胞,BSH的腫瘤靶向性一直備受質疑,也使利用BSH的腫瘤細胞精準BNCT難以實現[27]。

Futamura等[28]將1-氨基-3-氟環丁烷-1-羧酸(ACBC),一種非天然的α氨基酸連接到BSH上,實現了LAT介導的腫瘤細胞的特異性靶向性。進一步用18F標記ACBC(18F-ACBC),監測硼藥代謝和生物分布。對F98大鼠腦膠質瘤模型治療研究顯示,ACBC-BSH處理后BNCT鼠的中位生存時間為(44.3±0.8) d,明顯優于BSH((37.4±2.6) d)。

2.2 基于細胞穿膜肽的BSH靶向選擇

細胞穿膜肽(cell-penetrating peptides, CPPs),又稱蛋白質/多肽轉導域,是一類以非受體依賴方式、非經典內吞直接穿過細胞膜、進入細胞的多肽分子,它們的長度一般不超過30個氨基酸且富含堿性氨基酸,常帶有正電荷。2014年,Michiue等[29]將BSH連接到多種CPPs(包括HIV-TAT和多聚精氨酸等)上,分別和腦膠質瘤U87MG細胞共孵育,發現細胞中硼蓄積具有時間和濃度依賴性,隨著處理時間的延長,BSH可以更多地進入細胞核,有利于增強對腫瘤細胞的殺傷效果,提高BNCT療效。他們還篩選出了一種含8個BSH結構和聚11精氨酸結構的含硼化合物(8BSH-11R),硼含量達20.1 ppm(1 ppm=1×10-6)。給藥24 h后, BSH高濃度的蓄積在細胞核中。以10 mmol/L 8BSH-11R處理U87MG細胞,細胞中10B含量達到了5 623.7 ng/106細胞。更重要的是,8BSH-11R的BNCT細胞殺傷率比BSH提高了100倍以上。該團隊后續進一步優化BSH-CPPs結構,構建了單個BSH偶聯3聚精氨酸的BSH-Tmr-3R結構,不僅增加了腦膠質瘤腫瘤細胞攝取,在腦膠質瘤荷瘤鼠模型上實現了腫瘤靶向和瘤內的均勻分布[30]。將1,4,7,10-四氮雜環十二烷-1,4,7,10-四乙酸(DOTA)偶聯到BSH-Tmr-3R上,標記放射性核素64Cu,進行PET成像,實現了對BNCT過程中的硼濃度變化的實時監測。注射后6 h和24 h,T/N比值分別達到15.5和8.2,T/B比值分別為2.8和1.9。

3 納米硼攜帶劑的腫瘤靶向選擇

在以小分子硼化合物為基礎的BNCT硼藥靶向遞送研究不斷推進的同時,含硼大分子及含硼納米藥物等的設計構建也取得了進展,其中含硼納米顆粒能夠通過被動靶向進入腫瘤組織,利用修飾靶向分子再主動靶向腫瘤細胞表面受體,完成細胞內亞定位,成為BNCT新型硼藥的研究熱點。

3.1 腫瘤EPR效應介導被動靶向

EPR效應是指,由于腫瘤部位血管結構的異常,淋巴回流缺乏,導致大分子藥物和納米顆粒在腫瘤部位具有高滲透性和滯留性現象。EPR效應自1986年提出以來,成為無靶向因子的大分子及納米藥物實現腫瘤部位選擇性蓄積的重要機制。也成為構建納米載藥體系,實現藥物腫瘤靶向遞送的前提條件之一。

劉志博團隊[31]合成了一種甲氧基-聚乙二醇-聚乙丙交酯的膠束載帶硼化卟啉,形成了硼化卟啉復合物(BPN),BPN依賴EPR效應在腫瘤組織富集(圖3(a))。本課題組[32]構建了一種基于鋯(Zr)和四羧基苯基卟啉(TCPP)的金屬有機框架結構、通過主客體反應負載10B的硼酸(圖3(b))。利用EPR效應靶向遞送到腦膠質瘤中,實現了體內腦膠質瘤的高硼蓄積(硼質量分數>60 ppm(1 ppm=1×10-6)),具有一定的BNCT應用前景。當然,這類含卟啉結構的納米藥物的靶向是否完全屬于EPR仍然存在爭議,也有人認為卟啉分子可以靶向低密度脂蛋白受體(LDL receptor)來介導納米藥物的腫瘤靶向遞送[33]。

