药学速览万字长书解读| 多肽牵手纳米，助力肿瘤治疗
▉ 导读
既生瑜又生亮
互联网和商品的相遇成就了马云，西红柿和鸡蛋的相遇缔造了美味，多肽和纳米的相遇会迸发出什么火花呢，本期文章药学速览将带领 ‘小览盆友们’ 深入了解两者相得益彰的美妙，‘既生瑜又生亮’双杰交相辉映又有何不可？武汉大学张先正团队近期在《Advanced Drug Delivery Reviews》发表长篇综述，详细介绍了多功能的多肽在肿瘤中治疗中的应用。多肽在纳米运载系统的协助下更显得如虎添翼。
癌症（恶性肿瘤），一种威胁人类生命与健康的恶疾，以肿瘤细胞的迅速生长和转移为特征。系统性放、化疗对癌变组织没有针对性，时常对正常组织产生毒性，引起严重副反应。因此，寻求“靶向递送”治疗非常重要。谈到“靶向”，多肽药物药物正发挥着重要作用。多肽，一种由氨基酸通过肽键连接形成的化合物。根据组成氨基酸种类和排序的不同，具有不同的生物学功能。多肽作为蛋白质的水解产物，具有和蛋白质类似的功能：与受体结合；可作为酶底物……多肽比蛋白质体积小很多，结构、功能关系相对简单，容易大量制备与纯化，容易化学修饰，容易储存不易变性，容易与其他技术相结合，具有高生物亲和性，容易生物降解等特点使其可在机体内应用。
纳米系统堪称递送业务的高手，因其大小、形状、表面特性等特征，可在循环系统中长时间停留，为肿瘤的诊断和治疗提供了极大的帮助。讲到这里，我们是否对上面问题有了答案？没错！当多肽和“纳米”相遇，可以用来诊断和治疗肿瘤。多肽为纳米系统提供了“慧眼”，纳米系统为多肽提供了庇护。多肽在纳米系统协助下，多肽将从如下几方面发挥作用。。。且听详解。（一个例子一个故事，如果小览们嫌文章长，少读几个例子就是，但是每个例子都会让你学到很多。）
肿瘤靶向性机理汇总
▉ 靶向肿瘤细胞受体
实例1：RGD VS 整合素之C3N4-PpIX-PEG-RGD疗法（PCCN颗粒疗法）
整合素是一种介导细胞和胞外基质（ECM）之间连接的跨膜受体。一些肿瘤中，特定整合素表达与增强疾病进程和降低病人生存率相关。整合素是一种跨膜异二聚体糖蛋白，由α和β多肽链非共价结合。α链的胞外区域能特异识别含精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）的多肽序列，介导整合素向ECM粘附。因此，RGD经常被引入纳米治疗系统。该疗法以光动力疗法（PDT）为基础，PDT疗法工作原理是通过光敏剂将O2转化为活性氧簇（ROS）来治疗癌症。PDT疗法对O2含量高度依赖，然而肿瘤内往往缺氧，因此PDT疗法效果不佳且使用过程会消耗本就不多的O2，更容易造成肿瘤扩散与产生耐药性。因此，在肿瘤组织中产生O2是PDT疗法的起死回生之术。
PCCN颗粒疗法
自然界中，叶绿体可利用光将H2O转化为O2，受到光合作用启发，人们开发出多种利用太阳光裂解水的材料，但尚未应用于生物医学中。C3N4经碳点修饰，可吸收630nm红光，通过裂解水产生O2。将其应用于PDT，可提高疗效。武汉大学张先正教授团队首先用碳点修饰C3N4（用于制造O2），再将PpIX-PEG-RGD吸附在C3N4上，其中PpIX为光敏剂，将O2转化为ROS，RGD靶向肿瘤，PEG起到PpIX和RGD连接作用。该颗粒被命名为PCCN（P代表PpIX，C代表碳点，CN代表C3N4）。该方法通过提高肿瘤组织中O2含量来提高PDT疗效，同时可降低肿瘤扩散风险。
实例2：B5 VS LRP-1之Cy7-B5-HSA-5FU诊疗法
