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胶质母细胞瘤(glioblastoma,GBM)是中枢神经系统最具侵袭性的恶性肿瘤,预后极差,平均生存时间只有14个月。目前临床的一线治疗方案是手术最大限度切除肿瘤后联合放疗和(或)替莫唑胺(temozolomide,TMZ)化疗。但是,GBM高度的侵袭性使手术无法完全切除肿瘤,并且会迅速复发。脑作为重要的功能中枢,放疗也受到很大的限制。GBM化疗则要克服中枢神经系统重要的生理屏障——血脑屏障(blood-brainbarrier,BBB),但绝大部分药物不能穿透BBB,无法进入肿瘤实质发挥作用,即使是抗体-药物偶联物也因为较差的BBB穿透,在临床试验中收效甚微。近年来,飞速发展的纳米医学给GBM患者带来了希望。然而,目前临床试验中的纳米药物多为载化疗药脂质体,由于其循环稳定性差,不具备BBB穿透和肿瘤主动靶向能力,因而在肿瘤组织中的富集浓度较低,治疗效果不明显。除了脂质体纳米药物,还有一些可以穿透BBB并且靶向GBM的纳米药物有效提高了 GBM区域的化疗药物富集量,降低了化疗药物的毒副作用。然而,多次给药后,在肝、肾及脾脏大量富集的纳米药物随着载体降解释放出化疗药物,依然会带来明显的毒副作用。为了提高GBM的治疗效果和纳米药物的生物安全性,本论文设计了多肽修饰的不对称膜囊泡,用于胶质母细胞瘤靶向蛋白药物递送。设计具有以下优势:(1)载蛋白药物不对称膜囊泡循环稳定,在肿瘤微环境快速响应释放药物;(2)显著增加药物的BBB穿透,肿瘤组织穿透和癌细胞的内吞;(3)高效抑制GBM的同时不带来毒副作用。第一章系统分析了 GBM的病理特点、临床治疗方法和存在的问题、GBM的纳米药物递送策略、纳米药物治疗GBM存在的关键科学问题、基于载体的蛋白药物脑内递送策略。基于以上分析,我们提出构建还原响应的不对称膜囊泡,靶向递送高效低毒的蛋白药物用于GBM治疗的设想。第二章,我们在还原响应的不对称膜囊泡表面修饰BBB和人GBM细胞(U-87 MG)双靶向的angiopep-2(ANG),包载高效抗肿瘤蛋白药物皂草素(saporin,SAP)得到ANG修饰的还原响应不对称膜囊泡(ANG-CP-SAP)。实验结果显示,ANG-CP-SAP具有较高的SAP负载量(8.8 wt.%)和较小的粒径(76nm);在细胞外稳定,而在细胞内的还原环境下快速解交联,释放药物;在体外抗肿瘤实验中,ANG-CP-SAP显示出较强的抗肿瘤活性(IC50=30.2nM);在体内实验中,ANG-CP-SAP能有效地穿透BBB,增加GBM的富集,有效延长荷GBM小鼠的生存时间(43天),同时没有引起毒副作用。第三章为了进一步提高BBB穿透和GBM靶向的效果,我们采用多受体靶向策略递送药物。可以靶向到低密度脂蛋白受体家族(包括低密度脂蛋白受体(lowdensity lipoprotein receptor,LDLR),低密度脂蛋白受体相关蛋白 1(low density lipoprotein receptorrelated protein 1,LRP1)和低密度脂蛋白受体相关蛋白 2(low density lipoprotein receptor related protein 2,LRP2))的 ApoE 被修饰到载药交联囊泡表面(ApoE-CP-SAP),用于GBM的高效靶向治疗。实验结果表明,ApoE-CP比ANG-CP进一步提高了 BBB穿透和GBM靶向的能力,ApoE-CP穿透BBB模型的效率达到ANG-CP的2.2倍;在GBM的富集量达到4.26%ID/g,明显高于ANG-CP的1.71%ID/g。ApoE-CP-SAP的抗肿瘤活性也明显增强(14.2 nM 30.2 nM),将荷GBM小鼠的生存期延长至52天。第四章,针对纳米药物较差的肿瘤组织穿透导致抗肿瘤效果差这一问题,我们在ApoE-CP-SAP的基础上,联合基于“CendR”的选择性穿透肽iNGR,设计了ApoE/iNGR-CP-SAP以增加药物的肿瘤组织穿透和癌细胞内吞。ApoE/iNGR-CP比非细胞特异性穿膜肽修饰的纳米药物生物安全性更高,制备更加简单,避免了非特异性吸附带来的毒副作用。实验结果显示,ApoE/iNGR靶向的不对称膜囊泡进一步增强了载药囊泡BBB穿透、GBM靶向和肿瘤组织以及肿瘤细胞的穿透能力,体现靶向协同效果;ApoE/iNGR-CP的BBB模型的穿透效率显著高于ApoE-CP(1.9倍)和iNGR-CP(3.8倍);在治疗实验中,ApoE/iNGR-CP-SAP引发了肿瘤实质深处更多、更广泛的细胞凋亡,将荷GBM小鼠的生存期延长至63天。第五章为了探讨载蛋白药物靶向囊泡临床应用的可能性,我们将人源化重组颗粒酶B(granzyme B,GrB)选作药物,在聚合物中引入人体内源性的精胺(spermine,SP)来包载GrB,构建更加安全高效的ApoE-BCP-GrB。ApoE-BCP-GrB对非免疫缺陷BALB/c小鼠也没有明显副作用,血常规和血生化分析中各项指标均在正常范围,主要器官的组织切片也未发现损伤。此外,ApoE-BCP的蛋白药物包封效率也高达77.3%;ApoE-BCP-GrB对GBM细胞的抗肿瘤活性更强,IC50只有4.5 nM;经ApoE-BCP-GrB治疗后,荷GBM小鼠的生存期延长至54天,比目前GBM的一线临床用药TMZ显示出更好的抗肿瘤效果。第六章针对三阴乳腺癌脑转移(brain metastasis from triple negative breast cancer,BM-TNBC)病理特点复杂,药物递送困难这一问题,我们将ApoE-BCP-SAP应用于BM-TNBC小鼠模型的治疗。通过LRP1和LDLR的介导,增加药物的BBB穿透和TNBC细胞内吞。在流式实验中,ApoE可以显著提高囊泡被MDA-MB-231细胞内吞的量。体外抗肿瘤实验中,ApoE-BCP-SAP也只有很低的IC50(26nM)。在治疗实验中,ApoE靶向的载蛋白药物囊泡高效抑制BM-TNBC的生长,将荷BM-TNBC小鼠的生存期延长至44天,同时对正常脑组织没有带来副作用。第七章对本论文的工作进行总结,并展望可以继续深入开展的研究。