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      多肽修飾靶向給藥系統(tǒng)在癌癥治療中的應(yīng)用

      2014-03-22 05:21:01趙辰陽
      關(guān)鍵詞:脂質(zhì)體多肽新生

      趙辰陽,范 青

      (大連醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院藥學(xué)部,遼寧大連 116027)

      多肽修飾靶向給藥系統(tǒng)在癌癥治療中的應(yīng)用

      趙辰陽,范 青

      (大連醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院藥學(xué)部,遼寧大連 116027)

      多肽作為一類重要生物活性物質(zhì),具有活性高、低免疫原性、毒性低、易于裝載等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于癌癥治療中。靶向給藥系統(tǒng)可將藥物選擇性濃集定位于靶器官,靶組織,靶細(xì)胞中,將小分子多肽修飾于靶向給藥系統(tǒng)表面,能在降低傳統(tǒng)化療藥物毒副作用的同時(shí)提高治療指數(shù)。本文介紹了包括表皮生長因子專一肽,腫瘤新生血管靶向肽以及細(xì)胞穿膜肽等修飾的靶向給藥系統(tǒng)在癌癥治療中的應(yīng)用,表明多肽修飾藥物給藥系統(tǒng)在癌癥治療中具有很好的臨床應(yīng)用前景。

      多肽;靶向;給藥系統(tǒng);表皮生長因子;腫瘤新生血管;細(xì)胞穿膜肽

      化療作為癌癥治療的主要手段之一,因缺乏藥理作用的專一性,對患者腫瘤組織及正常組織均造成嚴(yán)重的損傷。隨著對化療藥物的不斷改進(jìn),靶向給藥系統(tǒng)得到科學(xué)家們的關(guān)注。作為一種新型給藥途徑,靶向給藥在增大腫瘤組織中藥物濃度的同時(shí)降低藥物副作用,將藥物直接運(yùn)送至腫瘤部位,可以針對腫瘤發(fā)展、生長等不同環(huán)節(jié)特異性殺傷、抑制腫瘤細(xì)胞[1]。

      小分子多肽具有分子質(zhì)量小、活性高、低免疫原性、毒性低、易于裝載等特點(diǎn),近年來廣泛應(yīng)用于腫瘤靶向治療中[2-3]。利用腫瘤組織某些異常表達(dá)的蛋白,研究人員篩選出能特異性識別腫瘤組織的高活性小分子肽段,通過氨基酸側(cè)鏈的功能基團(tuán)連接于藥物載體,提高腫瘤藥物治療的療效[4-6]。國內(nèi)外關(guān)于小分子肽段修飾給藥系統(tǒng)做了大量報(bào)道,其中,表皮生長因子專一肽、腫瘤新生血管靶向肽、細(xì)胞穿膜肽等修飾的靶向給藥系統(tǒng)于癌癥治療研究較為深入,本文就國內(nèi)外應(yīng)用以上幾種多肽修飾的靶向制劑作一綜述。

      1 表皮生長因子專一肽

      表皮生長因子受體(EGFR)屬人表皮受體(HER)家族的成員,是表皮生長因子(EGF)參與細(xì)胞增殖和信號傳導(dǎo)的受體。EGFR廣譜分布于人腫瘤上皮細(xì)胞,且皆過表達(dá)。常見于非小細(xì)胞肺癌、乳腺癌、頭頸癌、胃癌、結(jié)腸癌等[7]。EGFR的高表達(dá)與腫瘤細(xì)胞增殖、血管生成、腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移及細(xì)胞凋亡的抑制有關(guān)。徐嘉雯[8]曾報(bào)道EGFR可以通過上調(diào)EMMPRIN、MMP2和MMP9的表達(dá),促進(jìn)人阿霉素耐藥乳腺癌細(xì)胞的增殖,因此以EGFR作為靶點(diǎn)的靶向藥物傳輸系統(tǒng)得到了廣泛關(guān)注。

