多功能纳米诊疗剂强化厄洛替尼针对EGFR野生型非小细胞肺癌治疗|Bioactive Materials

近期，暨南大学罗良平教授、肖泽宇副研究员和日本国立放射线医学综合研究所胡宽研究员在科爱出版创办的期刊Bioactive Materials上联合发表研究性论文：多功能纳米诊疗剂强化厄洛替尼针对EGFR野生型非小细胞肺癌治疗。本研究基于超顺磁性氧化铁纳米颗粒为核心构建多功能性纳米诊疗载体，实现可视化磁共振监控的同时共同递送厄洛替尼和贝伐珠单抗，强化EGFR-wt型非小细胞肺癌的治疗，为EGFR-wt型非小细胞肺癌治疗提供新的方法策略。

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研究内容简介

针对EGFR的酪氨酸激酶抑制剂(TKI)，如Erlotinib(Erl)和Gefitinib，可以通过结合EGFR中的ATP结合位点来抑制肿瘤生长。研究表明EGFR-TKIs已被用于携带突变和激活形式的EGFR阳性非小细胞肺癌患者的一线治疗。虽然在接受TKI治疗的EGFR阳性非小细胞肺癌患者中观察到了好处，但TKI在EGFR-wt非小细胞肺癌中表现出的活性明显降低。研究人员已经投入了许多努力来研究表达EGFR野生型基因的非小细胞肺癌对Erlotinib耐药的分子机制。然而，到目前为止，这些结论仍有争议，有必要进行进一步的深入调查。与此同时，之前文献报道了不同的策略来克服野生型EGFR NSCLC对TKIs的先天抵抗力。一些化疗药物，如组蛋白脱乙酰酶(HDAC)抑制剂和自噬抑制剂，已被证明能使EGFR-wt NSCLCs对Erlotinib敏感。尽管这些结果很有希望，但仍有必要开发其他专门针对不同增敏机制的策略，这些策略可能会提高对EGFR-wt非小细胞肺癌中erlotinib耐药性的理解，并挖掘能够最大限度提高erlotinib在EGFR-wt非小细胞肺癌中的疗效的最佳治疗方案。

纳米诊疗剂可以在一个结构中结合诊断和治疗功能，在癌症干预中引起了极大的关注。纳米诊疗药物主要被用作药物输送平台，用于靶向输送各种药物分子，以减轻副作用和提高治疗效果。此外，纳米药物的组分可以被定制为由不同成像方式跟踪的功能，例如光学成像、MRI、光声成像和放射成像(正电子发射断层扫描和单光子发射计算机断层扫描)，从而为癌症治疗提供成像引导模式。纳米抗癌药物的这些优势启发了我们基于Erlotinib的纳米制剂或许可以将增强Erlotinib对EGFR-wt非小细胞肺癌。为了这个目标，我们开始探索纳米工程如何影响Erlotinib对EGFR-wt非小细胞肺癌的敏感性。此外，我们的目标是传达一种成像引导的治疗模式来对抗表达野生型EGFR基因的NSCLC肿瘤。

基于以上问题我们构建了一种超顺磁性氧化铁纳米颗粒为核心的多功能性纳米诊疗载体，实现可视化磁共振监控的同时共同递送厄洛替尼(Erl)和贝伐珠单抗(Bev)，具备诱发肿瘤部位血管正常化同时强化EGFR-wt型非小细胞肺癌治疗的功能，为EGFR野生型非小细胞肺癌治疗提供新的方法策略（示意图1）。

Scheme 1. Schematic diagram representing the use of Bev + Erl@MNPs to promote the normalization of tumour blood vessels and improve the diagnosis and treatment of erlotinib-resistant non-small cell lung cancer.

