CXCL16肽-SN38缀合物的可变形纳米组装技术提升了其在腹膜转移瘤中的渗透性和滞留能力

《Journal of Controlled Release》：Transformable nanoassembly of CXCL16 peptide-SN38 conjugate improves intratumor permeation and retention in peritoneal metastases

　　

吕毅|池一飞|曹思宇伟|聂伟民|张一晨|王帅|黄明轩|梁一宇|吴瑶|吴静波|王仁杰|黄敏|谭文福|耿美玉|张志文

复旦大学药学院，上海201203，中国

摘要

针对腹膜转移（PM）的化疗受到肿瘤内药物渗透受限和在肿瘤内滞留不足的严重制约。在此，我们合理设计了一种由成纤维细胞激活蛋白（FAP）触发的可转化纳米组装体，用于肽-药物偶联物，以解决这些瓶颈问题。我们选择7-乙基-10-羟基喜树碱（SN38）作为首选的细胞毒性剂，并选择C-X-C基序趋化因子配体16（CXCL16）模拟肽作为穿透肿瘤的肽，通过FAP/谷胱甘肽双重响应连接器将其偶联，形成SN38-STPC₁₆偶联物。SN38-STPC₁₆进一步与预先筛选的1,2-二肉豆蔻酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-[甲氧基（聚乙二醇）1000]（DMPE-PEG₁₀₀₀）组装，构建出可转化纳米组装体（SN38-STPC₁₆ NA）。SN38-STPC₁₆ NA在FAP的触发下转化为纳米纤维，并在GSH的作用下释放药物。无论是在小鼠CT26腹膜转移模型还是患者来源的异种移植（PDX）腹膜转移模型中，SN38-STPC₁₆ NA都能有效渗透肿瘤并在腹膜转移病灶中长时间滞留，显著抑制其进展。特别是在PDX-PM模型中，SN38-STPC₁₆ NA使腹膜转移肿瘤重量减少了80.9%，肿瘤结节数量减少了82.3%，并将中位生存期延长了1.76倍，优于临床标准的FOLFIRI方案。总体而言，可转化的SN38-STPC₁₆ NA代表了一种有效的腹膜转移化疗递送平台。

引言

腹膜转移（PM）是结直肠癌（CRC）最常见的且难以治疗的转移形式之一，指的是癌细胞扩散到腹腔[1]，[2]。PM通常发生在晚期，预后极差，治疗效果不佳，是癌症相关死亡的主要原因[3]，[4]，[5]。由于PM的多灶性和高度扩散特性，细胞减灭手术（CRS）只能切除腹腔内的宏观病灶，无法消除残留的小型腹膜转移病灶和游离癌细胞，因此必须将其与多种化疗药物联合使用[3]，[6]，[7]，[8]。尽管采用了多种治疗干预措施，但患有PM的CRC患者的生存率仍然很低，5年生存率为37%，中位总生存期为15.3至47.6个月[9]。因此，治疗CRC相关的PM仍然是一个未解决的挑战。

将化疗药物有效地递送到腹膜转移肿瘤是实现有效化疗的关键前提。由于相对孤立的腹腔和腹膜-血液屏障严重限制了静脉给药药物向腹膜转移肿瘤的递送，腹腔内给药成为治疗CRC腹膜转移的常用临床方法，尤其是热腹腔化疗（HIPEC）[7]，[10]。当癌细胞扩散到腹腔形成腹膜转移病灶时，它们会协调各种辅助细胞，将肿瘤微环境塑造成一个动态的、进化适应的微生态系统[11]，[12]。在腹膜转移病灶中，异质性的细胞成分和丰富的细胞外基质构成了一个复杂的物理屏障，极大地阻碍了治疗药物向腹膜转移肿瘤的递送[13]，[14]，[15]，[16]。即使这些化疗药物被装载到纳米制剂中，如多柔比星脂质体或白蛋白结合的紫杉醇纳米颗粒中，它们仍然无法渗透腹膜转移肿瘤[17]。因此，迫切需要更有效的策略来改善腹膜转移化疗的肿瘤内药物递送。