      李宗海[9]利用噬菌體多肽展示文庫篩選出與表皮生長因子受體特異性結(jié)合的配體多肽GE11(HYWYGYTPQNVI)。碘標(biāo)記法測得GE11與EGFR結(jié)合的解離常數(shù)為(22.28±0.40)nmol/L,小鼠尾靜脈注射該碘標(biāo)多肽,測得4 h腫瘤組織內(nèi)放射活性達(dá)到峰值。說明GE11作為EGFR新的配體多肽有望應(yīng)用于EGFR受體介導(dǎo)的靶向性腫瘤治療中。Milane L等[10-11]在GE11羧基末端插入一段間隔序列并修飾半胱氨酸得到Y(jié)HWYGYTPQNVIGGGGC,溶劑置換法合成以PLGA,PCL作為載體,表面修飾PEG及該多肽序列的納米粒,包裹氯尼達(dá)明與紫杉醇,研究其在荷MDA-MB-231耐藥乳腺癌細(xì)胞小鼠體內(nèi)的藥物代謝分布。HPLC結(jié)果表明該靶向納米給藥系統(tǒng)能顯著增加藥物在腫瘤細(xì)胞代謝過程中的半衰期。活體成像結(jié)果顯示與對照組相比,實(shí)驗(yàn)組在荷瘤小鼠體內(nèi)具有優(yōu)良的藥物代謝分布,荷瘤小鼠給藥后藥物最初在肝聚集,接著在腎聚集,3 h左右藥物在腫瘤部位達(dá)到最大聚集,揭示該給藥系統(tǒng)具有良好的腫瘤靶向作用。有報(bào)道用小分子多肽D4修飾PEG制得的陽離子脂質(zhì)體/DNA,siRNA復(fù)合物,能顯著提高質(zhì)粒DNA、siRNA在EGFR高表達(dá)非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞中的轉(zhuǎn)染效率,可見表皮生長因子專一肽修飾的靶向給藥系統(tǒng)在基因治療中也有很大的發(fā)展前景[12]。

      2 腫瘤新生血管靶向肽

      腫瘤新生血管為腫瘤的生長提供氧氣和養(yǎng)料,運(yùn)走代謝產(chǎn)生的有害物質(zhì),是維持惡性腫瘤生長的必要條件。由于腫瘤新生血管是異常增生的血管,部分在已成熟血管不表達(dá)或者表達(dá)很低的蛋白,如αv型整聯(lián)蛋白和某些特定的血管生長因子受體在腫瘤新生血管內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá),成為腫瘤治療的新靶標(biāo)[13]。按照結(jié)合的物質(zhì)不同將這些靶向肽分為能與整合素結(jié)合的RGD序列(精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸)和識別膜結(jié)合金屬肽酶的NGR序列(天冬酰胺-甘氨酸-精氨酸),下面分別予以介紹。

      2.1 RGD整合素結(jié)合肽

      整合素是機(jī)體重要的粘附因子,是由α(120~185 kD)和β(90~110 kD)兩個(gè)亞單位形成的異二聚體,其中 αvβ3、αvβ5、α5β1 和 α2β1 能影響腫瘤新生血管的生成,RGD多肽可以與腫瘤脈管系統(tǒng)過表達(dá)的整合素 αvβ3、αvβ5 結(jié)合[14]。將 RGD 修飾于抗腫瘤藥物遞送系統(tǒng)表面,能增加藥物靶向特性,使治療更有效、精確和安全,近年來廣泛應(yīng)用于脂質(zhì)體、聚合物膠束、基因載體等納米給藥系統(tǒng)中。

