中性粒细胞递药系统对肿瘤转移多个关键环节的特异性干预及机制研究

Metastatic tumors are a major source of mortality for most cancers. Interaction of circulating tumour cells (CTCs) with neutrophils (NEs) and platelets, circulating tumour cell clusters (CTC-clusters), and neutrophil extracellular traps (NETs) play important roles in multiple stages of metastasis. We have recently demonstrated that NEs-mediated delivery of drugs efficiently suppressed the recurrent growth of solid tumors with significantly improved survival rate. In the light of this evidence and that NEs and HIF-1α are involved in multiple key stages in metastasis progression, we utilize NEs as HIF-1α inhibitor carriers and navigators to improve the therapeutic effect of metastatic cancer by specifically targeting multiple key stages in tumor metastasis. The goal of this proposal is: 1) to directly and systematically investigate the role of HIF-1α inhibitor in intervening hypoxic tumor microenvironment formed by NEs-platelet-CTCs complex and breaking off CTC-clusters, 2) to evaluate the extravasation effect of CTCs into the metastatic foci, 3)to identify the relationship between circulating tumor cell clusters and tumor metastasis, 4) to validate microenvironmental hypoxia formed by NETs-metastatic tumor cells and the effect of HIF-1α inhibitor in formation of distant metastases, and 5) to elucidate the intervention effect and mechanism of HIF-1α inhibitor in various stages of tumor metastasis. Our proposal will provide new insights into the prevention and treatment of metastatic cancer, and scientific basis for the discovery and development of novel anti-metastatic drugs and their delivery system targeting HIF-1α, opening up a promising new avenue of utilizing drug delivery system in the research of biological phenomena and processes.

中性粒细胞（NEs）-血小板（BP）-循环肿瘤细胞（CTC）的复合体、CTC团簇以及NEs胞外诱捕网（NET）在肿瘤转移关键环节中发挥了重要作用。本项目在研究完成NEs递药系统靶向实体瘤的基础上，根据NEs和乏氧诱导因子HIF-1α参与肿瘤转移多个关键环节的特性，应用NEs作为HIF-1α抑制剂的载体，特异性干预肿瘤转移多个关键环节，提高肿瘤转移治疗效果。通过直观及系统研究HIF-1α抑制剂干预复合体的乏氧微环境及击散CTC团簇的作用，对复合体渗出血管形成转移灶的影响、CTC团簇与肿瘤转移关系、NET-转移肿瘤细胞微环境乏氧特性、对转移肿瘤细胞在远端组织形成转移灶影响等，阐明HIF-1α干预肿瘤转移各环节的作用及作用机制等关键科学问题，为肿瘤转移的防治提供新思路，为基于HIF-1α靶点的新型抗肿瘤转移药物的发现及其递送系统的研发提供依据，并开辟药物递送系统用于研究生物学现象或过程的新方向。

肿瘤转移是肿瘤致死的主要原因之一。其过程包括肿瘤细胞从原发灶通过上皮间充质转化过程（EMT）进入血液成为循环肿瘤细胞（CTC），在血液循环中可与中性粒细胞、血小板等形成循环肿瘤微栓（CTM）逃避免疫监视，并在远端组织如在中性粒细胞胞外诱捕网（NET）的帮助下定植生长形成肿瘤转移灶。但目前尚无有效治疗方法。因此，本项目提出靶向干预肿瘤转移多个关键环节防治的原创策略。并利用中性粒细胞参与肿瘤转移多个环节的特性，构建中性粒细胞递药系统的原创技术，用于靶向干预肿瘤转移的级联过程，以实现安全高效的肿瘤转移治疗。.本项目首先验证了CTM和肿瘤细胞-NET微环境（CTC-NETs）中乏氧诱导因子HIF-1α促肿瘤转移的关键作用。通过构建荷载HIF-1α抑制剂的中性粒细胞递送系统，体内外靶向干预CTM和CTC-NETs复合体中的乏氧微环境，通过促进CTM解聚，克服免疫逃逸，抑制CTC迁移、侵袭和干性表达等多种机制，抑制了乳腺癌的肺转移作用。并具有良好的体内安全性。.在完成原有计划的同时，进一步拓展应用。研究了转化生长因子TGF-β在原位灶EMT过程和转移灶中的关键作用。通过构建荷载TGF-β抑制剂的中性粒细胞递送系统，创新性将药物同时靶向递送至乳腺癌的原位灶和肺转移灶，抑制EMT，并调节肺部中性粒细胞的促肿瘤表型转变为抗肿瘤表型，有效抑制了乳腺癌的肺转移作用。.本项目的研究为肿瘤转移的防治提供一种安全高效的中性粒细胞递药系统的原创技术平台，也为基于HIF-1α和TGF-β靶点的新型抗肿瘤转移药物的研发提供依据，具有重要的理论意义和应用价值。共发表论文29篇，其中SCI收录25篇，6篇IF>10，包括Sci Transl Med、Adv Mater、Biomaterials、Nano lett等。获得授权国内发明专利6项，美国发明专利1项；申请国内发明专利5项， PCT发明专利1项。参加国内国际会议共20次，其中邀请报告12次。培养博士后（出站）2名；博士生2名，硕士生4名。成功举办第三届中美纳米医药研讨会（参会人数400人）。项目负责人张灿被选为英国皇家化学会期刊Biomaterials Science 的副主编。获得国自然重点项目（81930099）、“十三五”新药创制重大专项（2019ZX09301163，已结题）资助。与南京海融药业共建细胞药物联合实验室。