(a)——甲氧基-聚乙二醇-聚乙丙交酯膠束,載帶硼化卟啉[31];(b)——TCPP和鋯組裝的金屬有機框架通過主客體反應負載硼酸形成共結晶,用于腦膠質瘤的BNCT和PET成像[32]圖3 含硼膠束[31]和含硼共晶示意圖[32] Fig.3 Scheme of boron-containing micelles[31] and boron-containing co-crystal[32]

Sumitani等[34]合成了聚乙二醇嵌段聚乳酸(PEG-b-PLA)多聚物,核心交聯碳硼烷形成的含硼膠束也可通過EPR效應,實現在腫瘤區域的選擇性聚集。文獻[35]用苯乙烯-順丁烯結合葡萄糖胺形成的多聚物,與硼酸形成穩定且水溶性良好的配合物,這種納米復合體也能夠通過EPR效應,在腫瘤組織中達到十倍于正常組織的硼含量——注射24 h后腫瘤組織中10B質量分數約為24×10-6,同時這種納米復合體在偏酸性的腫瘤微環境和腫瘤細胞內涵體中,可控釋放硼酸阻礙腫瘤細胞糖酵解,協同BNCT抑制腫瘤生長,為BNCT硼藥研發提供了新的思路。

3.2 識別腫瘤細胞表面受體的主動靶向

由于BNCT療效對腫瘤組織中硼濃度的依賴性,納米藥物除了利用EPR效應被動靶向腫瘤組織,還因其較大的比表面積,可通過連接靶向分子識別腫瘤細胞表面的受體,更高效介導含10B的載藥體系進入腫瘤細胞,提高全身給藥后的T/N比,降低毒副作用,改善BNCT的療效[36-37]。

1) 利用葉酸受體介導靶向腫瘤細胞

葉酸受體在多種腫瘤細胞表面高表達,已經成為一種重要的腫瘤治療靶向分子。葉酸受體與配體葉酸的結合常數較高(Kd=10-10mol/L),且具有較好的可修飾性,可以連接多種治療藥物。構建葉酸修飾的納米藥物/納米遞送系統,可以實現葉酸受體介導的腫瘤靶向給藥[38]。

Ciofani等[39]合成了氮化硼納米管(BNNTs)硼攜帶劑(圖4)。首先通過包覆聚-L-賴氨酸(PLL)使其表面暴露氨基基團,然后再與葉酸的羧酸基團相連接,修飾熒光量子點,最終得到功能化BNNTs。這種氮化硼納米管載藥系統被證明,能夠被多形性膠質母細胞瘤細胞選擇性攝取,自身帶有的熒光也可在未來BNCT治療實驗中,進行體內示蹤以配合中子照射。

葉酸作為配體修飾氮化硼納米管,靶向腫瘤細胞表面葉酸受體,完成硼藥的腫瘤靶向遞送[39] 圖4 葉酸修飾納米顆粒作為靶向策略[39]Fig.4 Functionalization with folic acid for nanoparticles as targeting strategy[39]

除了BNNTs外,Mandal等[40]利用金納米顆粒,將異硫氰酸熒光素(FITC)標記的10B-多聚烯丙胺鹽酸鹽(10B-FITC-PAH)和硼化聚苯乙烯磺酸鈉(10B-PSS)交替包覆在金納米顆粒表面,形成多層聚電解質外層。為了避免納米顆粒的聚集,以一層PSS和一層PAH進行封裝,最后利用靜電相互作用將葉酸分子修飾在顆粒表面,得到功能化金納米顆粒載硼系統,這種系統可以被多種腫瘤細胞攝取。

2) 利用轉鐵蛋白受體介導靶向腫瘤細胞

轉鐵蛋白(transferrin, Tf)是一種廣泛存在的糖蛋白,能夠將血液中的鐵通過細胞表面轉鐵蛋白受體(TfR)轉運進入細胞[41],而TfR在惡性細胞中表達上調,且顯示出和細胞惡性增殖及腫瘤發生發展具有一定相關性,因此TfR成為一種有潛力的腫瘤靶向治療的靶點[42]。

