文章編號： 1008-9357（2023）01-0001-05 DOI： 10.14133/j.cnki.1008-9357.20221109001

關鍵詞： 功能高分子；腫瘤選擇性；生物礦化；腫瘤阻斷治療；腫瘤創(chuàng)新治療

中圖分類號： O633.2 文獻標志碼： A

納米藥物是一種可以顯著降低抗腫瘤藥物毒副作用的創(chuàng)新制劑，在臨床腫瘤治療中具有巨大潛力。然而，腫瘤組織中復雜的生理環(huán)境，包括紊亂的血管系統(tǒng)和淋巴管功能，致密的細胞外基質以及異常的間質液壓，會大大抑制納米藥物在腫瘤組織中的深度滲透，進而減弱其治療效果[1]。相比之下，腫瘤阻斷療法通過阻斷腫瘤血管系統(tǒng)或建立物理屏障來抑制其進展，從而規(guī)避了滲透性的限制，受到了研究人員的廣泛關注。腫瘤阻斷療法包括血管靶向阻斷、人工細胞外基質（AECM）構建、生物礦化層形成等[1]。相比于血管靶向阻斷療法無法徹底清除腫瘤組織邊緣區(qū)域的細胞而可能導致的腫瘤復發(fā)[2]，以及依賴外源性物質構建的AECM持續(xù)時間較短的問題[3]，在腫瘤組織周圍誘導形成生物礦化層可以同時抑制腫瘤中心區(qū)和邊緣區(qū)細胞的活性；此外由于礦化層原料來源于生物體自身的離子，可以保證這種物理屏障的持續(xù)性和生物相容性。值得注意的是，在經(jīng)過化療或放療之后的部分腫瘤組織中也出現(xiàn)了生物礦化，盡管其機制尚不清楚，但它們在一定程度上伴隨著腫瘤的良好預后[4]。因此，通過生物材料觸發(fā)腫瘤組織內生物礦化層的形成具有很好的臨床應用潛力。

基于此，浙江大學的唐?？到淌趫F隊[5] 于2016 年首先提出了腫瘤細胞靶向鈣化（CCTC）概念。他們利用腫瘤細胞表面高表達的葉酸受體與葉酸分子之間的相互作用在腫瘤細胞膜上引入羧基，進而吸附環(huán)境中的鈣離子（Ca²⁺），最終在腫瘤細胞表面形成鈣化層，有效抑制了腫瘤細胞的活性與腫瘤轉移。此后，考慮到葉酸分子的局部給藥方式以及額外補充Ca²⁺可能帶來的生物體安全隱患，他們于2020 年報道了一種基于多糖大分子的鈣化誘導藥物，即在聚唾液酸上修飾葉酸分子用于系統(tǒng)給藥時的腫瘤細胞靶向鈣化，首次在正常生理條件的血鈣和磷酸鹽濃度條件下實現(xiàn)了腫瘤鈣化[6]。鈣化包封大大抑制了糖酵解過程，影響了細胞的正常生長和代謝過程，最終導致腫瘤組織壞死，同時癌細胞的遷移能力和致瘤性也大幅降低。