      Zhao等[15]制得載有紫杉醇的空間穩(wěn)定脂質(zhì)體(RGD-SSL-PTX),研究其對SKOV-3細(xì)胞的毒性和攝取情況,以及該藥在荷瘤小鼠體內(nèi)的抗腫瘤活性。與非靶向組相比:靶向給藥組細(xì)胞毒作用降低3.5倍;細(xì)胞攝取實(shí)驗(yàn)中,靶向組熒光強(qiáng)度增加6.1倍,裸鼠實(shí)驗(yàn)也證實(shí)靶向組具有更明顯的抑制腫瘤效果。說明該給藥系統(tǒng)可提高對腫瘤靶向性,減少對正常組織的毒性,增強(qiáng)抗癌效果。朱役等[16]利用RGD-PEG-PEI納米材料構(gòu)建載有靶向VEGFmRNA的siRNA質(zhì)粒,檢測出構(gòu)建后的質(zhì)粒轉(zhuǎn)染大腸癌細(xì)胞SW620效率提高,說明RGD多肽可通過增大局部給藥濃度有效增強(qiáng)基因藥物的療效。

      2.2 NGR金屬肽酶結(jié)合肽

      NGR的靶向性受體主要為一種膜結(jié)合金屬肽酶CD13,CD13可以調(diào)節(jié)多種激素、細(xì)胞因子、蛋白質(zhì)降解、抗原提呈、細(xì)胞的增殖與遷移以及新生血管的形成[17]。研究表明,該酶在腫瘤新生血管中表達(dá)有所上調(diào),故利用NGR修飾給藥系統(tǒng)以提高腫瘤組織內(nèi)藥物濃度[18]。Zhao等[19]運(yùn)用薄膜水合法制得載紫杉醇的NGR-modified DSPE—PEG微粒,研究其對神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的作用。測得該微粒粒徑為54.2 nm,包封率(82.11 ±2.82)%,NGR 修飾后細(xì)胞毒性低于不修飾對照組以及紫杉醇藥物組,流式細(xì)胞儀測得修飾后細(xì)胞攝取率是未修飾組的2.2倍,動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明與對照組相比,實(shí)驗(yàn)組小鼠給藥后瘤體積最小,說明該微粒能顯著提高抗腫瘤作用。

      有學(xué)者發(fā)現(xiàn)NGR可以通過一種間接的方式與整聯(lián)蛋白作用即通過天冬酰胺脫酰胺后形成的isoDGR,與NGR一樣,isoDGR也可以作為一種新的腫瘤新生血管靶向肽應(yīng)用于給藥系統(tǒng)中[20]。

      2.3 其他新生血管靶向肽

      除了以上兩種研究最為廣泛的肽段,很多多肽序列也具有腫瘤血管靶向性。TCP-1(CTPSPFSHC)已被證實(shí)能有效識別結(jié)腸腫瘤新生血管,不僅用于抗腫瘤靶向還可用于選擇性抑制血管新生的治療中[21]。有研究用五肽 APRPG(Ala-Pro-Arg-Pro-Gly)制備APRPG-PEG脂質(zhì)體,包裹血管內(nèi)皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑SU1498,動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)修飾后的脂質(zhì)體存活率明顯高于未經(jīng)修飾的脂質(zhì)體[22]。

      3 細(xì)胞穿透肽

      細(xì)胞穿透肽(CPPs)或蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)結(jié)構(gòu)域(PTD)是一類具有較強(qiáng)穿膜活性的多肽,不僅自身能透過多種細(xì)胞膜,還可有效攜帶比其相對分子質(zhì)量大100倍的外源性疏水大分子(化療藥物及凋亡前體蛋白等)進(jìn)入活細(xì)胞。根據(jù)CPPS透膜作用,可以有效提高藥物在特殊結(jié)構(gòu)例如血腦屏障的滲透性,從某種意義上達(dá)到靶向治療的效果。

      CPPs進(jìn)入細(xì)胞的方式主要?dú)w納為兩種:依賴能量的細(xì)胞內(nèi)吞作用和非能量依賴型穿透膜雙分子層的直接攝取方式[23]。目前應(yīng)用CPP修飾靶向給藥系統(tǒng)有兩種途徑,一種為直接修飾于給藥載體表面以提高給藥效率,另一種為在CPP氨基酸側(cè)鏈通過形成共價(jià)鍵的方式連接具有治療作用的功能性肽段,再將合成后的新肽段修飾于給藥載體表面應(yīng)用于腫瘤治療中。