Cy7-B5-HSA-5FU诊疗法
低密度脂蛋白受体相关蛋白1 (LRP-1)是一种跨膜内吞受体蛋白，广泛存在于细胞表面（在肿瘤组织高表达），参与细胞基质中多种配体（包括蛋白酶）的代谢。LRP-1能够诱导基质金属蛋白酶2/9（MMP2/9）表达，MMP2/9属于明胶酶，参与基质降解和重塑，是直接导致肿瘤转移和新血管生成的两种重要酶，MMP2/9增强肿瘤细胞侵袭能力。研究发现，LRP-1是放射抗性结直肠癌（CRC）肿瘤组织的放射抗性标志蛋白。因此，LRP-1被作为多肽筛选靶点，经多肽文库筛选技术发现多肽B5（序列TPSFSKIGCGK）可在体内靶向LRP-1。以人血清白蛋白纳米颗粒（HSA NPs）包裹5-FU（化疗药物），同时以B5（靶向作用）和Cy7（荧光）修饰的多肽纳米颗粒用于放射抗性CRC病人来源异种移植（PDX）小鼠模型实验。发现B5 HSA NPs可很好靶向LRP-1，为 CRC成像（Cy7）和治疗提供了一种新的工具。
▉ 靶向肿瘤亚细胞结构
实例1：电荷改变（pH变化）自整合多肽靶向肿瘤细胞膜，实现PDT疗法
细胞膜能维持细胞完整性，确保正常生理功能和信息交换。破坏细胞膜会引起细胞自噬、凋亡和坏死，甚至引发免疫反应。因此，细胞膜成为抗肿瘤治疗潜在靶点。Liu等设计了C16-K(PpIX)RRK(DMA)K(DMA)-PEG-COOH，命名为C16-PRP-DMA。其中C16为疏水部分，其亲脂性成分实现膜插入。其余部分为亲水部分，其中PEG作为亲水壳层增强生物亲和性，延长C16-PRP-DMA在血液中半衰期。用DMA修饰RRKK，RRKK携带正电荷，可提高膜亲和性（细胞膜一般带负点）。DMA携带负电荷，对RRKK正电荷起到掩蔽作用，防止C16-PRP-DMA在体内非特异吸附。DMA基团具有酸敏感性，在肿瘤组织酸性环境下可从多肽中解离，余下C16和RRKK成分辅助PpIX在细胞膜长时间停留，实现PDT作用。
实例2：(KLAKLAK)2靶向线粒体膜，介导PDT作用
线粒体是大多数真核细胞的重要细胞器，具有独立的遗传物质和蛋白质合成系统。线粒体在细胞生存和生长过程中扮演重要角色，为哺乳动物细胞供能，并参与诸多生理过程，包括电转化，凋亡调节和钙稳态调节。因此，靶向消灭线粒体可有效提高治疗效果，具有很高的应用前景。线粒体膜电位150-180mV，外正内负，胞内正电荷复合物可以受势能驱动聚集在线粒体。因此，阳离子能够特定靶向线粒体。(KLAKLAK)2是带正电荷靶向线粒体的两亲性多肽，能优先破坏线粒体膜，促进细胞凋亡。Han等研制了PPK，即PpIX-PEG-(KLAKLAK)2，用于靶向线粒体的PDT肿瘤疗法。
实例3：NLS介导CRISPR-Cas9质粒靶向细胞核
NLS-CRISPR-Cas9疗法
细胞核是细胞的中心，是储存、复制和转录遗传物质的场所，在细胞代谢，生长，分化过程中扮演重要角色，也是各种药物的作用位点。传统药物递送机制是药物通过载体在胞质释放，而后通过自由扩散进入细胞核。由于核孔复合体（NPCs）的存在，进入核内的大分子和纳米颗粒是有限的，一些治疗方法无法达到理想效果。核内富含核蛋白，其C端信号序列引导蛋白质进入胞核，称为核定位信号（NLS）。首个确定的NLS是病毒SV40 T抗原，序列为PKKKRKV，其在胞浆合成，快速聚集于胞核。He等通过NLS将CRISPR-Cas9基因组编辑质粒特异递送至肿瘤细胞核，有效敲除β-catenin蛋白，消除PD-L1介导的肿瘤免疫逃逸和免疫抑制。
