基于細胞外基質(zhì)的胰腺癌納米治療策略

賈 銘，李春紅

西南醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院 藥劑學(xué)教研室（瀘州 646000）

胰腺癌（pancreatic cancer）是最具侵襲性和致命性的惡性腫瘤之一，約90%為起源于腺管上皮的導(dǎo)管腺癌（PDAC），5 年生存率低于5%，如果發(fā)生癌癥轉(zhuǎn)移，生存率可降至6個月以下，被譽為“癌癥之王”[1-4]。究其原因，很大程度上歸因于PDAC 獨特的腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment，TME）即癌細胞被大量致密的纖維基質(zhì)成分包裹[5-6]。這種促結(jié)締組織增生誘導(dǎo)的PDAC細胞周圍纖維化細胞外基質(zhì)的沉積成為其特殊微環(huán)境的主要特征之一。細胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）是一個由結(jié)構(gòu)蛋白、銜接蛋白、蛋白聚糖和酶組成的致密網(wǎng)絡(luò)，存在于所有組織中，主要為組織的穩(wěn)態(tài)提供生化和結(jié)構(gòu)支持[7]。其成分包括膠原蛋白、纖連蛋白、蛋白聚糖和透明質(zhì)酸，以及催化活性酶和蛋白酶。通過分泌的各種趨化因子、細胞因子和生長因子，ECM 和相關(guān)細胞之間存在平衡的相互作用，構(gòu)成了具有各種功能狀態(tài)的動態(tài)微場所[8]。與其他腫瘤相比[9]，在PDAC 中，ECM 沉積顯著增加，阻礙藥物向腫瘤核心的遞送以及免疫細胞的浸潤，并且扭曲了胰腺組織的正常結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生高間質(zhì)液壓力，導(dǎo)致血管塌陷，從而進一步限制藥物從循環(huán)中的吸收，成為PDAC治療的嚴重障礙（如圖1）。文獻顯示，僅有給藥劑量0.8%的納米粒被遞送至胰腺癌[10]。在PDAC中，一些異常高表達ECM成分在維持其特殊生長環(huán)境促進增殖的同時更是密切關(guān)聯(lián)著其強大的侵襲轉(zhuǎn)移能力[11]。但從另一方面來看，正是這種過量而致密物理屏障在隔絕癌細胞不被化療和免疫細胞攻擊的同時在一定程度上也限制了其擴散轉(zhuǎn)移[12]，成為一把“雙刃劍”。由此可見，這種強有力的促結(jié)締組織增生反應(yīng)導(dǎo)致的異常高表達ECM 在PDAC 的生長發(fā)病機制中至關(guān)重要，使得針對ECM組成成分的治療成為治療PDAC的一種有力的潛在策略。因此，本文就目前一些基于ECM 主要的納米粒治療策略研究作簡單的闡述和討論，如圖2。

圖1 納米顆粒與細胞外基質(zhì)概述圖

圖2 基于ECM治療策略示意圖

2 透明質(zhì)酸（hyaluronic acid，HA）

透明質(zhì)酸作為胰腺腫瘤ECM中的關(guān)鍵成分，是一種親水性糖胺聚糖，其在PDAC 內(nèi)的高表達成為腫瘤間質(zhì)液壓力（IFP）增加，血管坍塌的主要因素，限制了有效抗腫瘤藥物以及抗腫瘤免疫細胞的浸潤[13]，并且密切關(guān)聯(lián)著癌癥增殖轉(zhuǎn)移[14]。研究顯示，臨床胰腺癌患者中HA高度沉積者相較于低HA積累者，其總體中位生存期（OS）足足縮短15個月[15]，這種積累成為胰腺癌患者預(yù)后差的主要因素之一。

