肿瘤细胞高尔基体靶向递药系统的构建及其抑制肿瘤转移的探索研究

Malignant tumor metastasis-related incidence and mortality remain exceedingly high clinically, which seriously threatens human life and health. Studies showed that metastasis-related regulatory proteins are modified and packaged through Golgi apparatus. The function of protein modification and packing are closely related to the Golgi structure. Thus, disrupting the structure of Golgi apparatus by Golgi disrupting agents is likely to interrupt the modification and trafficking of tumor metastasis-related proteins, which may further interfere or inhibit tumor metastasis. However, the Golgi disrupting agents show no organelle selectivity which may lead to off-target adverse effects. Here, we proposed a Golgi apparatus-targeted delivery system based on the high affinity between chondroitin sulfate and Golgi apparatus, which may accomplish anti-metastasis by interfering the modification or trafficking of metastasis-related proteins in the Golgi apparatus. The study will systemically investigate the construction and characterization of the delivery system, the Golgi targeting efficiency and mechanism, the biological impact of Golgi-targeted delivery, the intracellular pharmacokinetics, in vivo therapeutic efficacy and the safety evaluation. Overall, the study aims to develop a delivery system to specifically deliver therapeutics to Golgi apparatus in tumor cells to achieve precision therapy with improved therapeutic efficacy and reduced systemic toxicity in the treatment of metastatic cancer.

恶性肿瘤转移临床发病率高、死亡率高，严重威胁人类的生命健康。研究发现，肿瘤转移过程中的多种调控蛋白均在高尔基体进行修饰和转运。高尔基体的修饰转运功能与其构型有着紧密的关系。利用高尔基体干扰剂破坏高尔基体结构、阻断肿瘤转移调控蛋白的修饰和转运，可能干扰肿瘤转移的一个或多个步骤，从而抑制转移。然而，高尔基体干扰剂选择性低，容易产生毒副作用，限制了其在抗癌研究方面的应用。本课题利用硫酸软骨素对高尔基体高亲和力的特点，设计了一种靶向肿瘤细胞高尔基体的递药系统，干扰高尔基体对肿瘤转移相关蛋白的修饰和转运，从而抑制肿瘤转移。本课题将系统研究该递药系统的构建和表征、高尔基体靶向性和靶向机理、制剂的高尔基体生物学效应及其胞内药代动力学特点、对模型动物的抗转移疗效及初步安全性进行评价，期望实现肿瘤细胞高尔基体的精准靶向递药用于转移癌治疗，以提高药物疗效及降低毒副作用。

高尔基体作为蛋白质加工及运输的重要场所，参与了包括肿瘤转移、肿瘤耐药、肿瘤免疫抑制等调控蛋白的修饰及转运过程，以高尔基体作为靶点的肿瘤治疗具有广泛的应用前景。为探索高尔基体靶向在肿瘤治疗方面的应用，我们开发了高尔基体靶向的前药纳米粒（CS-RA），在该系统中包载化疗药物紫杉醇（paclitaxel，PTX）构建了载药纳米粒（PTX-CS-RA）。体外实验表明CS-RA 和CS-Chol 稳定性和血液安全较好。在模拟高尔基体弱酸性的环境中，CS-RA 纳米粒中的酯键易断裂，从而加速RA 的释放。前药纳米粒中的RA 发挥高尔基破坏功能。体外实验证明，CS-RA 能够选择性靶向高尔基体，并在其中长时间蓄积，发挥对肿瘤细胞高尔基体结构以及功能的破坏作用。该靶向的机理归因于纳米粒与高尔基体GalNAc-T1 蛋白的特异性结合。体外实验表明我们成功制备了一种具有高尔基体破坏作用的前药纳米粒。体内外实验结果均证明PTX-CS-RA 可有效抑制4T1 肿瘤细胞的转移。这种抗转移作用主要归功于以下几点：首先，纳米粒具有带负电的CS 载体亲水外壳，粒径在150 ~ 200 nm 之间。亲水性外壳可以延长制剂的血液循环时间，避免纳米粒被RES 系统迅速清除；另外，适宜的粒径还可以使粒子被动靶向肿瘤组织。CS 外壳可以同肿瘤细胞表面的CD44 受体特异性结合，实现受配体介导的细胞内吞作用。其次，CS-RA 靶向高尔基体，破坏其结构，下调了包括MMP9、VEGF、TGF-β 在内的多种转移相关蛋白的表达，抑制了多条转移通路，与单一通路抑制剂相比，增加了有效抗转移的可能性。最后，PTX 化疗药物的加入，发挥了肿瘤细胞杀伤作用，从源头抑制了肿瘤细胞的转移，增强了抗转移药效。本研究将高尔基体递药系统与化疗有机结合，为高尔基体递药系统在抗转移的联合疗法上提出了可供参考的新方案。