▉ 靶向肿瘤相关组织和细胞
实例1：GPA VS FAP-α（CAFs）之肿瘤成像技术
FAP-α介导β片层成像技术
肿瘤细胞和正常细胞代谢的不同导致其生存环境差异很大，尤其是缺氧、低pH，和高压方面。肿瘤微环境（TME）中有很多生长因子、细胞化学因子和各种蛋白酶，其可产生免疫炎症反应，有助于肿瘤扩增、侵袭、粘附、血管再生和使肿瘤抵抗放疗和化疗，从而促进恶性肿瘤的生成。过去的几十年里，TME在疾病进程中的角色越来越多的被了解。如，肿瘤相关成纤维细胞（CAFs）是肿瘤基质中最重要的组分，可形成间质屏障。成纤维细胞活化蛋白（FAP-α）是区分成纤维细胞正常与否的诊断标志，在诊断和治疗方面具有前景。Zhao等设计了一款多肽-Cy探针(GTDTKTGPAKLVFFC (Cy) TDTG)。动态生物学成像技术表明，该探针可靶向FAP-α，组装成靠近CAFs的纳米纤维。其中FAP-α的靶向序列是GPA，肽序列KLVFF提供了较强的疏水性和氢键相互作用，使裁剪后的残基有效地组装得到β片纳米纤维，然后在纳米纤维表面连续收集裁剪后的残基，显著增加了探针在肿瘤部位的保留，从而能够区分肿瘤与正常组织，提高了成像的信噪比、灵敏度和选择性。
实例2：M2NP靶向SR-B1和M2介导siCD115阻断TAM CSF-1/CSF-1R（CD115）途径
M2NP介导siCD115逆转免疫抑制
肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）是恶性肿瘤组织中的炎症细胞，在肿瘤生长、增殖和转移过程中扮演重要角色。在TME中，TAM呈现免疫抑制、肿瘤促进M2表型。对M2样TAM进行治疗能够逆转TME的免疫抑制状态。利用M2表型区别特征和高表达清除受体B1(SR-B1)特点，Qiao等构建了多肽脂纳米颗粒M2NP，其具有同时靶向SR-B1和M2样TAMs的能力。序列为FAEKFKEAVKDYFAKFWD的多肽靶向SR-B1，序列为YEQDPWGVKWWY 的多肽靶向M2pep，这两个多肽通过GSG连接。M2NP作为一个载体，携带siCD115，可以阻断M2样TAM的CSF-1/CSF-1R（CD115）途径，从而活化抗肿瘤反应。M2NP基础siRNA递送可以大幅降低M2样TAMs数量（52%），降低肿瘤大小（87%），与对照组相比，实验组生存时间更长。
番外解读CSF-1/CSF-1R途径：
CSF1R（集落刺激因子1受体）是巨噬细胞和其他髓系细胞表达的细胞表面受体，CSF1是CSF1R的配体，CSF1和CSF1R信号转导可调节巨噬细胞分化和功能。CSF1R在健康组织中协助巨噬细胞抑制受损组织处的免疫应答，同时通过促进血管再生来加速愈合。而在癌症中该功能被用于促进肿瘤生长。临床前数据显示，CSF1和CSF1R信号转导可能刺激TAM的发生和存活。肿瘤浸润区巨噬细胞，可通过高表达CSF1R，由抗肿瘤巨噬细胞演变为促肿瘤TAM，并进一步限制T细胞功能，形成免疫抑制。Pexidartinib（培西达替尼），一种小分子口服药物，是CSF1R抑制剂，已被美国FDA批准上市，用于功能受限且不适合手术改善的症状性腱鞘巨细胞瘤（TGCT）成人患者，是目前该类疾病的首款获批药物。▉ 依据肿瘤微环境的多肽设计
pHMAPS工作原理
