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为解决临床BNCT（硼中子俘获疗法）中核心药物L-BPA水溶性差、给药剂量受限从而影响疗效的问题，研究人员成功开发了高水溶性的10B富集L-BPA二肽前药。该前药可在体内快速释放L-BPA，实现更高剂量给药，在小鼠模型中不仅能实现肿瘤的完全、持久消退，还能诱导全身性的疫苗和远隔效应，展现了超越传统L-BPA的疗效和免疫激活潜力。
癌症治疗领域始终在探索更具靶向性、对正常组织损伤更小的疗法。硼中子俘获疗法（BNCT）正是这样一颗备受瞩目的新星。其原理巧妙如“细胞级核弹”：先将一种富含非放射性硼-10（10B）的药物选择性递送至肿瘤细胞内，再用低能量的热中子束进行照射。硼-10原子“俘获”中子后，会发生核裂变反应，在极短距离内释放出高杀伤力的α粒子和锂-7（7Li）核，精准摧毁癌细胞，同时最大限度地保护周围健康组织。目前，临床最常用的硼携带剂是L-4-硼苯丙氨酸（L-BPA），它能借助在多种实体瘤中高表达的大中性氨基酸转运蛋白LAT-1（SLC7A5）进入肿瘤。然而，L-BPA有一个致命的“阿喀琉斯之踵”——水溶性极差。这不仅导致其静脉给药剂量受到严格限制，往往需要大体积长时间输液，还使得肿瘤内难以达到理想的硼浓度，严重制约了BNCT的治疗效果。临床上，为了维持疗效，有时甚至需要在照射的同时持续输注药物，这增加了操作复杂性和潜在副作用。因此，开发新一代能够克服溶解度瓶颈、实现更高剂量便捷给药的硼递送系统，是推动BNCT广泛应用的关键。
为了解决L-BPA溶解度低的核心问题，并探索能否通过不同递送机制（如利用二肽转运蛋白PEPT1/2）来增强硼的靶向性，研究人员设计并合成了一系列基于10B富集L-BPA的二肽前药，包括L-BPA-BPA、L-His-BPA和L-Ala-BPA。这项研究系统地评估了这些二肽的理化性质、体内外稳定性、药代动力学、在荷瘤小鼠中的硼分布，并最终在免疫健全和免疫缺陷小鼠的多种肿瘤模型中验证了其BNCT疗效及诱导的免疫效应，相关成果发表在《ACS Pharmacology 》期刊上。
本研究主要采用了以下几种关键技术方法：1. 有机合成与表征：通过标准肽偶联反应合成目标二肽，并使用制备型高效液相色谱纯化，通过核磁共振、质谱等进行结构确证。2. 药代动力学与生物分布分析：通过静脉给药后，利用液相色谱-质谱联用技术监测药物及其代谢物动态，并采用电感耦合等离子体发射光谱法定量全血及组织中的硼含量。3. 体外细胞摄取与机制研究：在表达不同转运蛋白的细胞系中，通过抑制剂竞争实验和动力学分析，探究药物摄取的分子机制。4. 体内硼中子俘获治疗实验：在免疫健全BALB/c小鼠的CT26结肠癌同系模型和免疫缺陷小鼠的FaDu人喉鳞癌异种移植模型中，进行中子照射，评估肿瘤生长抑制、完全缓解率及长期疗效。5. 免疫效应评估：通过肿瘤再攻击实验和双侧荷瘤模型，评估BNCT治疗后的疫苗效应和远隔效应。
研究结果
二肽的合成与表征
研究人员成功合成了三种L-BPA二肽。关键的是，这些二肽的水溶性得到了极大提升。其中L-Ala-BPA的溶解度达到了L-BPA的77倍，L-His-BPA和L-BPA-BPA也分别提升了51倍和12倍。高溶解度配方溶液在冷藏条件下可稳定保存数周而不结晶，这为高浓度、小体积静脉推注给药奠定了基础。
二肽在生物基质中的稳定性
体内外稳定性实验揭示了二肽的关键作用机制。静脉注射后，代表性二肽L-Ala-BPA在血液中迅速降解，注射后5分钟，完整的二肽信号就大幅下降，同时伴随着其代谢物L-BPA的重新出现。在荷瘤小鼠中，甚至在最早检测时间点（5分钟）就已检测不到完整的二肽。体外全血实验及蛋白酶抑制剂实验证实，这种降解是酶促水解过程，可能由成纤维细胞活化蛋白等广谱肽酶介导。这些结果表明，所设计的二肽在体内实际上充当了L-BPA的“前药”，系统性地释放出活性药物L-BPA。
体内药代动力学
比较相同硼剂量下L-BPA和二肽L-BPA-BPA的药代动力学参数，发现两者在血浆半衰期、最大血浆浓度、药时曲线下面积等关键指标上高度相似。这表明二肽在体内能高效、快速地转化为L-BPA，并产生与直接给予L-BPA相当的药代动力学行为。当给予更高剂量的二肽时，其最大血浆浓度和药物暴露量与给药剂量的摩尔比相符，证实了剂量可扩展性。
剂量测定与已建立CT26肿瘤的BNCT治疗
