多藥耐藥 (Multidrug resistance, MDR) 在腫瘤化療中普遍存在，它的發(fā)生與腫瘤復(fù)發(fā)和治療失敗密切相關(guān)。MDR涉及多種復(fù)雜的機(jī)制，其中耐藥細(xì)胞 (persister cancer cells, PCCs) 的存在被認(rèn)為是導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)的重要原因。PCCs具有腫瘤干細(xì)胞特性，可自我更新并產(chǎn)生構(gòu)成腫瘤基質(zhì)的各類細(xì)胞，由于其主要存在于非分裂的細(xì)胞周期G0期，因此可以避開靶向快速增殖細(xì)胞的傳統(tǒng)化療。已有研究表明，PCCs的形成與上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化 (EMT)之間存在著密切聯(lián)系，而處于高間充質(zhì)耐藥狀態(tài)的癌細(xì)胞的存活高度依賴于脂質(zhì)過氧化氫酶 (GPX4) 。GPX4抑制或缺失可直接導(dǎo)致細(xì)胞的程序性鐵死亡 (ferroptosis)。鐵死亡是一種鐵離子特異性依賴的細(xì)胞死亡形式，其與氧化應(yīng)激反應(yīng)、胱氨酸代謝、脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物積累密切相關(guān)，并在形態(tài)學(xué)、生化、基因水平上均明顯區(qū)別于凋亡、壞死、自噬。因此，通過誘導(dǎo)鐵死亡來清除PCCs有望逆轉(zhuǎn)癌細(xì)胞多藥耐藥。
近日，天津大學(xué)趙燕軍教授研究團(tuán)隊設(shè)計并制備了包載小分子鐵死亡誘發(fā)劑RSL3的不飽和脂肪酸兩親性聚合物膠束 (mPEG-PLys-AA/RSL3, 簡稱Micelles/RSL3)，并在耐藥卵巢癌裸鼠模型上得到驗證 (圖1)。研究人員采用生物相容性聚乙二醇-聚賴氨酸 (mPEG-PLys) 作為膠束載體主鏈，側(cè)鏈共價連接花生四烯酸，形成兩親性聚合物膠束；ㄉ南┧岬囊胧钦麄設(shè)計的亮點，當(dāng)物理包載RSL3的膠束通過被動靶向效應(yīng)累積到腫瘤后，腫瘤細(xì)胞較高的活性氧 (ROS) 使得疏水的花生四烯酸發(fā)生脂質(zhì)過氧化，使高分子親水性增加，進(jìn)而誘發(fā)膠束的解組裝和藥物在腫瘤微環(huán)境的應(yīng)答釋放。其次，花生四烯酸是鐵死亡的“致死信號”的前體分子，以其作為載體構(gòu)建基元，可間接增強(qiáng)鐵死亡療效。此外，脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物作為ROS可誘發(fā)細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽 (GSH) 衰竭，間接增強(qiáng)RSL3的GPX4酶抑制作用。
圖1. 花生四烯酸聚合物膠束遞送GPX4抑制劑RSL3逆轉(zhuǎn)腫瘤耐藥示意圖。
這一聚合物膠束的設(shè)計基于課題組近年應(yīng)答響應(yīng)型納米藥物載體領(lǐng)域的積累 (ACS Appl Mater Interface, 2019, 11, 29655; Biomater Sci, 2019, 7, 429; Nano Res, 2018, 11, 6177; ACS Appl Mater Interface, 2019, 10, 17117)，特別是在活性氧敏感的藥物載體方面的前期工作 (J Control Release, 2018, 286, 381; J Control Release, 2017, 260:12)。針對這一新型鐵死亡納米藥物膠束載體，研究人員首先通過各項體外實驗證明了Micelles/RSL3膠束的納米級球形形貌以及在模擬體循環(huán)條件下的穩(wěn)定性。在模擬腫瘤細(xì)胞ROS環(huán)境下，花生四烯酸的不飽和結(jié)構(gòu)在數(shù)分鐘內(nèi)即可完全被破壞，從而促進(jìn)RSL3釋放 (圖2)。
圖2. 花生四烯酸聚合物膠束的理化表征及ROS敏感藥物控釋。
隨后，研究人員通過檢測試劑盒，Western Blot和LipeFluo熒光探針分別檢測了膠束及不同對照樣品處理的耐藥腫瘤細(xì)胞內(nèi)GSH濃度、脂質(zhì)過氧化水平和GPX4活性 (圖3-4)。結(jié)果表明花生四烯酸可顯著降低GSH含量，而對GPX4的活性沒有影響。而RSL3僅抑制GPX4，但不干擾GSH水平；ㄉ南┧岷蚏SL3的攝入均可提升腫瘤細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)過氧化物的含量，且兩者具有協(xié)同增效作用。
圖3. 花生四烯酸聚合物膠束可誘發(fā)耐藥細(xì)胞內(nèi)GSH衰竭和GPX4活性抑制。
圖4. 花生四烯酸聚合物膠束誘發(fā)耐藥細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)過氧化物累積。
研究人員不僅檢測了游離藥物及Micelles/RSL3對耐藥腫瘤細(xì)胞的增殖抑制能力，還以CD133+和ALDHhigh為指標(biāo)評判了新型膠束遞送系統(tǒng)對耐藥PCCs的清除能力；赑CCs的腫瘤干細(xì)胞樣特性，軟膠克隆形成實驗證實了鐵死亡機(jī)制能夠有效抑制耐藥腫瘤細(xì)胞的自我復(fù)制能力 (圖5)。
圖5. 花生四烯酸聚合物膠束可有效抑制耐藥腫瘤細(xì)胞增殖。
最后，研究人員構(gòu)建了耐藥卵巢癌裸鼠模型，系統(tǒng)考察了Micelles/RSL3膠束遞送系統(tǒng)通過誘發(fā)鐵死亡進(jìn)而逆轉(zhuǎn)耐藥的潛能 (圖6)。結(jié)果顯示，Micelles/RSL3相比于對照組可有效抑制阿霉素耐藥的腫瘤生長。通過生存率實驗以及對鐵死亡標(biāo)記物和耐藥細(xì)胞生物標(biāo)記物的定量分析，進(jìn)一步驗證了鐵死亡可通過調(diào)控腫瘤細(xì)胞內(nèi)氧化還原平衡清除PCCs。該工作將GPX4抑制、GSH衰減及脂質(zhì)過氧化三者協(xié)同的鐵死亡誘發(fā)與高分子膠束在腫瘤微環(huán)境的應(yīng)答解組裝與相集成，為耐藥腫瘤的治療提供了一種新平臺和新方法。
圖 6. 花生四烯酸聚合物膠束的體內(nèi)抗腫瘤效果評價。
上述成果發(fā)表在Biomaterials期刊上，論文題目為“Triggered ferroptotic polymer micelles for reversing multidrug resistance to chemotherapy”。論文的第一作者為天津大學(xué)藥學(xué)院博士生高敏，目前在美國希望之城醫(yī)療中心進(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)，共同第一作者為天津大學(xué)藥學(xué)院碩士生鄧箭，通訊作者為趙燕軍教授。該工作得到了天津大學(xué)王征教授、樊愛萍教授、武慧淵教授，南開大學(xué)孔德領(lǐng)教授、丁丹教授，以及以色列特拉維夫大學(xué)的Dan Peer教授的大力支持與幫助。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S014296121930585X
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