      3.1 天然肽段修飾給藥系統(tǒng)

      人類免疫缺陷病毒1型(HIV-1)編碼的反式轉(zhuǎn)錄激活因子TAT蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)肽是一種典型的細(xì)胞膜穿透肽。陳衛(wèi)等[24]選用TAT肽制成pH敏感載阿霉素的聚合物膠束。該膠束在pH 7.4時(shí)屏蔽TAT肽,避免其無選擇性透膜進(jìn)入細(xì)胞,pH6.8時(shí)暴露TAT肽,發(fā)揮穿透細(xì)胞膜的能力,介導(dǎo)載藥膠束實(shí)現(xiàn)特異性殺傷腫瘤細(xì)胞的作用。由于TAT具有良好的穿透血腦屏障的能力,田新華等[25]用TAT、PEG修飾制得明膠-硅氧烷納米粒,活體成像結(jié)果顯示經(jīng)TAT修飾后腦部熒光顯著增強(qiáng),顯示此手段在腦靶向納米給藥系統(tǒng)中具有很大的潛力。此外,利用TAT的核定位特征可以將藥物定位在細(xì)胞器中,如將TAT修飾在金納米粒表面可以使納米粒轉(zhuǎn)入細(xì)胞核內(nèi),提高藥物的靶向性。

      3.2 人工合成肽段修飾給藥系統(tǒng)

      隨著對天然肽段研究的深入,人們開始根據(jù)需要在原有肽段的基礎(chǔ)上通過共價(jià)鍵等形式引入治療因子,既能根據(jù)特異肽段行使生物學(xué)功能又能應(yīng)用CPP將外源物質(zhì)引入細(xì)胞,雙管齊下使藥物療效增倍。

      有文獻(xiàn)報(bào)道將改良的CPP與NGR制得二元配基結(jié)合的PEG長循環(huán)脂質(zhì)體。體外實(shí)驗(yàn)表明:與CPP與NGR單獨(dú)修飾的脂質(zhì)體相比,二元修飾脂質(zhì)體被CD13高表達(dá)的腫瘤細(xì)胞攝取能力顯著增強(qiáng),提示此系統(tǒng)在體內(nèi)也有很好的靶向潛力,可以針對某些細(xì)胞穿透肽特異性不強(qiáng)的缺點(diǎn),增加在腫瘤部位的藥物濃度[26]。隨著人們對合成肽注意力的提高,現(xiàn)已開發(fā)出專門的計(jì)算機(jī)預(yù)測軟件,預(yù)測未知肽是否具有很好的穿膜性[27],為合成更多的CPP提供了技術(shù)保障。

      4 其他靶向肽

      SP94(SFSIIHTPILPL)是利用噬菌體展示技術(shù)分離出的一種能特異性識別肝癌細(xì)胞的多肽序列,Lo A等[28]將SP94結(jié)合于包載阿霉素脂質(zhì)體中,發(fā)現(xiàn)該給藥系統(tǒng)顯著增強(qiáng)抗肝癌效果,其機(jī)制是通過增加肝癌細(xì)胞凋亡和抑制腫瘤新生血管形成。

      奧曲肽(OTC)是一種模擬內(nèi)源生長抑素的八肽,能良好地與生長抑素受體特別是亞型受體(SSTR2)結(jié)合,SSTR2受體常高表達(dá)于腫瘤細(xì)胞,故OTC成為了一個(gè)新的靶向修飾配體。將OTC與DSPE-PEG2000相連制備載有阿霉素的靶向制劑,在SSTR2陽性表達(dá)的細(xì)胞以及荷瘤動(dòng)物模型中驗(yàn)證結(jié)果皆表明修飾后的脂質(zhì)體有效提高阿霉素對細(xì)胞的殺傷作用,提高抗腫瘤療效[29]。