肿瘤细胞主要通过糖酵解反应获能，该过程产生大量乳酸，致使TME微酸性（pH6.5-6.8，而正常组织为pH7.2-7.4）。基于该特点，Luo等设计了pHMAPS(PpIX-AEQNPIYWARYADWLFTTPLLLLDLALLVDADEGT)。pHMAPS在 pH 7.4时维持自由线圈状，而在酸性条件下pH 6.5或5.5时转化为α螺旋结构，可将光敏剂PpIX插入细胞膜脂双层，最大化实现肿瘤细胞膜PDT原位治疗效果。与非膜锚定光敏剂相比，pHMAPS在4T1荷瘤小鼠模型中，对肿瘤生长有明显抑制效果。
实例2：GSH作用篇
MMP-9介导癌症尿液诊断法
基质金属蛋白酶（MMPs）是一个大家族，因其需要Ca2+和Zn2+等金属离子作为辅助因子而得名，在肿瘤侵蚀和转移方面具有重要作用。MMP-2，MMP-9过表达和肿瘤进程相关，因此常作为肿瘤诊疗靶点。肿瘤细胞氧还系统动态平衡发生了巨大改变，致使肿瘤细胞内存在高浓度还原型谷胱甘肽（GSH），在GSH作用下，一些还原敏感型多肽会发生二硫键断裂。Loynachan等设计了一个巧妙的系统，在MMP-9介导下通过尿液检测即可早期诊断癌症。在载体支持下，应用多肽修饰金纳米团簇(AuNCS)靶向MMP-9，而后GSH特异裂解PLGVR序列（含有二硫键），纳米传感器因此解体，具有过氧化物酶活性的2nmAuNCS被肾脏代谢并从尿液排出。通过直观地观察尿液中纳米团簇对TMB等过氧化物酶显色底物催化所引起的颜色变化，即可了解疾病的存在和状况。
实例3：PFT酶作用篇
PFT酶介导胞质靶向PDT疗法
除了TME中的酶，肿瘤细胞也过度表达一些酶，以促进自身的增殖、分化、代谢和相关的信号传递，如蛋白磷酸酶（PP）、乳酸脱氢酶（LDH）和蛋白法尼基转移酶（PFT酶）。针对这些高表达的酶，酶反应肽可以进一步提高肿瘤治疗的准确性。RAS是一种小的鸟嘌呤结合蛋白，在信号转导、细胞增殖和恶性转化时起作用。当RAS转导信号时，它有一定的位置要求，必须停靠在细胞膜的内侧，以便与其他生长的细胞交换信息。该过程中，PFTase起着重要的作用。Zhang等报道了一个质膜（PM）靶向嵌合肽PpIX-C6-PEG8-KKKKKKSKTKC-OMe (PCPK)，其被PFT酶驱动，用于质膜靶向光敏剂疗法(PM-PDT)，通过诱导PM破坏和损伤肿瘤相关分子模式（DAMP）增强免疫治疗。PCPK靶向PM的能力来源于细胞内的K-Ras（KKKKKKSKTKC）信号转导，它可以通过PFT酶驱动相应的蛋白质靶向PM。结合PpIX，在极低浓度的光照下，PCPK可产生ROS使膜表面相关蛋白失活，从而导致脂质过氧化并破坏PM。另外，对于PCPK的黑暗处理，其细胞毒性可以忽略不计。特异性PM损伤进一步诱导DAMPs在细胞中的快速释放，从而产生更强的抗肿瘤免疫反应。这种免疫激活PM-PDT策略与PD-1（程序性细胞死亡1）阻断治疗相结合，表现出对转移性肿瘤的强烈抑制作用。
▉ 多肽本身的治疗作用
多肽治疗作用机理汇总
实例1：自身带毒篇
pHA-Mel-pEGCG系统作用原理
肿瘤抑制肽主要通过诱导细胞凋亡，破坏细胞膜结构，改变细胞周围或细胞内部的pH来抑制癌细胞的增殖。例如，一种名为血管紧张素的小肽可以通过抑制血管生成来阻止癌细胞的形成，而心肌分离的N端序列(MANS)肽可以有效地阻断肺癌细胞的运动，从而抑制肿瘤转移。有些肽可以直接杀死肿瘤细胞，俗称细胞毒肽。细胞毒肽是具有抗肿瘤活性的生物活性肽，在哺乳动物、两栖动物、昆虫、植物和微生物中均有发现。Melittin(Mel)可以插入细胞膜并在细胞膜上形成孔隙，增加细胞内Ca2+的浓度，最终导致细胞裂解。Qiao等制备了一种功能性纳米载体，用于靶向传递有毒肽。以Mel作为药物，用聚合pEGCG构建纳米复合材料(NC)，并将苯硼酸衍生透明质酸(pHA)锚定在NC表面进行肿瘤识别。天然促氧化剂Mel和pEGCG还可进一步诱导ROS产生，超过耐受阈值，引起细胞死亡。
