脂肪干细胞介导的“CES/CPT-11体系”靶向治疗脑胶质瘤及其PK/PD研究

The treatment of brain gliomas with high incidence rate remains a challenge in medical fields. Irinotecan (CPT-11), an ester prodrug, is an agent possessing high activity against brain gliomas and presenting great promise in clinic. However, owing to the lack of expression of carboxylesterase (CES) in the human blood, the concentration of SN-38, the active metabolite of CPT-11, is severely insufficient in brain, which impedes its application for brain gliomas. Stem cells have emerged as attractive cellular vehicles for "enzyme/prodrug system" therapy against tumor. Adipose-derived stem cells (ASCs) expressing prodrug-converting enzyme have attracted broad interest due to their many advantages such as ethics and immunologically privileged nature, etc. Compared with other "enzyme/prodrug system", CES/CPT-11 system appears to have stronger bystander effect on brain gliomas. Hence, we intend to develop a new human ASCs line with high and stable expression of CES isoforms hCESm6 by lentivirus. The anti-tumor activity, molecular mechanism and therapeutic safety of targeted therapy for brain gliomas by CPT-11 and new ASCs will be evaluated in vivo and in vitro study. Meanwhile, pharmacokinetic/pharmacodynamic (PK/PD)-model in brain basing on the targeted therapy pattern will be investigated to provide a rational basis for convert research outcome to clinical application.

脑胶质瘤发病率高，其治疗至今仍是医学上的难题。酯类前药伊立替康（CPT-11）是治疗脑胶质瘤领域极具潜力的药物。但人体血液不表达羧酸酯酶（CES），致使CPT-11的活性代谢产物SN-38的颅内有效浓度不足，因此脑胶质瘤患者使用CPT-11的应答率较低。干细胞介导的"酶/前药治疗体系"在肿瘤治疗领域属于热点。脂肪干细胞（ASCs）作为载体进行脑胶质瘤的靶向治疗具有伦理学和"免疫逃避"等多方面的优势。与其它"酶/前药治疗体系"相比，"CES/CPT-11"由于"旁观者效应"强等特点而更加适用于脑胶质瘤的治疗。因此，本研究拟采用慢病毒构建稳定表达高活性CES亚型hCESm6的人体ASCs细胞系，通过体内和体外联合CPT-11研究其靶向治疗脑胶质瘤的效果及分子机制，结合靶向治疗体系优化以增加药物疗效，降低不良反应；同时开展该种治疗模式下颅内药物的PK/PD模式研究，为研究成果走向临床提供依据。

酯类前药伊立替康（CPT-11）体外治疗脑胶质瘤效果甚好，然而在颅内由于其代谢酶羧酸酯酶（CES）表达很低，致使CPT-11 的活性代谢产物SN-38 的颅内有效浓度不足，因此脑胶质瘤患者使用CPT-11 的应答率较低。本研究采用干细胞介导的“酶/前药治疗体系”这一策略进行了靶向治疗研究。我们构建了高活性CES亚型hCESm6的慢病毒载体，并成功转染至脂肪干细胞（ASCs）中，经过分选阳性克隆、连续的传代培养，建立了细胞生物学稳定的新型hCESm6-ASCs细胞系。同时我们利用液质联用技术进行了“CES/CPT-11”的酶前药代谢评价，建立了CPT-11和SN-38在生物样本中的测定技术，并完成了hCESm6-ASCs细胞系的体外“肿瘤追踪能力”、杀伤肿瘤细胞能力、 “旁观者效应”等研究，上述体外研究证实了新型细胞系具有本项目研究所需要的分泌高活性CES的能力。此外，本研究建立了脑胶质瘤动物模型，采用hCESm6-ASCs细胞注射联合CPT-11给药进行体内胶质瘤的药效学评价，经过优化筛选，确定的最终治疗方案为hCESm6-ASCs一次性注射后连续注射15mg/kg/day 的CPT-11，共10天为一个疗程，持续2个疗程，评价靶向治疗。结果发现靶向治疗组的生存率较模型对照组明显提高，相同时间点的肿瘤体积明显减小。免疫荧光染色也观察到明确的hCESm6-ASCs“归巢”现象。靶向治疗对中枢神经细胞的安全性初步体内评价显示该治疗方式的安全性相对较好。此外，CPT-11和SN-38在血液和颅内的药动学参数也符合靶向治疗的需求。本研究为干细胞介导的CPT-11靶向治疗脑胶质瘤提供了实验依据。