​Adv Healthc Mater︱赵峡团队针对癌症干细胞的耐药性提出增强PDT和抑制癌症复发转移的新策略

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撰文︱王腾

审阅︱赵峡

责编︱王思珍

光动力疗法（PDT）由于具有“照哪打哪”的时空选择性、微创性和副作用低等优势，近年来受到了人们的广泛关注。然而，PDT的临床疗效却受到深藏在肿瘤组织内的癌症干细胞（CSC）的限制。CSC可谓是集各派武功于一身，不仅可以不断自我更新增殖或变身成普通的癌细胞抵抗药物的攻击，而且在自身DNA损伤后还自带修复神功快速恢复正常功能，使得肿瘤的治疗就像离离原上草一样“野火烧不尽，春风吹又生”，并容易导致肿瘤的复发和转移。

近期，中国海洋大学赵峡教授团队针对CSC强大的DNA损伤修复功能和难以杀灭的特点，设计了一种将可“废除CSC修复DNA神功”的奥拉帕尼（OLA）、可在红外光照下产生活性氧（ROS）的二氢卟吩e6（Ce6）和可定位CSC表面CD44受体的透明质酸（HA）“三剑客”于一身的纳米靶向胶束，明显逆转了CSCs的耐药性和提高了PDT的抗肿瘤疗效，并可有效抑制肿瘤的复发和转移。相关成果以“Reversing Resistance of Cancer Stem Cells and Enhancing Pdt Based on Hyaluronic Acid Nanomicelles for Preventing Cancer Recurrence and Metastasis”为题，2023年11月8日在线发表于《Advanced Healthcare Materials》（IF=10.0）。中国海洋大学医药学院2021级博士研究生王腾为该论文的第一作者，赵峡教授为通讯作者。

该研究将亲水性HA通过胱胺（Cys）与疏水性Ce6连接，获得两亲性胶束（HA‐Cys‐Ce6，HCC）用来包裹DNA损伤修复抑制剂OLA。HA可与CSCs表面过表达的CD44受体特异性结合，将负载OLA的胶束（HCCO）靶向递送至肿瘤内的CSCs。Ce6可以通过产生ROS来实现肿瘤的PDT治疗，并诱导肿瘤免疫原性细胞死亡（ICD）和激活抗肿瘤免疫。将Ce6介导的PDT和OLA介导的DNA损伤修复抑制相结合，可协调增强ICD效应并抑制髓源抑制细胞（MDSC）的浸润，从而有效逆转CSC的治疗耐药性，并提高PDT的抗肿瘤疗效（图1）。

图1HCCO逆转癌症干细胞耐药性和增强PDT的示意图。A）HCCO的制备。B）HCCO逆转CSC免疫抑制微环境并诱导不可逆的DNA损伤以抑制乳腺癌症复发和转移。

为了评估HCC胶束的肿瘤靶向能力，将香豆素-6（Cou）作为荧光示踪信号加载到HCC胶束中（HCC@Cou）。结果表明，HCC@Cou处理的4T1细胞显示出更高的细胞摄取（图2A-C），表明HCC具有明显的癌症细胞靶向能力。在4T1-CSC中HCC@Cou的荧光信号同样高于游离的Cou胶束（图2E），表明HCC胶束有效增强了CSCs的摄取。HCCO在体内肿瘤切片中表现出强烈的红色荧光（Ce6）（图2F），表明其具有良好的靶向性和渗透性。此外，HCCO显示出清晰的红色荧光并与CSC的标志物ALDH1高度共定位（合并的黄色荧光）（图2F），表明HCCO具有强大的CSC体内靶向潜力。

图2 HCCO在体外和体内对CSCs的靶向能力。A）Cou和HCC@Cou的体外4T1细胞摄取（比例尺：50 µm）。B）Cou和HCC@Cou的4T1细胞摄取流式。C）流式细胞术的定量分析。D）HCCO的CSC靶向能力示意图。E）Cou和HCC@Cou的体外4T1‐CSC摄取（比例尺：100 µm）。F）肿瘤组织中ALDH1和Ce6的免疫荧光图像（比例尺：20 µm）。所有数据均显示为平均值±标准差（n=3）*P<0.05、**P<0.01。

该团队建立了4T1-CSCs荷瘤模型来评估HCCO的体内抗肿瘤作用，治疗方案如图3A所示。HCCO加光照组（HCCO+L）显示出更强的细胞凋亡（图3B），这表明PDT和OLA联合增强了DNA的损伤。在治疗期间小鼠体重无明显变化（图3C），表明HCCO具有良好的安全性。

图3：对4T1‐CSC乳腺癌的体内抗肿瘤活性。A）CSC消除策略和肿瘤治疗后图像。B）治疗后19天肿瘤切片的TUNEL染色图像。凋亡细胞用绿色标记（比例尺：500 µm）。C）19天内用不同制剂治疗的小鼠的体重变化。D）治疗后的最终平均肿瘤重量。E）用不同制剂治疗的小鼠的肿瘤变化趋势。F–J）不同组的个体肿瘤生长曲线。所有数据均显示为平均值±标准差（n = 5）*P<0.05、**P<0.01。

手术切除是癌症治疗的常用方法，但由于肿瘤组织中存在肿瘤干细胞，往往无法抑制肿瘤复发，甚至诱导肿瘤转移。为了评估HCCO+L的抗复发效果，该课题建立了CSC肿瘤术后切除模型（图4A）。结果表明，HCCO+L治疗的肿瘤明显小于对照组，且明显抑制了肺转移结节（图4B-F），表明HCCO+L具有良好的抗肿瘤复发作用。

为进一步评价肺转移抑制效果，该团队在更具侵袭性的肺转移模型中评估了其抗肿瘤转移作用（图4G）。与其他组相比，HCCO+L组肺表面的转移灶显著减少（图4H-J），表明HCCO+L显著抑制了癌症的肺转移。

图4 体内抗肿瘤复发和肺转移。A）复发小鼠模型的治疗方案图解。B）治疗后的肿瘤图像。C）肺转移结节的照片（比例尺：0.5厘米）。转移结节用红圈标记。D）肿瘤体积生长曲线。E）最终平均肿瘤重量。F）每组肺转移结节的数量。G）肺转移模型的治疗方案示意图。H）治疗后肺部照片。I）肺组织的H&E图像。黑色箭头表示转移性结节。J）I中黑色方块的放大肺部图像，蓝色圆圈表示转移性结节。所有数据均显示为平均值±标准差（n = 5） *P<0.05，**P<0.01，***P<0.001。

文章结论与讨论，启发与展望

该团队一方面，通过PDT和OLA的组合实现了不可逆的DNA损伤，克服了CSCs因强大的DNA损伤修复对治疗的耐药性，明显增强了PDT的抗肿瘤疗效；另一方面通过诱导增强的ICD效应和抑制MDSC浸润来逆转CSC抗性，有效抑制了癌症的复发和转移。该团队的研究为增强PDT的疗效和抗肿瘤转移和复发提供了新的策略。
尽管该研究中CSCs的治疗耐药性得到了显著逆转，但由于CSCs的多向分化特性，很难完全消除CSCs。在随后的研究中，可进一步将HCCO与分化剂（如全反式维甲酸）结合，将CSC诱导分化为正常肿瘤细胞后，再通过PDT和DNA损伤修复抑制相结合，可以更为彻底地消除CSC的耐药性和发挥抗肿瘤疗效。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adhm.202302597

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本文完