实例2：结构转化篇
自组装多肽疗法
除了直接利用肽的毒性外，一些肽还会在肿瘤或TME中发生结构变化，用于设计抗肿瘤诊疗系统。Zhan等人设计了一个能与细胞外碱性磷酸酶(ALP)和细胞内GSH相互作用的肽序列。前体肽由细胞外ALP催化，形成NPs，促进肿瘤细胞内吞。进入细胞后，NPs被细胞内GSH还原，组装成纳米纤维。这种特定的串联自组装现象有利于肝癌细胞将其摄取，纳米纤维的形成会导致细胞凋亡。
HER2介导自组装肽疗法
临床治疗用药以成分简单，剂量明确为佳。自组装多肽可以实现无其他成分的肿瘤靶向治疗并可在体内长期存留，具有天然优势。Zhang等报道了一种人表皮生长因子受体-2(HER-2)介导的、无毒，可自组装肽纳米颗粒。其作为单一疗法，在HER2乳腺癌异种移植小鼠模型中收效良好。该颗粒结构为BP-FFVLK-YCDGFYACYMDV，BP为AIE染料，FFVLK为β片层单位，YCDGFYACYMDV为HER2配体。水相条件下，肽单体形成球形纳米颗粒。在肿瘤细胞表面，通过与HER2受体相互作用，纳米颗粒将原位转化为纤维片层，抑制HER2受体蛋白在细胞表面二聚，阻止下游细胞增殖和存活信号的基因表达。自组装肽为单组分抗肿瘤纳米系统的发展开辟了新的方向。
实例3：激发免疫篇
棕榈酰化抑制剂清除肿瘤细胞PD-L1逃逸机制原理
(PD-1（programmed death 1，程序化死亡分子 CD279）是一种免疫检查点受体，在活化的T细胞表面表达，在肿瘤浸润T细胞上过表达。PD-1可与肿瘤细胞表面表达的PD-L1蛋白结合，形成免疫抑制，使肿瘤细胞逃逸。Yao等发现PD-L1棕榈酰化修饰在PD-L1表达和发挥免疫抑制功能中具有重要作用。通过对棕榈酰化修饰序列进行修饰，获得竞争性抑制肽CPP-S1 (YGRKKRRQRR-MMDVKCGIQDTNS)，可降低PD-L1在肿瘤细胞中的表达（无棕榈酰化修饰，不可以和PD-1结合，反而被泛素化，进入内体，进入多囊小泡，最终被溶酶体降解），从而提高抗肿瘤免疫。在此基础上，还可以对CPP-S1进行衍生和修饰，进一步提高其活性和稳定性，增强疗效。
▉ 多肽本身的辅助功能
临床上，许多抗癌药物在体内溶解性差，停留时间短。两亲性肽可以在溶液中自组装形成NPs疏水核和亲水壳，通过调节两亲肽在结构上的亲水/疏水平衡，可以构建不同尺寸和形状的肽基NPs。NPs的大小和形状会影响其生物学行为，如在循环系统中的停留时间，免疫清除时间。用两亲性肽构建纳米载体，可以对疏水抗肿瘤药物有较强的增溶作用，可以增加药物的保留时间。此外，纳米载体可以与反应肽相关联，以实现程序性药物释放，防止治疗药物在到达细胞目标之前从纳米载体泄漏。如NPs与pH敏感肽结合，促进了在低pH下癌细胞溶酶体内药物货物的释放。
一个典型的DDS（药物递送系统），这是一种基于两亲性肽的前药。疏水段为与抗肿瘤药物阿霉素(DOX)相连的脂肪烃C12（疏水核），亲水段为功能化肽GRGDS和R8序列。亲水性多肽可自整合为纳米颗粒功能性外层（亲水壳）。在RGD介导（识别整合素）靶向肿瘤后，R8介导细胞膜穿透和细胞内蛋白水解，DOX在细胞中被成功传递。该纳米系统在体外和体内均表现出较强的抗肿瘤活性，副作用大大降低。
