基于肿瘤相关成纤维细胞调控的双靶向程序性药物递释系统研究

Cancer associated fibroblasts (CAFs) play important roles in the tumor microenvironment, however, they form an obstacle for the deep penetration of anticancer drugs. Therefore, it remains a challenge to achieve the tumor microenvironment modulation via CAFs as well as the deep penetration of anticancer drugs. Hereby we design a multistage dual targeting drug delivery system which targets CAF and deep tumor cells at the same time. The DGL@PEG-PCL nanoparticles accumulate at tumor site via EPR effect, and are consequently digested by matrix metalloproteinase-2 (MMP-2) into PEG-PCL micelle and smaller DGL nanoparticles. The TGF-β-loaded PEG-PCL micelle targets CAFs, modulates the tumor microenvironment and overcomes the CAF barrier, which consequently facilitates the deep penetration of miR-34a loaded smaller DGL nanoparticles. In conclusion, the multistage CAFs and deep tumor cells dual targeting drug delivery system relieves the tumor immune tolerance as well as overcomes the CAF barrier, facilitating the deep penetration of anticancer therapeutics. This stategy provides a new idea for the treatment of tumors, and will be a beneficial trail for preventing the recurrence and metastasis of tumors.

肿瘤相关成纤维细胞（CAF）对肿瘤微环境形成具有重要作用，且形成了阻碍药物递送的物理屏障。利用CAF进行肿瘤微环境调节，解除免疫抑制，同时克服CAF屏障实现药物的肿瘤深层穿透，是提高肿瘤治疗效果的有效措施。本课题基于CAF调控，构建了智能化CAF和深部肿瘤细胞双靶向的程序性药物递释系统。将小粒径树突状聚赖氨酸（DGL）纳米粒通过基质金属蛋白酶（MMP）底物肽修饰于胶束表面，在肿瘤部位MMP酶的作用下，DGL纳米粒和胶束分离，其中胶束包载TGF-β抑制剂滞留于肿瘤基质部位，调节CAF，解除免疫抑制，克服CAF屏障，进而促进包载促肿瘤细胞凋亡药物miR-34a的小粒径DGL实现肿瘤深层穿透，从源头上杀灭肿瘤细胞。这种程序性药物递释系统实现了肿瘤免疫微环境调节，同时克服了CAF屏障促进抗肿瘤药物的深层穿透，为肿瘤治疗提供了新思路，有望提高肿瘤治疗效果，对于降低肿瘤转移和复发具有重要的科学意义。

肿瘤相关成纤维细胞（CAF）在肿瘤微环境中扮演了重要角色，对于胰腺癌等基质致密的肿瘤来说尤为如此。CAF不仅分泌多种细胞因子，促进肿瘤细胞的生长、增殖和侵袭，而且在肿瘤细胞外周形成了致密的物理屏障，阻碍抗肿瘤药物的深层穿透。研究表明，CAF摄取抗肿瘤药物后，会造成自身非特异性杀伤并启动损伤应答程序，分泌相关因子促进肿瘤生长，其中一种重要的存活因子就是Wnt16。在CAF中，由NF-kB通路介导WNT信号通路激活，导致Wnt16上调。因此，在杀伤深层肿瘤细胞的同时，能够抑制CAF中Wnt16通路的激活，有望取得协同治疗恶性肿瘤如胰腺癌的效果。然而，如何在同一个递药系统中实现抗肿瘤药物的深层穿透和CAF中Wnt16信号的靶向抑制，是肿瘤靶向治疗中面临的一个难题。为此，我们设计了一种肿瘤微环境响应性粒径可变的双靶向纳米递药系统，兼顾肿瘤深层穿透和CAF的调节。我们采用小粒径纳米粒DGL连接小分子化疗药物吉西他滨(GEM)，进而通过肿瘤部位高表达的MMP酶底物肽，将小粒径DGL连接在核心大粒径胶束PEG-PCL上，构建得到了肿瘤微环境响应性粒径可变纳米递药系统。此外，我们筛选了多种天然产物，发现18-β甘草次酸（GA）具有明显下调Wnt16的效果，并将其包载与PEG-PCL核心。结果表明双载GEM和GA的纳米粒粒径约为151nm，GEM载药量约4%，GA载药量约为2.8%。在MMP酶的作用下，纳米载体粒径发生明显变化，证实了其肿瘤微环境响应的粒径可变性。在3D肿瘤球和体内模型上考察了载体的深层穿透性，结果表明在响应MMP酶后，小粒径DGL能够穿透至肿瘤深部，并且在基质丰富的胰腺癌和乳腺癌模型上有效下调了Wnt16信号，取得了良好抗肿瘤和抗转移效果。该项目已发表SCI论文6篇。该项目构建了集肿瘤微环境CAF靶向调控和肿瘤深层穿透于一体的多功能递药系统，为肿瘤治疗提供了新的思路。