在免疫健全的BALB/c小鼠CT26结肠癌模型中，研究人员利用二肽的高溶解度优势，给予了比L-BPA（受溶解度限制）高得多的剂量。在标准的12分钟中子照射下，L-BPA和二肽均能控制肿瘤生长。当将照射时间缩短至6分钟以降低背景辐射影响时，L-BPA仅能引起短暂的肿瘤生长延迟，而L-BPA-BPA二肽则能维持与12分钟照射相当的肿瘤抑制效果，凸显了其更强的治疗效能。
二肽介导的CT26肿瘤持续消退
在提高给药剂量后，L-BPA-BPA和L-Ala-BPA二肽在CT26模型中均能引起肿瘤的完全、持久消退，疗效持续至研究终点。相比之下，即使在最大可耐受剂量下，L-BPA也只能将肿瘤消退维持至第11天，之后肿瘤会复发。对治疗后的肿瘤组织进行病理学分析发现，L-BPA组肿瘤仍保持活性形态并高表达LAT1，而二肽治疗组则仅存瘢痕组织和炎症浸润，无存活肿瘤细胞，且LAT1染色阴性。
人FaDu下咽癌异种移植体的BNCT疗效
在免疫缺陷裸鼠的人FaDu肿瘤模型中，L-BPA-BPA二肽治疗使所有动物获得完全且持续的肿瘤消退。L-Ala-BPA在5只动物中使3只获得完全缓解。而同等条件下，L-BPA则无法实现完全的肿瘤生长控制。这进一步证实了二肽前药在更高硼剂量下，对难治性人源肿瘤模型的强大治疗潜力。
BNCT诱导获得性免疫，介导后续种植体的排斥
在CT26模型中，一个引人注目的发现是BNCT的免疫激活效应。研究人员观察到，经L-BPA-BPA或L-Ala-BPA二肽联合BNCT治疗后获得完全缓解的小鼠，在14天后于对侧腿部再次接种同种肿瘤细胞时，能够成功排斥肿瘤的生长，而未经治疗的对照小鼠则肿瘤快速进展。这证明了BNCT能诱导一种“原位疫苗”效应，产生系统性的抗肿瘤免疫记忆。
远隔效应
在双侧荷瘤模型中，仅对一侧肿瘤进行BNCT照射。结果发现，在L-BPA-BPA治疗组中，不仅受照射的“索引”肿瘤显著消退，未受照射的对侧屏蔽肿瘤也出现了明显的生长延迟。而在仅接受照射或L-BPA治疗的组中，未观察到这种对远隔肿瘤的抑制效果。这表明，在二肽前药介导的高效BNCT实现肿瘤完全根除的条件下，能够激发具有临床意义的“远隔效应”。
二肽摄取的体外机制
体外细胞实验表明，在缺乏体内快速水解环境的条件下，二肽的摄取机制与L-BPA不同。在表达PEPT1的胰腺癌细胞AsPC-1中，L-Ala-BPA表现出比L-BPA更高的最大摄取速率。在表达LAT1的FaDu细胞中，L-BPA的摄取则更占优势。竞争抑制实验证实，L-Ala-BPA在AsPC-1中的摄取可被PEPT1/2的竞争底物甘氨酰肌氨酸抑制，而在FaDu中的摄取则对LAT1抑制剂JPH203敏感。这提示二肽在体外可通过PEPT1/2途径被细胞摄取，为靶向不表达LAT1的肿瘤提供了潜在可能。
研究结论与讨论
本研究首次报道了基于L-BPA的二肽前药，其能在小鼠体内被快速系统性地裂解释放出L-BPA。尽管最初的设计旨在利用PEPT1/2转运途径作为LAT1的补充，但体内数据表明，快速的水解使其主要作为L-BPA的前药发挥作用。通过利用其极高的水溶性，研究人员能够突破L-BPA的剂量限制，以更小的注射体积给予高得多的硼剂量，从而在多种小鼠肿瘤模型中实现了更优越且持久的肿瘤控制。
这项研究的突破性意义在于多个层面：首先，在技术层面，它巧妙地通过前药策略解决了临床BNCT核心药物L-BPA的溶解度瓶颈，为开发下一代硼递送剂提供了新思路。其次，在疗效层面，研究证实提高给药剂量可直接转化为更强的肿瘤根除能力。最后，也是最具启发性的一点，研究首次提供了明确证据，表明在实现肿瘤完全消融的BNCT条件下，能够诱导出强大的抗肿瘤疫苗效应和远隔效应。这揭示了BNCT不仅是一种局部放疗手段，还可能具有激活全身性抗肿瘤免疫的潜能，为BNCT与免疫疗法的联合应用奠定了理论基础。
当然，该研究也存在局限性，主要结论基于小鼠模型，人体内二肽的代谢速率可能不同，从而影响L-BPA的释放动力学和分布。未来的研究将探索种间代谢差异，并评估在CT26及更具挑战性的B16F10黑色素瘤模型中，联合CTLA-4或PD-1/PD-L1轴抑制剂能否进一步放大这种免疫效应。尽管PEPT1表达可能辅助硼摄取，但在小鼠体内，快速的二肽降解实际上限制了对此通路的有效利用。总体而言，这项工作通过创新性的前药设计，不仅提升了BNCT的疗效天花板，还为其赋予了新的免疫治疗维度，展现出推动BNCT临床发展的巨大潜力。