      5 多種靶點(diǎn)聯(lián)合應(yīng)用

      應(yīng)用兩種不同的肽段連接在一起常能取得意想不到的作用。例如:多聚精氨酸具有很好的細(xì)胞穿膜特性,將識別特定組織的肽段與多聚精氨酸連接得到的嵌合肽既能定向濃集又能穿透腫瘤細(xì)胞。也有研究將兩種識別不同靶點(diǎn)的多肽序列同時(shí)修飾于給藥系統(tǒng)表面,結(jié)果顯示出很好的協(xié)同作用。Nie等[30]將轉(zhuǎn)鐵蛋白受體(TFR)靶向多肽B6與整合素受體靶向多肽RGD共同修飾于聚乙烯亞胺(PEI)上,表明兩種配體具有明顯的協(xié)同作用,與各自靶向性受體的結(jié)合特異性均良好,這為進(jìn)一步開發(fā)靶向性給藥體系提供了一個(gè)新思路。

      6 展望

      由于現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展,發(fā)現(xiàn)新化合物以及高效治療分子的速度不斷加快,傳統(tǒng)抗癌方法勢必被新的生物學(xué)治療方法所取代。隨著各種功能性多肽進(jìn)入研究領(lǐng)域,其在癌癥靶向給藥系統(tǒng)中地位不可忽視,利用多肽修飾后的給藥系統(tǒng)已成功攜帶各種抗癌藥物進(jìn)入細(xì)胞。但多肽結(jié)構(gòu)中一些活性基團(tuán)常在引入載體的過程中發(fā)生副反應(yīng),造成活性喪失。如何對這些有效基團(tuán)進(jìn)行必要的保護(hù),如何進(jìn)一步加大多肽修飾給藥系統(tǒng)局部靶組織釋藥濃度,進(jìn)一步精確給藥部位等問題都需要深入解決。同時(shí),國內(nèi)外此類研究還僅停留在體外細(xì)胞以及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,尚未進(jìn)入臨床實(shí)驗(yàn)階段,制備性質(zhì)穩(wěn)定、釋藥精確的多肽載體,將縮短此類給藥系統(tǒng)進(jìn)入臨床的距離。

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      Application of peptides modified targeting drug delivery systems in cancer therapy

      ZHAO Chen-yang,F(xiàn)AN Qing
      (Department of Pharmaceutics,the Second Affiliated Hospital of Dalian Medical University,Dalian116027,China)

      [Abstract]As an important class of biologically active substances,peptides have high activity,low immunogenicity,low toxicity,easy to mount,now widely used in the cancer therapy.Targeting drug delivery systems can be selectively concentrated and positioned in the target organs,the target tissues and the target cells.Use small peptides modified on the surface of targeting drug delivery systems,can reduce the toxic effects of traditional chemotherapy while enhancing the therapeutic index.Within this review,an overview on the applications of these peptides in targeting drug delivery systems is provided.Such as the specific peptides for epidermal growth factor,tumor angiogenesis targeting peptides and cell penetrating peptides.It showed that peptides modified targeting drug delivery systems have a good clinical application prospect in cancer therapy.

      [Key words]peptides;targeting;drug delivery system;epidermal growth factor;tumor angiogenesis;cell-penetrating peptides

      R944.9

      A

      1671-7295(2014)01-0088-04

      趙辰陽,范青.多肽修飾靶向給藥系統(tǒng)在癌癥治療中的應(yīng)用[J].大連醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào),2014,36(1):88-91.

      10.11724/jdmu.2014.01.22

      大連市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2012E15SF155)

      趙辰陽(1988-),女,遼寧大連人,碩士研究生。E-mail:amychina0411@sina.com

      范 青,教授。E-mail:fq731@sina.com

      2013-06-03;

      2013-11-20)

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