考慮到磷酸、膦酸、羧酸、磺酸、羥基等基團都能在生物體中誘導羥基磷灰石的成核和生長，且在體內的Ca²⁺濃度（2.25～2.75 mmol/L）下，它們結合Ca²⁺的能力由強到弱順序為：PO₄^3? gt; CO₃^2? gt; SO₄^2? gt; OH?[7-10]。因此，我們團隊[11] 首次設計合成了一種帶有雙膦酸的生物活性高分子，即用1，2-二硬脂?；?sn-甘油-3-膦酸乙醇胺-N-聚乙二醇-琥珀酰亞胺酯（DSPE-PEG-NHS）與阿侖膦酸鈉（ALN）反應得到功能高分子DSPE-PEG-ALN（DPA）（圖1（a））。DPA 按照功能可以分為三個部分，即細胞膜插入部分、親水部分和離子吸附部分。當DPA 被注射到腫瘤組織周圍時，DSPE 端因與細胞膜磷脂雙分子層結構類似而可以插入到細胞膜上，另一端的雙膦酸可以高效吸附環(huán)境中的Ca²⁺，進而在腫瘤細胞膜表面形成礦物層。經(jīng)過DPA 或DPAC（DPA 與Ca²⁺的協(xié)同給藥組）處理后，細胞的模量顯著增加，細胞的活性、遷移、侵襲能力大幅下降?；?、代謝和脂質組學分析表明，生物礦化的形成影響了細胞的生長、存活以及營養(yǎng)供應過程中特定的代謝通路。為了驗證生物礦化阻斷腫瘤策略的有效性，我們先后構建了裸鼠的皮下和原位人源143B 骨肉瘤模型。對于皮下143B 骨肉瘤模型，經(jīng)過為期21 d 的7 次原位注射DPA 或DPAC，腫瘤的生長速度顯著低于對照組和氯化鈣組。微計算機斷層掃描（micro-CT）圖像顯示DPA 或DPAC 組的腫瘤組織邊緣處鈣含量明顯升高（圖1（b））。蘇木精?伊紅（Hamp;E）染色結果證實生物礦化層的形成會同時引起腫瘤組織邊緣和中心處的細胞發(fā)生大面積凋亡。在原位骨肉瘤模型中，DPA 和DPAC 組的腫瘤抑制率分別是56.5% 和73.2%（圖1（c，d））。相應地，在DPA 和DPAC 組，腫瘤組織中鈣含量均達到了對照組的約1.5 倍。值得注意的是，DPAC 顯著延長了原位骨肉瘤小鼠的40 d 生存率，由對照組的33.3% 延長至100.0%，這歸功于生物礦化策略對肺轉移的有效抑制（圖1（e））。另一方面，得益于雙膦酸對破骨細胞活性的抑制，DPA 在抑制原位腫瘤生長和肺轉移形成的同時也大大緩解了惡性骨肉瘤導致的骨溶解問題（圖1（f）），達到了“一石三鳥”的效果。

為了進一步提高在腫瘤部位引發(fā)生物礦化的選擇性，我們團隊[12] 又報道了一種酸響應性聚氨基酸基的生物礦化引發(fā)納米粒子（BINP）（圖2（a））。BINP 由十二胺-聚（（γ-十二烷基-L-谷氨酸）-co-（L-組氨酸））-block-聚（L-谷氨酸-graft-阿侖膦酸）在中性條件下組裝而成。在腫瘤組織的弱酸性微環(huán)境下，BINP 中組氨酸結構單元的咪唑環(huán)可被質子化而由疏水變?yōu)橛H水，納米粒子的組裝結構被破壞（圖2（b）），導致十二烷基暴露在膨脹的BINP 表面，增加其插入腫瘤細胞膜的幾率。隨后，突出的雙膦酸觸發(fā)持續(xù)的離子沉積反應，在腫瘤細胞表面形成生物礦化層，導致細胞膜模量增加、流動性降低，從而大大限制了腫瘤細胞的活性和侵襲能力。靜脈注射BINP 到荷骨肉瘤的小鼠體內后，由于納米粒子本身的增強滲透與滯留（EPR）效應以及雙膦酸的骨靶向性，BINP 能快速到達并且滯留在腫瘤部位以誘導離子沉積。與對照組相比，BINP 介導的阻斷療法對皮下和原位骨肉瘤的抑瘤率分別達到59.3% 和52.1%（圖2（c））。在裸鼠的143B 原位骨肉瘤模型中，為了提高治療效果，我們將BINP 與乏氧激活前藥替拉扎明（TPZ）協(xié)同使用，結果表明協(xié)同治療組的腫瘤抑制率可以達到71.0%。這是由于BINP 誘導的生物礦化層有效阻斷了腫瘤組織與周圍正常組織的物質交換，使腫瘤組織乏氧情況加劇，進而激活TPZ 殺傷腫瘤細胞（圖2（d，e））。與此同時，BINP 誘導的生物礦化層有效抑制了腫瘤肺轉移的發(fā)生、緩解了原發(fā)灶部位的骨破壞，而且沒有表現(xiàn)出系統(tǒng)毒性。因此，BINP 介導的選擇性生物礦化為骨肉瘤治療提供了一種有臨床應用前景的創(chuàng)新方案。

綜上所述，本研究團隊合成的同時含有長碳鏈和雙膦酸的功能高分子可以在腫瘤組織周圍誘導形成生物礦化層以實現(xiàn)高效腫瘤物理阻斷，從而干擾腫瘤組織與周圍組織的物質交換，顯著地抑制骨肉瘤進展以及緩解骨破壞，大幅提高了荷瘤小鼠的生存期，是一種具有臨床應用前景的安全、高效的骨肉瘤治療新策略。