文獻[43]設計合成了一種包封BSH的勻質后的脂質體,活化其表面的羧基后使其和轉鐵蛋白表面的氨基相連,得到直徑小于200 nm的納米硼攜帶劑,由于其表面的PEG基團,延長了該攜帶劑的血液循環時間,通過轉鐵蛋白介導的靶向能力,使10B在腫瘤組織富集,注射3 d后濃度仍超過30 ppm,與其他對照組相比,中子照射后荷瘤模型小鼠,明顯抑制了腫瘤生長,小鼠生存率顯著延長。Doi等[44]同樣也合成了類似的含硼脂質體,腦膠質瘤小鼠模型靜脈注射24 h后,腫瘤組織中的硼濃度達到了20 ppm,中子照射后也顯著延長了小鼠的生存率。這些結果表明,靶向TfR的含10B脂質體可以提高腫瘤組織中的硼蓄積,有望進一步應用于BNCT提高療效。

在BNNTs修飾葉酸配體的研究的基礎上,Ciofani團隊[45]也嘗試依賴轉鐵蛋白靶向給藥的策略。他們首先在硝酸的強氧化作用下,在BNNTs表面引入羥基,通過硅烷化使BNNTs表面攜帶氨基,和轉鐵蛋白相連,得到主動靶向的BNNTs硼遞送系統,體外實驗結果顯示了腫瘤細胞對這種BNNTs的高攝取,說明轉鐵蛋白的修飾賦予了硼遞送系統腫瘤特異性靶向能力。

3) 利用表皮生長因子受體介導靶向腫瘤細胞

表皮生長因子(EGF)受體EGFR是一種存在于細胞表面,在多種腫瘤細胞表面過表達或突變后發生超活化的蛋白,因此EGFR已經成為一種重要的腫瘤治療及藥物遞送靶點[46]。

為了硼藥的腫瘤靶向遞送,Kullberg團隊[47]嘗試利用EGF作為靶向分子,他們首先利用EGF末端的氨基,在Traut’s試劑(2-iminothiolane)的存在下,連接一個硫醇基團,后者可以和馬來酰亞胺-PEG-二硬脂酰磷脂酰乙醇胺(DSPE)相連,使得EGF橋連在一個脂質分子上,脂質分子通過干燥和水化過程形成膠束后,和載帶了硼藥的脂質體混合得到具有EGF靶向配體修飾的載硼脂質體,成為具有有效腫瘤靶向性的納米硼藥(圖5)。

圖5 通過將EGF修飾和膠束與載硼脂質體混合,得到具有靶向腫瘤細胞表面EGFR能力的含硼脂質體[47]Fig.5 Boron-loading liposomes, obtained via hybriding EGF-conjugated micelles with boron-containing liposomes, targeting EGFR on tumor cell surface[47]

4) 利用單克隆抗體介導靶向腫瘤細胞

單克隆抗體(單抗)是指與特異抗原或表位具有高特異性(單特異性)結合能力的免疫球蛋白[48]。經過數十年研究,單抗已在臨床診斷、治療包括癌癥、感染類疾病、免疫調節等方面得到了廣泛應用[49]。在腫瘤治療中,單抗除了直接用于干擾腫瘤細胞生長、破壞細胞膜、阻斷免疫抑制通路,還作為靶向分子,修飾載體完成放療或化療藥物的腫瘤靶向遞送。

(1) 癌胚抗原(CEA)

癌胚抗原(CEA)是一種組織特異性蛋白,在多種腫瘤細胞中過表達,并分布于細胞膜表面。針對CEA+的腫瘤研究表明,CEA體外致敏T細胞能夠在體內產生CEA特異性免疫應答,從而殺死腫瘤細胞,是一種非常有前途的腫瘤免疫治療靶點[50]。

