基于肿瘤酸性微环境pHLIP-miR-143靶向乳腺癌糖酵解途径治疗的分子显像研究

The lack of cancer targeting of micro RNA (miR) therapy carrier in vivo is the bottleneck of the current application. It is an important biological characteristic of tumor to form an extracellular acid microenvironment based on Warburg effect. Low pH insertion peptide (pHLIP) can across cell membrane under the condition of extracellular acid characteristic of tumor with the advantages of no toxicity and no immunogenicity. Therefore, it can be used as a tumor-targeted delivery carrier in vivo. Our previous studies have found that miR-143 could suppress breast tumor growth via downregulating the expression of hexokinase 2 (HK2) which is the key enzyme of glycolysis rate. However, the non-specific distribution of miR-143 in vivo led to a poor therapeutic effect. Based on the previous work, our present study will construct a therapeutic carrier of pHLIP-miR-143 labelled by near infrared fluorescence nanoprobe, and then perform a molecular imaging of the therapy via targeting tumor glycolytic pathway. The result of this study will provide a new approach for the breast tumor therapy and imaging of miR-143 in vivo.

小分子RNA（micro RNA，miR）体内治疗载体缺乏肿瘤靶向性是目前应用的瓶颈。基于Warburg效应形成细胞外酸性微环境是肿瘤重要的生物学特性。低pH值插入肽（pHLIP）能够在酸性微环境下特异性地进行靶向肿瘤细胞的穿膜活动，并具有无毒、无免疫原性的优点，因而具有作为体内靶向治疗载体的良好潜力。本实验室前期研究发现miR-143能够通过靶向下调乳腺癌糖酵解速率的关键酶——己糖激酶2（HK2）的表达来抑制肿瘤生长，但体内的非特异性分布导致疗效欠佳。因此，本项目拟在此工作基础上构建pHLIP-miR-143治疗载体，并用新型近红外荧光共轭聚合物纳米探针标记，进行靶向乳腺癌糖酵解途径治疗的分子显像研究，为miR-143体内靶向乳腺癌治疗与显像提供新的方法。

项目背景：.低pH值插入肽（pHLIP）在肿瘤细胞外酸性微环境下可以发生靶向跨膜作用，在肿瘤显像及药物递送方面具有良好应用潜力。.研究内容： .1、pHLIP靶向细胞外酸性微环境的特性验证。通过红色荧光染料Rhodamine B标记于pHLIP的羟基端，分析在体外梯度pH值下pHLIP靶向MDA-MB-231乳腺癌细胞跨膜作用的强度。2、pHLIP-antimiR 155的合成及近红外荧光材料RET2IR及Cy5标记，观察长达7天的肿瘤及各组织脏器的动态体内荧光分布特征及肿瘤/本底比值，并进行离体组织的荧光显像。3、PNA-antimiR 155对乳腺癌糖酵解抑制作用的研究。通过定量PCR及Western Blot检测糖酵解关键酶HK2的mRNA及蛋白表达。通过18F-FDG PET/CT可视化评估pHLIP-antimiR 155对乳腺癌荷瘤鼠的糖代谢的影响。.数据结果： .1、pH 6.6时，Rhodamine B-pHLIP的跨膜荧光强度最高的100 ± 9.7%，而pH 7.0、7.4、7.8时分别为69.9 ± 5.5%、19.8 ± 1.4%、0.4 ± 0.04%（P < 0.05）。pHLIP对细胞活性没有影响。2、荷瘤裸鼠尾静脉注射Cy5-pHLIP-antimiR 155后2小时、1天、3天及7天，肿瘤/本底比值分别为3.42 ± 0.27、3.00 ± 1.23、3.38 ± 0.62、3.51 ± 0.37。肾脏是pHLIP主要的排泄途径。其它组织器官中，肠道（尤其是大肠）可生理性分泌pHLIP，造成pHLIP肿瘤显像的假阳性。RET2IR标记pHLIP-antimiR 155注射入荷瘤裸鼠体内后2小时及24小时，肿瘤部位仅有微弱的荧光分布，未能显示出较强的肿瘤靶向性。3、PNA-antimiR 155能够在体外抑制乳腺癌细胞HK2的mRNA及蛋白表达。同时。18F-FDG PET/CT体内显像可见荷瘤裸鼠肿瘤部位SUVmax的减低。.科学意义：.pHLIP能够靶向乳腺癌酸性微环境，通过近红外荧光材料Cy5标记可进行稳定、长时间的肿瘤显像及药代监测。然而，pHLIP在肠道的分泌增加了其肿瘤显像判读的复杂性。18F-FDG PET/CT体内显像能够可视化监测PNA-antimiR 155抑制乳腺癌糖酵解的治疗效果。