利用已知对Erlotinib具有耐药性的EGFR-wt非小细胞肺癌来源的A549细胞株，检测细胞吞噬功能和Bev+Erl@MNP的体外毒性,荧光成像显示BEV+Erl@MNPs在A549细胞中具有良好的吞噬作用。同时其显著提升了Erlotinib的治疗效应，工程化纳米颗粒在体外强效抑制了A549肿瘤的克隆和增殖效应（图1）。

Figure 1：Analyses of phagocytosis and cytotoxicity of cells treated with magnetic nanoparticles (MNPs). (A) In vitro phagocytosis of Bev + Erl@MNPs in A549 cells, scale bar = 20 μm. (B) Cell viability of A549 cells treated with different concentrations of MNPs. (C) IC50 values of Erlotinib, Erl@MNPs, and Bev + Erl@MNPs. (D) CCK8 analysis of A549 cells at different days after treating with PBS, MNPs, Bev@MNPs, Erl@MNPs or Bev + Erl@MNPs. (E) Cell cloning analysis in A549 cells treated with PBS (G1), MNPs (G2), Bev@MNPs (G3), Erl@MNPs (G4) or Bev + Erl@MNPs (G5). (F) Statistical analysis of colon numbers of different from Fig. E.

为了描述纳米粒子的肿瘤靶向性，我们在A549异种移植鼠身上进行了磁共振成像，这些小鼠静脉注射了Bev+Erl@MNPs或Erl@MNPs。于注射后不同时间点进行MRI检查。从2小时到72小时，两组的磁信号(ΔR2*)有显著差异，最大差异出现在12小时，Bev在一定程度上增强了纳米平台的靶向性。接下来我们通过A549异种移植瘤模型进行了体内抗肿瘤实验，展现了令人惊喜的结果。同时我们进一步通过功能化MRI评估了肿瘤组织的微环境，为肿瘤预后评估提供了具有前景的可半定量化影像学诊断手段 (图2)。

Figure 2：MRI and analysis of anti-tumour effects of magnetic nanoparticles (MNPs). (A) MRI tracking of the tumour accumulation of Erl@MNPs and Bev + Erl@MNPs. (B) Magnetic signal changes in tumours against time. (C) Schematic illustration of the treatment plan in A549 zenograft. (D) Tumour growth curves in mice treated with PBS (G1), MNPs (G2), Bev@MNPs (G3), Erl@MNPs (G4) or Bev + Erl@MNPs (G5). (E) Tumour weight at the end of therapy. (F) Body weight of mice. (G) In vivo T2WI imaging and D, D*, and f pseudo-colour images acquired in mice treated with PBS (G1), MNPs (G2), Bev@MNPs (G3), Erl@MNPs (G4) or Bev + Erl@MNPs (G5). (H-J) Normalized ratio of D, D*, and f.

通过肿瘤组织切片和Western blot手段检测肿瘤增殖、凋亡、侵袭相关蛋白的表达 （图3）。

Figure 3：Immunofluorescence and Western blot analyses of tumour tissues from mice treated with different nanoagents. (A) Ki67, TUNEL, fibronectin, CD31, and HIF-1α stained images of tumour tissues from mice treated with PBS (G1), MNPs (G2), Bev@MNPs (G3), Erl@MNPs (G4) or Bev + Erl@MNPs (G5), scale bar = 100 μm. (B) Ki67 (C) TUNEL (D) Fibronectin (E) CD31 and (F) HIF-1a signals in the tumour was quantified according to the data in panel A. (G) Western analysis of MMP-9, MMP2, P53, Capsase- 3, Bcl-2, and Bax expression levels in tumours from mice treated with Bev + Erl@MNPs. (H) Relative expression of MMP9 and MMP2 (I) P53, Caspase-3, Bcl-2, and Bax was quantified according to the data in panel H.

在这项研究中，我们证明了一种纳米诊疗药物成功地逆转了EGFR-wt非小细胞肺癌对Erlotinib的耐药性。此外，我们的结果表明，抗血管内皮生长因子联合厄洛替尼可能是一种潜在的联合方案，以提高Erlotinib的疗效。总体而言，这些结果首次表明，一种精心设计的纳米制剂可以用于Erlotinib增强EFGR-wt非小细胞肺癌治疗。鉴于几种基于化学药物的纳米制剂已经被批准用于临床，我们可以预期这种纳米抗肿瘤药物在未来的临床中将在表达野生型EGFR基因的患者中对抗非小细胞肺癌。