以CEA為配體,構建BNCT硼藥靶向給藥系統。Yanagie團隊[51]首先由卵磷脂、膽固醇和3-(2-吡啶二硫)丙?；?二棕櫚?；字Ｒ掖及?DTP-DPPE)混合制備了多腔室脂質體,在水化步驟中引入10B化合物(Cs210B12H11SH),得到表面有巰基的含硼脂質體,再在交聯劑作用下與CEA單抗交聯,得到能夠靶向腫瘤組織的含硼脂質體。體外實驗也顯示了其具有腫瘤細胞靶向硼遞送能力。

(2) 表皮生長因子受體(EGFR)

同前所述,EGFR蛋白在腫瘤細胞表面過表達,也可用作腫瘤特異性靶向遞送的靶點。Pan等[52]利用特異性結合EGFR的西妥昔單抗,將其硫醇化后連接在由馬來酰亞胺-PEG-膽固醇分子形成的膠束表面,再與載硼脂質體相混合,得到靶向富硼免疫脂質體。體外實驗結果顯示出其具有了更高的被腫瘤細胞攝取的能力,可能成為一種潛在的有效硼遞送載體。

(3) 人表皮生長因子受體(HER2)

與EGFR類似,HER2也是一種生長因子受體跨膜蛋白,在惡性乳腺細胞中過表達,且可能導致預后不良。過表達的HER2也可以作為腫瘤治療靶點之一,已經有研究顯示人源化抗HER2單抗治療和化療結合能夠有效提高生存率[53]。嘗試將HER2單抗用于BNCT硼攜帶劑的構建,可能成為一種極具潛力的BNCT硼藥靶向遞送策略。

Wu等[54]設計了功能化金納米顆粒,利用巰基和金納米顆粒的相互作用,將巰基化的硼烷和巰基修飾的HER2的單抗(61 IgG)同時沉積在金納米顆粒表面。在體外實驗中,這些功能化金納米顆粒與無修飾的金納米顆粒相比,顯著提高了被腫瘤細胞攝取的能力。為實現體內示蹤,研究者利用加成點擊反應,將123I標記在金納米顆粒表面,在MicroSPECT/CT成像中顯示了優異的體內腫瘤組織的靶向成像。

5) 利用去唾液酸糖蛋白受體介導靶向腫瘤細胞

去唾液酸糖蛋白受體(ASGP-R)表達于肝癌細胞表面,而在正常肝細胞表面極少存在。ASGP-R對半乳糖等碳水化合物表現了較高的親和力,且能夠通過網格蛋白介導內吞,進入腫瘤細胞。以ASGP-R為靶點的納米載體已經成為一種肝腫瘤靶向給藥策略[55]。Zhang等[55]設計構建了一種表面修飾殼聚糖-乳糖酸-硫辛酸的中空介孔二氧化硅的復合納米材料,在酸性條件下,表面殼聚糖質子化,介孔硅負載碳硼烷,當環境溶液pH為中性時,殼聚糖去質子化,防止碳硼烷的泄露,表面修飾的乳糖酸使納米顆粒通過ASGP-R主動靶向至肝癌細胞,在腫瘤細胞中較高的谷胱甘肽(GSH)和較低的pH雙重作用下,刺激釋放碳硼烷,后者吸收中子射線后破壞腫瘤細胞DNA,誘導腫瘤細胞凋亡,硫辛酸的釋放還減輕了BNCT產生的炎癥反應及ROS損傷,最終達到腫瘤治療并降低副作用的效果。

6) 利用唾液酸(SA)介導靶向腫瘤細胞

腫瘤細胞在發生發展過程中,細胞表面糖基化關鍵改變之一是唾液酸顯著上調,能夠直接影響免疫細胞及其與腫瘤細胞的相互作用,也影響腫瘤細胞的遷移和轉移能力[56]。文獻[57]利用PBA與唾液酸的特異性結合能力,設計了一種苯硼酸-PEG-聚乳酸的嵌段共聚物分子,自組裝形成100 nm的聚合物納米顆粒(NanoPBA),相較于臨床硼攜帶劑BPA,依賴于氨基酸濃度梯度的雙向轉運,NanoPBA基于SA主動運輸,在體外實驗中展現出了較高的腫瘤細胞攝取能力,盡管由于該納米顆粒的穩定性欠佳,導致給藥后腫瘤組織硼蓄積量只有約1 ppm,但在中子照射后仍表現出了顯著的腫瘤抑制作用,這可能由于NanoPBA的細胞內定位更靠近細胞核,提高了腫瘤細胞的DNA斷裂率。

