浙江大学化学工程与生物工程学院生物工程研究所申有青

smiles

经过四十多年的研究和发展，目前已有多个纳米药物制剂实现了临床转化应用。但是，这些纳米药物在很大程度上只能降低原药的毒副作用，却未能显著提高药物疗效或延长患者的生存期，其主要原因是纳米药物固有的尺寸限制和实体肿瘤组织中固有的高渗透压、高细胞密度和乏血供等生物屏障导致了纳米粒子难以实现高效的肿瘤血管外渗和肿瘤组织浸润。
        为了克服上述纳米药物的被动扩散瓶颈，提升其在肿瘤组织中的渗透效果，浙江大学申有青教授课题组设计了一种基于主动转胞吞作用来实现跨细胞传递和肿瘤渗透的纳米载药系统——利用γ-谷氨酰胺转移酶(GGT)响应特性的两性离子基团(BGA)修饰了以喜树碱为核心的第四代树枝状大分子(G4/CPT)，合成了有精准结构和肿瘤特异性酶响应电荷反转的药物-树枝状大分子键合物(G4/CPT-BGA)。G4/CPT-BGA能够被肿瘤细胞膜上特异性高表达的GGT水解而阳离子化，从而触发吸附介导的细胞内吞作用并通过小窝蛋白介导的内吞途径进入细胞，在细胞内被分选至高尔基体，随后通过高尔基体途径被细胞外排，从而实现主动转胞吞作用和肿瘤球快速渗透(图1)。

图1 G4/CPT-BGA的酶催化电荷反转及其主动转胞吞作用示意图

        研究人员通过激光共聚焦显微镜观察G4Cy5/CPT-BGA在三维肿瘤球中的渗透作用发现，G4Cy5/CPT-BGA与肿瘤球孵育后，其荧光信号逐渐从肿瘤球边缘向内部分布，具有良好的肿瘤球渗透作用(图2)。但是使用细胞內吞抑制剂(金雀异黄酮)和细胞外排抑制剂(布雷菲德菌素A)会显著抑制G4Cy5/CPT-BGA的肿瘤球渗透作用，证明了G4Cy5/CPT-BGA的肿瘤球渗透作用是依赖“內吞-外排”形成的主动跨细胞传递作用形成的。

图2 (a) 激光共聚焦显微镜观察转胞吞抑制剂布雷菲德菌素A(BFA)和金雀异黄酮(Genistein)对G4Cy5/CPT-BGA的肿瘤球渗透的影响; (b) ImageJ软件分析a)中G4Cy5/CPT-BGA的总荧光强度; (c) ImageJ软件分析G4Cy5/CPT-BGA在a)中白色箭头所示路径上的荧光分布

         因此，G4/CPT-BGA的主动跨细胞转运机制能够基于纳米药物在肿瘤组织中的浓度梯度，实现药物在肿瘤中的深度渗透，具有不受肿瘤组织致密基质和纳米药物尺寸限制的特点，为突破纳米药物在实体瘤中被动扩散的瓶颈、设计同类具有更高渗透能力的抗癌纳米药物提供了一定的研究基础。
       上述工作以论文形式发表在《高分子学报》2021年第5期(2021, 52(5), doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2020.20257)“庆祝沈之荃院士90华诞专辑”中，陈思亲博士和周泉博士为文章共同第一作者，申有青教授为通讯作者。