“一靶多效”的肿瘤细胞线粒体内膜靶向的HPMA聚合物交联胶束的构建与机制研究

Tumor oncogenesis, progression and metastasis are associated with alteration of mitochondrial genes, structure and function. Most mitochondrial functional related enzymes located on the mitochondrial inner membrane. Therefore, it is an effective strategy to improve the antitumor effect through mitochondrial targeting, especially inner mitochondrial membrane targeting. In this work, multifunctional peptide modified tumor microenvironment responsive crosslinked micelles are developed based on HPMA copolymers, which could penetrate cell membrane and outer mitochondrial membrane directly, and finally the mitochondrial inner membrane location is realized. Its desired effect may be included: (1) Maintaining its stability in the blood circulation， and accumulated in tumor tissue by its extending circulation time, (2) the crosslinked micelles degraded into linear polymers due to their responsitivity to tumor microenvironment, the linear polymers permeate into interior tumor tissue, (3) the multifunctional peptides mediated copolymers penetrate the cell membrane, (4) in the cytoplasm，disulfide bond which connect polymer and drugs degraded, releasing peptide drug conjugates, (5) the conjugates penetrate the outer mitochondrial membrane, and finally locating on the inner mitochondrial membrane to increasing therapeutic effect of drugs. The in vitro properties of the system, endocytosis mechanism, mitochondrial localization are investigated, in vivo distribution, efficacy and safety as well. It will provide a new strategy for inner mitochondrial membrane targeting drug delivery system.

肿瘤的形成发展及转移与线粒体的基因、结构及功能改变相关。线粒体功能相关的酶类大部分位于线粒体内膜上，因此，研究线粒体靶向、尤其是线粒体内膜靶向的递药系统是提高抗肿瘤疗效的有效策略。本课题拟基于HPMA聚合物，通过引入穿膜性能好、且与线粒体内膜心磷脂特异性结合的SS-31多肽，构建一种“一靶多效”的可克服细胞膜、线粒体外膜，最后实现线粒体内膜定位的肿瘤微环境响应交联胶束，以期该交联胶束实现（1）在血液循环中保持稳定，（2）通过“EPR”效应蓄积于肿瘤组织，（3）肿瘤微环境下特异性解体为线性聚合物，更好地穿透至肿瘤组织内部，（4）SS-31多肽载带聚合物穿过细胞膜，（5）多肽药物结合物在细胞质中从HPMA聚合物特异性释放，穿过线粒体外膜，定位于线粒体内膜上发挥药效。通过对该系统进行性质考察，深入研究线粒体内膜靶向效果与机制，考察体内分布和药效及安全性，为线粒体内膜靶向药物传递系统提供新方法。

恶性肿瘤已成为导致人类死亡的主要病因，且发病率逐年上升。目前已有较多的肿瘤组织或肿瘤细胞靶向药物传递系统的研究，然而，大多数抗肿瘤药物发挥作用的靶点为细胞内的核酸、酶等功能性生物分子。将药物递送至如细胞核、线粒体等特定细胞器的载药系统成为当前研究的新重点。. 近年研究发现，肿瘤的形成发展及转移与线粒体的基因、结构及功能改变相关。线粒体靶向逐渐成为肿瘤治疗的重要策略。本项目拟基于水溶性N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺(HPMA)聚合物，构建可靶向肿瘤细胞、肿瘤细胞线粒体的“一靶多效”递药系统，深入研究线粒体靶向效果，考察体内药效及安全性，为线粒体靶向药物传递系统提供新方法。. 本项目首先构建了线粒体靶向SS肽及穿膜肽dNP2双修饰的HPMA聚合物α-生育酚琥珀酸酯（α-TOS）接合物P-TOS-SS20-dNP2，通过两种多肽的联合，以实现最有效的线粒体靶向递送。以HeLa细胞为模型，对无修饰聚合物、单肽修饰聚合物或双肽修饰聚合物的肿瘤细胞摄取、线粒体靶向、线粒体膜电位、线粒体通透性转换孔、活性氧产生及抗肿瘤活性进行了考察。结果表明，双肽修饰的HPMA聚合物P-TOS-SS20-dNP2在增加肿瘤细胞摄取的基础上，还进一步提高了在线粒体中的分布，有效抑制了肿瘤细胞线粒体的相关功能，并有效抑制了肿瘤细胞的增殖。. 在此基础上，针对肿瘤细胞多药耐药的问题，我们以明胶纳米粒为载体，表面修饰HPMA聚合物-阿霉素-甘草次酸（GA）接合物，进一步构建了甘草次酸修饰的HPMA聚合物明胶纳米复合物。该纳米复合物在甘草次酸的介导下靶向于肝肿瘤细胞，在肿瘤细胞内，阿霉素（Dox）在甘草次酸介导下靶向线粒体。以人肝癌耐药细胞HepG2/ADR为模型，对纳米复合物的肿瘤细胞摄取、线粒体靶向、活性氧产生、抗药物外排以及抗肿瘤活性进行了考察。结果显示，甘草次酸修饰的纳米复合物具有肝肿瘤细胞及线粒体的双重靶向作用，有效抑制了耐药肿瘤的生长。. 综上，本项目成功构建了“一靶多效”线粒体靶向的递药系统，为线粒体靶向药物传递系统提供了新方法。