3.3 腫瘤細胞核的主動靶向

由于BNCT對腫瘤細胞的殺傷是基于在細胞內的10B吸收中子后產生的α粒子和7Li核,因此細胞內的10B原子的分布離細胞核越近,越容易對核DNA造成損傷,從而更高效地殺死腫瘤細胞。

為了提高硼藥分布的細胞核趨向性,Chen等[58]巧妙地將阿霉素(DOX)與碳硼烷(CB)結合,并將其插入表面修飾有iRGD的陽離子脂質體中,同時負載CRISPR-Cas9系統來阻斷巨噬細胞介導的CD47-SIRPα免疫監視通路(圖6)。實驗結果顯示,這種脂質體利用環狀多肽iRGD完成了腫瘤細胞的靶向遞送,進入細胞后,載藥系統利用DOX的核易位性,將10B定位于細胞核,實現了更有效腫瘤細胞殺傷,同時內部包載的質粒激活了腫瘤免疫,進一步阻止了腫瘤復發,提高了小鼠的存活率,這種復合脂質體不僅實現了BNCT硼攜帶劑靶向遞送,同時開拓了聯合免疫治療的新的腫瘤BNCT治療策略。

圖6 DOX-CB利用其疏水性插入脂質體膜上,內部包載CD47-SIRPα的CRISPR-Cas9系統,得到的復合型脂質體將BNCT和免疫治療相結合,達到治療腫瘤的目的[58] Fig.6 DOX-CB inserts into membranes of liposomes which contain CD47-SIRPα CRISPR-Cas9 system. The multifunctional liposomes combine BNCT with immunotherapy for cancer treatment[58]

4 總結與展望

BNCT是依賴于腫瘤細胞靶向硼藥的精準二元治療方式。設計構建新型硼藥的靶向遞送系統,是目前BNCT硼藥研發中的焦點。為此,硼藥遞送腫瘤靶點的選擇和靶向分子的設計成為了BNCT硼藥研發的焦點。

利用組學等方法識別和篩選出更多的腫瘤候選靶點,通過機器學習等手段優化出識別這些靶點的靶向分子庫是目前藥物研發的一個重要手段。比如,來自蘇黎世聯邦理工學院的研究人員[59]通過機器學習方法去優化治療性抗體,從Herceptin抗體的DNA序列出發,通過CRTSPR-Cas9介導的同源定向修復,定點突變產生了約40 000個相關抗體,利用支持這一優化階段的機器學習方法,優化出最佳的55個序列,可以在實驗室中產生抗體并表征其特性。在確定這些靶向分子后,建立模塊化的靶向硼藥構筑系統是提高當前硼藥研發速度的一個重要突破口。這需要首先構建出模塊化的硼核,然后將其與靶向分子偶聯,從而構建新型靶向硼藥篩選庫,提高靶向硼藥設計和篩選的效率,降低開發成本,促進BNCT硼藥的快速發展。

分子靶向藥物是繼抗體靶向藥物之后腫瘤精準治療的重要發展方向之一。BPA等硼氨酸以及硼苷酸等核酸類似物均具有明顯分子靶向特征,已成為小分子硼藥研發的焦點。然而這些小分子硼藥受限于硼含量、內化和外排等在腫瘤細胞內蓄積和代謝過程等因素的影響,需要在提高硼含量、改善在腫瘤細胞中的代謝、提高在腫瘤細胞內的靶向蓄積等進行進一步的開拓性研究。

多靶向基團的設計可能是硼藥研發的新思路。本課題組前期通過水熱法將葡萄糖和BPA綴合,合成出了一種含硼量子點(BCDs)。這一結構同時擁有葡萄糖和BPA的靶向特征,能夠通過LAT1和葡萄糖轉運子雙重作用增加腦膠質瘤U87MG細胞的硼攝取[60]。這一結果提示了復合靶向硼藥設計的可行性,對小分子硼藥和納米硼攜帶劑靶向性設計均有一定的借鑒作用。