化疗药/抗癌蛋白共递送载体的制备及其在肿瘤协同治疗中的应用

Polymeric nanocarriers provide a promising strategy to efficiently deliver antitumor drugs for cancer therapy. However, co-encapsulation of hydrophobic chemotherapeutics and hydrophilic proteins has proven difficult due to their distinct physicochemical properties. Moreover, the polymeric nanocarriers are required to timely release the small drugs and therapeutic proteins after cellular internalization and mediate effective endolysosomal escape of the protein cargoes to fulfill their biological functions. To address these issues, a series of triblock copolymers comprising mPEG, catechol-containing block and tertiary amine-containing block will be synthesized in this proposal, and the phenylboronic acid-modified protein therapeutics will be loaded based on reversible phenylboronic acid-catechol interactions, meanwhile, hydrophobic drugs will be co-encapsulated by hydrophobic interactions between the drugs and hydrophobic tertiary amine-containing block under physiological conditions. After cellular internalization, protein therapeutics will be released from the nanoparticles in acidic endolysosomal environment due to the pH-responsiveness of phenylboronic acid-catechol interactions. The hydrophobic tertiary amine-containing block will become hydrophilic after tertiary amines are protonated in acidic pH, resulting in pH-responsive drug release. The protonation of tertiary amines will also induce proton sponge effect and will promote the endolysosomal escape of phenylboronic acid-modified proteins. Then the protein therapeutics will be reactivated by intracellular reactive oxygen species (ROS)-triggered phenylboronic acid-deprotections, and the released drugs and protein therapeutics are supposed to mediate synergistic anticancer effect.

高分子纳米载体的出现为抗肿瘤药物的高效递送提供了新的方法。然而，如何在同一个纳米结构中高效共担载理化性质极大不同的疏水化疗药物和亲水蛋白药物，实现两种药物在细胞内的可控释放，以及蛋白药物的内涵体/溶酶体逃逸是这两种药物共递送载体开发所面临的巨大挑战。为解决以上问题，本项目拟制备包含mPEG、含邻苯二酚侧基聚谷氨酸链段和含三级胺侧基聚谷氨酸链段的三嵌段双亲共聚物。所得共聚物可利用苯硼酸与邻苯二酚的可逆共价结合作用担载苯硼酸修饰的蛋白药物，同时利用三级胺侧基在生理条件下的疏水性质担载化疗药物，实现两种药物的有效共担载。当处于肿瘤细胞内酸性环境时，该共载体系中的苯硼酸与邻苯二酚结合作用解离，同时三级胺侧基质子化变亲水并产生质子海绵效应（导致内涵体/溶酶体逃逸），可实现蛋白药物和化疗药物的共同释放。此外，所释放的苯硼酸修饰的蛋白药物可经细胞内活性氧响应激活，进而实现与化疗药物的协同抗肿瘤效果。

蛋白药物具有功能活性高、特异性强及副作用小等优点，将其与化疗药物联合使用在基础研究以及临床评估中已经取得了重要进展。然而，常用的与化疗药物联合应用的蛋白药物主要是细胞因子及单克隆抗体等在细胞外发挥功能的蛋白。细胞内发挥抗癌功能的蛋白具有与细胞外活性蛋白不同的抗癌机制，因此，将其与化疗药物联合使用可以为新型药物联合疗法的开发提供更多选择。然而，如何在同一个纳米结构中高效共担载理化性质极大不同的疏水化疗药物和亲水蛋白药物，实现两种药物的体内稳定递送，细胞内的可控释放，以及蛋白药物的内涵体/溶酶体逃逸是这两种药物共递送载体开发所面临的巨大挑战。针对以上问题，我们设计并合成了包含mPEG，含邻苯二酚（CA）侧基聚谷氨酸链段和含三级胺（TA）侧基聚谷氨酸链段的mPEG-b-PGCA-b-PGTA三嵌段双亲共聚物，并利用PGCA链段上的邻苯二酚基团与苯硼酸的共价结合作用及PGTA链段在生理pH条件下的疏水性成功共担载了苯硼酸修饰的核糖核酸酶A（RNBC）及疏水化疗药物阿霉素（DOX），获得了两种药物共担载的纳米粒子NP-DOX-RNBC。NP-DOX-RNBC表现出了pH响应性的RNBC及DOX释放行为，且生理浓度（10 mM）的葡萄糖不会影响其药物释放行为。NP-DOX-RNBC可将DOX及RNBC共递送入癌细胞内，实现两者的细胞内释放及RNBC的内涵体/溶酶体逃逸，其中DOX被递送入细胞核中，而RNBC被递送入细胞质中。同时，NP-DOX-RNBC释放的DOX将细胞内的过氧化氢水平提高了2.6倍，促进了细胞内RNBC的苯硼酸去修饰，从而获得天然未修饰的核糖核酸酶A。实验结果表明，mPEG-b-PGCA-b-PGTA本身不具有细胞毒性，而NP-DOX-RNBC表现出了协同增强的体外及体内抗肿瘤效果。同时，应用上述策略，我们还制备了共担载苯硼酸修饰绿色荧光蛋白（GNBC）及DOX的纳米粒子NP-DOX-GNBC，其可以高效地将GNBC递送入细胞质中并将DOX递送入细胞核中。综上，本项目工作提供了一种高效通用的蛋白及化疗药物共递送策略，可为新型药物联合疗法的开发提供新的途径及思路。本项目顺利完成了预期研究任务，共发表学术论文10篇，申请中国发明专利2项，其中已授权1项。