ACS Nano|超分子纳米组装体用于活性氮辅助的肝癌化疗
大家好，今天给大家分享一篇最近发表在ACS Nano上的文章，题为：Tailoring Supramolecular Prodrug Nanoassemblies for Reactive Nitrogen Species-Potentiated Chemotherapy of Liver Cancer。本文的通讯作者是来自南方医科大学的周东方教授和来自浙江大学的金桥教授。
在正常细胞中，生理功能的实现依赖于稳定的氧化还原环境。自由基广泛存在于生命体中，对于维持稳定的氧化还原环境具有重要的作用。过量的自由基会破坏脂质、蛋白质和DNA从而阻碍细胞功能，甚至导致细胞死亡。而将这种策略应用到癌症治疗中，通过引入过量自由基来破坏氧化还原稳态并进一步诱发细胞凋亡，是一种新兴的治疗方法。
常见的自由基物质主要包含活性氧(ROS)、超氧化物(O2•-)、过氧化氢(H2O2)、单线态氧(1O2)和羟基自由基(•OH)等氧相关的物质。除此以外，活性氮(RNS)是另一种重要的自由基活性物质，可通过一氧化氮(NO)与ROS反应生成，主要的RNS包括过氧亚硝酸根阴离子(ONOO-)、亚硝酸根离子(NO2-)，次硝酸根离子(NO-)和二氧化氮(NO2)。由于强大的氧化和硝化能力，RNS可以通过氧化和硝化作用与生物分子发生反应，最终导致细胞的凋亡。其中，ONOO-被认为是比大多数含氧自由基更易诱导细胞凋亡的物质。因此，RNS介导的氧化疗法可能在癌症治疗中发挥重要的作用。在此基础上，还有文献报导RNS与化化疗药物联用可以通过协同效应显著增强化疗效果。比如基于顺Pt的化疗药物能够激活细胞内的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(NOXs)产生O2•−,并进一步与NO反应生成ONOO-，实现RNS增强的化疗。然而，由于NO的半衰期很短，并且对生物分子非常敏感，其临床应用仍然受到限制。
在本文中，作者设计了一种超分子纳米组装体(SPNA)，通过结合Pt(II)和NO来实现RNS增强的化学疗法。如图1所示，作者合成了聚乙二醇-聚赖氨酸(Lac-PEG-b-PLys(Ad))两嵌段共聚物。其端基分别为乳糖和金刚烷(Ad)，乳糖可以有效地靶向肝癌细胞表面过表达的脱唾液酸糖蛋白受体，而金刚烷能够与连接了NO供体或Pt(II)的客体环糊精分子(CD-NO, CD-Pt)自组装形成肝癌细胞靶向的自组装纳米粒子(T-SPNAPt/NO)。
T-SPNAPt/NO中Pt与NO的摩尔比可以通过改变CD-Pt与CD-NO的投料比来简单地调配，相较于传统的联合给药体系而言，有更好的灵活性。并且，纳米粒子在通过细胞内吞进入肝癌细胞后，T-SPNAPt/NO能够在还原性微环境下释放出Pt(II)和NO，并通过前文介绍的机理进一步生成具有强氧化能力和硝化能力的ONOO-，能够有效抑制谷胱甘肽还原酶(GR)和谷胱甘肽(GSH)水平，从而减少解毒性Pt-GSH加合物，增加损害性Pt-DNA加合物的形成。如图2D所示，T-SPNAPt/NO组的Pt-DNA加合物含量分别比顺铂(CDDP)组和SPNAPt/NO组高1.56倍和1.3倍。
图2. A) T-SPNAPt/NO在皮下患者来源的肝癌异种移植模型中的体内抗肿瘤功效和作用机制。A)肿瘤生长曲线; B)小鼠体重变化; C) 肿瘤重量; D) 肿瘤中的Pt-DNA加合物含量(16天)。
为了进一步了解体内耐药逆转的机制，作者还研究了在不同治疗方法后，肿瘤组织中着色性干皮病A (XPA)的水平。XPA是一种非常关键的DNA修复蛋白，而实验发现ONOO-的释放能有效下调XPA的表达，以阻止受损的DNA进行修复。如图3D所示，小鼠用SPNAPt治疗后，与对照组相比，肿瘤组织中的XPA水平略有增加，这表明SPNAPt治疗会加剧耐药性。相反，用SPNAPt/NO(降低65.5％)和T-SPNAPt/NO(降低74.9％)处理后的小鼠体内，XPA表达大大降低。
图3. T-SPNAPt/NO对原位CDDP耐药肝癌模型的体内抗肿瘤功效和作用机制。A) 从小鼠肝脏分离的luc-LM3/ CDDP肿瘤的照片; B) 肿瘤的生物发光定量。C) Western印迹; D) 相对XPA表达; E) 肿瘤细胞内Pt-DNA加合物含量。
综上所述，作者开发了一种新型的超分子前药纳米组装体，用于共递送NO供体与诱导O2•−的化疗药物(基于Pt)，实现RNS增强的化学疗法。纳米自组装体在进入肝癌细胞后能同时释放出NO和O2•−，并进一步生成剧毒的ONOO-，降低了细胞内GSH的水平并促进Pt-DNA加合物的形成与XPA表达的下调，在原位CDDP耐药性肝癌模型和患者来源的肝癌异种移植模型上都表现出出色的化疗增强效果，显示出RNS介导的癌症治疗的巨大潜力。
作者: HYH 审校: ZHS
DOI: 10.1021/acsnano.1c00698
Link: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c00698