基于同一生物正交反应的预定位核素免疫治疗和点击释放化疗协同抗肿瘤的实验研究

For conventional radioimmunotherapy, radioimmunoconjugates labeled with long-lived radionuclides can circulate in the blood for days or weeks, which leads to high radiation dose to healthy tissues. Traditional chemotherapy has obvious nontarget side effects. The pretargeting method based on tetrazine biorthogonal reaction lies in separate administration of the nonradioactive targeting vector modified by transcyclooctene (TCO) with high molecular weight and radiolabeled tetrazine with low molecular weight, and these two components show different metabolic characteristics in vivo. In this manner, pretargeting strategies decrease the circulation time of radionuclides and radiation dose to nontarget tissues. Through a different reaction mechanism, the click to release strategy based on tetrazine biorthogonal reaction allows for specific combination of prodrugs modified by TCO and tetrazine at the tumor site, and further release of active drugs that produce regional anti-tumor activity，thus overcoming the issue of severe side effects in traditional chemotherapy. In this project, we will design and synthesize new bifunctional TCOs to achieve simultaneous activation of pretargeting radioimmunotherapy and click to release chemotherapy in the same tetrazine biorthogonal reaction. This new combination therapy synergistically enhances the anti-tumor effect, and also reduces the side effects of each therapy, which provides new thoughts and experimental evidences for combination treatment of cancer.

经典的放射免疫治疗中，长半衰期放射性核素标记抗体在体内长时间循环分布过程给正常组织带来较多的辐射剂量；传统的化疗产生明显的非靶向毒副作用。基于四嗪生物正交反应的预定位技术分次注射无放射性、反式环辛烯修饰的大分子靶向载体和能与之特异性反应的核素标记的小分子四嗪探针，利用二者体内代谢特征不同，从而减少核素探针的体内循环时间，降低对非靶组织的辐射损伤。另一方面，通过不同反应机理，基于四嗪生物正交反应的点击释放技术，使反式环辛烯修饰的前药与四嗪在肿瘤部位特异性结合，进而释放出有活性的原药，在肿瘤局部发挥抗肿瘤效果，克服了传统化疗毒副作用大的难题。本项目将设计合成双功能反式环辛烯，通过同一四嗪生物正交反应将预定位核素免疫治疗与点击释放化疗有机结合起来，实现两种疗法时间和空间的统一。这一新型联合方案协同增强抗肿瘤效果的同时，又降低了各自疗法的毒副作用，为多方案联合抗肿瘤理论提供新的思路和实验依据。

四嗪生物正交释放反应通过化学方式实现了分子探针、药物分子、活性酶类和生物大分子的快速高效的激活或释放，广泛应用于生物传感、分子成像、药物递送、核酸和蛋白活性调控等领域。在本项目资助下，我们首先开发了两类新型的生物正交释放反应：（1）异腈与四嗪的释放体系，其中异腈作为“trigger”，亚甲基四嗪作为“masking group”；（2）反式环辛烯和四嗪，其中反式环辛烯作为“trigger”，四嗪作为“masking group”。在第一类反应中，二者发生[4+1]环加成反应后进行水解、1, 4消除，进而释放出胺类、酚类和羧酸类基团。该反应与生理条件兼容，在生理条件下环加成反应速率较快（最高达1.57 M-1s-1），释放效率较高（最高达100%）。在第二类反应中，二者发生[4+2]环加成反应后进行1, 4消除，可以释放出酚类和羧酸类基团。该类反应的环加成反应速率更加快速（最高达105.5 M-1s-1），也可以实现近乎定量的释放。已开发的新型反应已成功用于前药激活释放、荧光探针开启、固相合成中的“温和、选择性切割”和光敏剂的调控等。随后，我们尝试将生物正交体系用于活体肿瘤治疗。我们制备了多功能的放射性栓塞微球，并首次将生物正交反应整合到栓塞介入治疗体系中，实现了栓塞微球的内放射治疗和点击释放化疗的协同治疗。目前，体外实验内容已初步完成，已有的实验结果证明了生物正交反应的有效性和协同治疗的卓越治疗效果；而体内实验正在进行中。本项目不仅开发了新型的生物正交释放反应工具，还探索性地将该类反应初步应用于活体抗肿瘤治疗，为生物正交反应的转化应用提供了实验依据。