02

论文第一/通讯作者简介

第一作者：王夺

暨南大学博士研究生在读，研究方向为功能化纳米诊疗载体的构建和生物应用。

第一作者：周君

哈佛大学医学院博士后，研究方向为纳米药物的研发和生物应用。

第一作者：方为民

暨南大学博士研究生在读，研究方向为功能化纳米诊疗载体的构建和生物应用。

通讯作者：肖泽宇

暨南大学附属第一医院/广州市临床转化分子与功能影像重点实验室, 副研究员，独立PI，硕士生导师。研究方向：分子影像与纳米医学。以第一作者/通讯作者在Cancer Research、Bioactive Materials、ACS Appl. Mater. Interfaces、Materials Today Bio等权威期刊发表原创性研究论文20余篇。近年来主持国家自然科学基金、中国博士后基金面上项目、广东省医学科学技术研究基金项目等6项；参与国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省自然科学基金重点项目、广东省科技厅前沿与关键技术创新项目等15项。

通讯作者：胡宽

中国医科学科学院/北京协和医学院药物研究所研究员，课题组长，博士生导师。2017年获得北京大学化学（化学基因组学）博士学位；2017.07-2018.03在中国科学院北京纳米能源与系统研究所担任助理研究员；2018.04-2022.04在日本国立量子科学技术研究开发机构担任博士后研究员、研究员。迄今已在国际著名学术刊物上发表高水平SCI论文60余篇，其中以第一作者/通讯作者（含共同）身份发表35篇论文，包括Nat. Commun.、Sci. Adv.、Agnew. Chem. Int. Ed.等。发表的第一/通讯作者论文中：影响因子>10的论文17篇。获得授权专利8项。主持科技部重点研发计划政府间国际科技创新合作项目、日本JSPS基盘研究B、中国自然科学基金青年项目等8项。曾获日本高度人才称号、WILEY JLCR青年科学家奖、日本核医学会研究奖励赏、中美核医学与分子影像协会青年科学家奖、Springer Theses Prize、北京大学优秀博士学位论文等荣誉10余项。

通讯作者：罗良平

二级教授，主任医师，博士生导师，暨南大学医学部主任，广州市分子与功能影像临床转化重点实验室主任，中华医学会放射学分会委员、广东省医学教育协会会长、广东省医学会放射分会副主任委员、广东省医师协会放射医师分会副主任委员等。研究方向：胸部放射学与肿瘤分子影像学。先后承担国家、省级重点项目以及其他科技项目20余项，其中包括国家自然科学基金面上项目3项，广东省自然科学基金重点项目1项，广东省科技厅前沿与关键技术创新项目1项。发表研究论文近200篇，其中SCI收录50余篇。包括Cancer Res, Eur J Nucl Med Mol I, J Clin Invest, Angiogenesis,  Bioactive Materials, J Magn Reson Imaging等领域内TOP期刊；授权国家专利10项，编写专著5部；获广东省领军医学人才，广东省科技进步三等奖，广东省高等教育省级教学成果二等奖，中国学位与研究生教育学会医药科工作委员会优秀工作者，南粤优秀教育工作者等荣誉。

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资助信息

本研究得到了国家自然科学基金(81771973、81971672、82102005)、广东省自然科学基金重点项目(2018B0303110011)、广州市临床转化分子与功能影像重点实验室(201905010003)、中央高校基础研究基金(21620308、21620101)、JSPS KAKENHI项目（21H02873、21K07659、20H03635）项目资助。

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原文信息

Duo Wang#, Jun Zhou#, Weimin Fang#, Cuiqing Huang, Zerong Chen, Meng Fan, Ming-Rong Zhang, Zeyu Xiao*, Kuan Hu*, Liangping Luo*.

A multifunctional nanotheranostic agent potentiates erlotinib to EGFR wild-type non-small cell lung cancer.

Bioactive Materials, 13 (2022) 321-323.

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Bioactive Materials是一本高质量英文期刊，目前已经被SCIE、PubMed Central、Scopus、Embase收录。同时本刊还入选了2019年中国科技期刊卓越行动计划--“高起点新刊”项目。

2022年Bioactive Materials 获得影响因子16.874 ，在Materials Science，Biomaterials领域排名第一。

位于《2021年中国科学院文献情报中心期刊分区表》1区，TOP期刊。

CiteScore 2021: 14.3。