肽-药物偶联物（PDC）作为一种高效的肿瘤靶向和渗透平台，显示出巨大的潜力，能够穿透腹膜转移病灶[18]，[19]，[20]，[21]。PDC由靶向肽、细胞毒性药物和功能性连接器组成，可以通过多种方式优化，以实现改进的肿瘤内递送效果，如精确靶向、深度肿瘤渗透和可控的药物释放等[22]，[23]。受到趋化因子介导的肿瘤归巢特性的启发[24]，[25]，我们选择了C-X-C基序趋化因子配体16（CXCL16）的N端识别序列，该序列在肿瘤内的分布特征显著，作为构建PDC的潜在穿透肿瘤肽。此外，形态转化是一种提高肿瘤组织中长期滞留的独特策略，可以根据内部刺激（例如特定蛋白酶、微酸性pH值、氧化还原状态）或外部刺激（例如光、热、超声波等）进行响应[26]，[27]，[28]，[29]，[30]，[31]。在对CRC患者的腹膜转移病灶进行初步研究时，我们发现成纤维细胞激活蛋白（FAP）在肿瘤基质中的癌相关成纤维细胞（CAFs）中异常表达，这为设计可转化的PDC以改善腹膜转移肿瘤内的滞留提供了合理的候选蛋白[图S1]。

基于这些考虑，我们选择7-乙基-10-羟基喜树碱（SN38）作为细胞毒性剂，并通过FAP/谷胱甘肽（GSH）双重响应连接器将其与CXCL16模拟肽偶联，形成SN38-STPC₁₆偶联物。SN38-STPC₁₆进一步与预先筛选的1,2-二肉豆蔻酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-[甲氧基（聚乙二醇）1000]（DMPE-PEG₁₀₀₀）组装，构建出可转化纳米组装体（SN38-STPC₁₆ NA）（方案1）。对其理化性质及其转化为纳米纤维的过程进行了表征。此外，在CT26小鼠模型和患者来源的异种移植（PDX）腹膜转移肿瘤模型中评估了SN38-STPC₁₆ NA的肿瘤内分布特性和治疗效果，以验证这种可转化纳米组装体的设计。

章节片段

材料

趋化因子模拟肽，如CC基序趋化因子配体2 QPDAVNAPLTC（CCL2）、SPYGSDTTPC（CCL5）、C-X-C基序趋化因子配体9 TLVIRNARC（CXCL9）、IPLARTYRC（CXCL10）、FLMFKQGRC（CXCL11）、SKC（CXCL14）、NQGSVAGSC（CXCL16）和Fmoc-KGPAFFVLC由上海Apeptide有限公司（中国上海）合成。马来酰亚胺（MAL）的聚乙二醇（PEG）衍生物MAL-PEG₄₀₀-COOH、MAL-PEG₁₀₀₀-COOH、MAL-PEG₂₀₀₀-COOH、MAL-PEG₁₀₀₀-NH₂、DMPE-PEG₂₀₀₀-MAL由上海ToYongBio合成

具有肿瘤穿透能力的PDC的合理设计

将化疗药物充分递送到腹膜转移病灶是发挥药理活性的关键前提[33]。为了改善腹膜转移治疗的肿瘤内药物递送，通过优化三个核心单元（细胞毒性药物候选物、穿透肿瘤的肽和功能性连接器）合理设计了具有肿瘤穿透能力的PDC。

首先，评估了11种临床相关的化疗药物的细胞毒性，如卡巴他赛（CTX）、多西他赛（DTX）、双氢青蒿素等

结论

总之，为了改善腹膜转移肿瘤内的药物渗透和滞留，我们合理合成了优化的FAP/GSH双重功能PDC SN38-STPC₁₆，然后将其与DMPE-PEG₁₀₀₀组装成可转化纳米组装体SN38-STPC₁₆ NA。SN38-STPC₁₆ NA是球形纳米颗粒，在FAP的作用下可转化为纳米纤维，通过GSH的作用切割亲水性的PEG-CXCL16肽段来释放细胞毒性SN38

CRediT作者贡献声明

吕毅：撰写 – 原始草案，概念构思。池一飞：数据整理。曹思宇伟：数据整理。聂伟民：数据整理。张一晨：软件支持。王帅：验证。黄明轩：验证。梁一宇：验证。吴瑶：验证。吴静波：资源提供。王仁杰：资源提供。黄敏：资源提供。谭文福：项目管理。耿美玉：方法学研究。张志文：撰写 – 审稿与编辑，监督。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

我们感谢上海国家蛋白质科学设施（https://cstr.cn/31129.02.NFPS.LSPS）的大规模蛋白质制备系统的工作人员在数据收集和分析方面提供的技术支持和帮助。本工作得到了国家重点研发计划（2023YFE0104300）、国家自然科学基金（82574334）和国家重点自然实验室的财政支持