实例2：增强细胞渗透速率篇
血脑屏障(BBB)可以阻止某些物质（大多是有害的）从血液进入脑组织，也可以阻止药物进入大脑的肿瘤组织。据报道，近100%的大分子药物和>98%的小分子药物不能跨越BBB。血脑屏障被认为是阻碍化疗成功治疗脑转移和脑肿瘤的重要原因。因此，穿透血脑屏障是脑肿瘤化疗的先决条件。正常情况下，纳米载体也很难穿透BBB。自然界中有一些天然蛋白质可以穿透血脑屏障，但这些蛋白质不易获得，难以修饰纳米载体。许多功能肽来源于功能相同的蛋白质，如细胞穿透肽(CPPs) TAT来源于HIV TAT蛋白，如狂犬病病毒糖蛋白衍生的RVG29，具有穿透BBB的能力。
Zou 等开发了一种Angiopep-2(Ang)功能化胞内环境响应siRNA纳米胶囊。Ang-NCss(siRNA)作为一种安全有效的RNAi剂，用于促进基于siRNA的胶质母细胞瘤(GBM)的治疗。Angiopep-2是一种通过序列匹配技术筛选出的脑靶向肽。氨基酸残基序列为TFFYGGSRGKRNNFKTEEY。可通过低密度脂蛋白受体相关蛋白(LRP)途径进入大脑。Ang-NCss(siRNA)血液循环时间长，可有效穿透BBB，可在GBM积累和保留，siRNA靶向释放，从而显著抑制了U87MG异种移植物肿瘤的生长。
▉ 总结
近年来，随着新型纳米材料的深入研究和纳米粒子在肿瘤诊断和治疗中的不断应用，纳米医学经历了前所未有的发展。由于颗粒的大小，形状和表面性质可以按需设计，因此纳米颗粒具有优越的稳定性和“量身定制”的给药能力，因此可适应多种给药途径，可应用于肿瘤诊断和治疗的各个方面。然而，传统NPs在智能反应、肿瘤靶向和药物负载能力方面存在相当大的不足，需要进一步发展。利用多肽结合纳米材料进行抗肿瘤诊断和治疗，不仅避免了多肽在体内的快速代谢，而且提高了纳米系统的整体智能化和功能化。然而，目前肽复合抗肿瘤纳米系统从实验室到临床的研究还存在一些问题。原因如下：1、肽类复合纳米材料的组成复杂，在不同批次材料的合成过程中很难控制各种成分的相对比例，这对处理过程中剂量的确定产生了不利的影响。2、物质在体内的代谢和作用机制还没有得到充分的研究。由于体内环境的特殊性，肽类复合纳米材料的循环代谢存在各种干扰因素。3、目前对抗肿瘤纳米系统的治疗预后和肿瘤复发的考虑较少。相关标准的建立将有利于相关制度从实验室到临床的发展。总之，肽的多功能性赋予了抗肿瘤纳米系统更强的针对性，提高了针对不同肿瘤的特异性诊疗能力。相信随着进一步研究，将设计出有更巧妙的肽NPs并将其应用于临床。
▉ 小览读者有话说
小览朋友能够读到这里，小编敬你是一条好汉！
参考文献：
1、Ke Li,etc. Advanced Drug Delivery Reviews.2020 Oct.
2、Am J Clin Oncol. 2016 Feb;39(1):98-106.
3、百度百科
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作者介绍
学术很枯燥？科研离我们很遥远？NO!NO!NO!科研就在你我身边。用诙谐（详尽）的语言讲解难以看懂的长篇文献，让我带你领略不一样的科研之美……说起我是谁？哈哈，我就是奇思妙想，邻家老三！
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