透明質(zhì)酸酶（hyaluronidase，HAase）是一類針對透明質(zhì)酸的內(nèi)源性降解酶，能夠快速翻轉(zhuǎn)HA，將其降解為寡糖和極低分子量透明質(zhì)酸。結(jié)合HAase 的治療策略為恢復(fù)正常IFPs，擴張腫瘤組織微血管，為促進藥物獲取提供了新的方向。在PDAC 基因工程小鼠模型中進行的短期存活研究[16]顯示，與吉西他濱（Gem）單藥治療相比，聯(lián)合應(yīng)用聚乙二醇化人重組透明質(zhì)酸酶（PEGPH20）和Gem，迅速持續(xù)的耗竭HA后增強了腫瘤灌注、血管通透性，促進了Gem在腫瘤核心瘤內(nèi)給藥。隨后，Gary J Doherty等[13]的研究進一步確定了PEGPH20 與Gem 在高HA 沉積的IV期胰腺癌中的優(yōu)異療效，這意味著這種“先后順序”的聯(lián)合用藥，通過HA 的耗竭能夠有效促進藥物遞送，降低PDAC 對化療的不敏感性。值得注意的是，單純的HAase 受到機體系統(tǒng)的限制，包括血清半衰期縮短、酶功能的喪失、威脅生命的副作用以及腫瘤部位低蓄積，而HAase協(xié)同納米粒子（NPs）成為這種問題的有效解決方式之一。將重組人透明質(zhì)酸酶PH20（rHuPH20）結(jié)合在聚乳酸-羥基乙酸共聚物-聚乙二醇（PLGA-PEG）納米粒子的表面，然后錨定相對低密度的PEG 層，在侵襲性4T1 乳腺癌腫瘤動物模型中減少了rHuPH20 的暴露以規(guī)避rHuPH20介導(dǎo)的清除[17]，促進rHuPH20在腫瘤部位的積聚。將HAase 進行人為修飾，通過巰基與具有還原響應(yīng)載藥納米凝膠表面結(jié)合，以幫助載藥納米凝膠順利入侵胰腺腫瘤組織深處，增加響應(yīng)釋放的藥物在腫瘤核心的濃度[18]。更進一步，HAase 通過pH 敏感連接器（MMfu）與具有生物相容性的葡聚糖聚合物（Dex）連接，避免機體對HAase 清除的同時實現(xiàn)了HAase 在腫瘤低pH 微環(huán)境中的響應(yīng)性釋放[19]。HA 的耗竭重塑了ECM組成成分，使得IFP重新正常化，限制腫瘤生長，HAase 作為HA 極為有效的消融手段，在促進藥物吸收滲透方面也表現(xiàn)不俗，而這一點在臨床上已經(jīng)得到了實際應(yīng)用[20-21]，因此，在這種原理前提下使得負載HAase 的納米遞藥系統(tǒng)在高表達HA 的腫瘤組織中顯示出異常優(yōu)異的效果。

3 膠原蛋白（collagen）

膠原蛋白作為ECM中另一主要成分，同樣參與TME的纖維化和ECM結(jié)構(gòu)構(gòu)建，與HA相仿，病理性膠原蛋白的過量產(chǎn)生會導(dǎo)致化學(xué)抗性和限制藥物吸收，潛在的影響癌細胞行為[22]，加劇癌癥進展。類似于從ECM 中耗竭HA 的策略，大量學(xué)者也已經(jīng)嘗試促使膠原蛋白分解來增加藥物遞送，并且膠原酶（collagenase）已被FDA和EMA批準用于治療手掌纖維瘤?。ㄒ环N膠原蛋白過度積累纖維化疾?。23]。Assaf Zinger團隊[24]開發(fā)了一種100 nm包裹膠原酶的脂質(zhì)體，旨在保護膠原蛋白酶在血液運送中避免過早的失活并延長其在靶點的釋放。在小鼠PDAC 模型進行抗腫瘤評估中，這種先用包裹膠原酶的脂質(zhì)體然后用紫杉醇膠束預(yù)處理后的腫瘤，比先用空白脂質(zhì)體然后再用紫杉醇膠束預(yù)處理的腫瘤小87%左右，這意味著膠原蛋白的分解也能有效改善化療藥物的治療效果。利用PEG在血液系統(tǒng)中免清除能力，將膠原蛋白酶與其共同結(jié)合在經(jīng)聚多巴胺粘附層（PDA）表面改性的載有阿霉素（Dox）的PLGA納米粒子上[25]，在4T1乳腺癌模型評估中，相對于游離酶，這種方式大大提高酶分解膠原的有效率并獲得在運送途徑中的穩(wěn)定性，更重要的是實現(xiàn)了化療藥物Dox 與膠原酶的共遞送，消除了因前后給藥間隔可能造成的癌癥擴散風(fēng)險以及療效差異。在實現(xiàn)共遞送的基礎(chǔ)上進一步考慮到TME的特性，一種基于PLGA-PEG-PLGA聚合物的熱敏水凝膠結(jié)合了HER2靶向的單克隆抗體曲妥珠單抗和膠原酶（Col/Tra/Gel）被用于腫瘤治療。以HER2 陽性的BT474 荷瘤小鼠作為模型，用Col/Tra/Gel治療的小鼠腫瘤組織中的膠原密度降低且凋亡細胞死亡增強，顯示出比臨床曲妥珠單抗制劑靜脈注射更好的抗腫瘤效果[26]。更重要的是，熱敏響應(yīng)使得酶和化療藥物獲得更加完全地釋放，活性得到增強的同時降低制劑因釋放問題造成的損耗。另外，理論上，膠原酶的使用對于提高藥物滲透性特別有吸引力。但事實上，膠原酶在改善癌癥治療中的臨床應(yīng)用卻是很少，這可能歸因于與HAase 裂解機制差異。HAase 是將線性HA 降解為短寡糖，而膠原酶是在沿著膠原三螺旋的不同位點裂解，這些裂解產(chǎn)物不能有效地與膠原纖維分離，導(dǎo)致膠原酶治療的膠原結(jié)構(gòu)只有微小的局部變化，使其應(yīng)用受限[27]。

4 蛋白水解酶（proteolytic enzyme）

ECM 中還含有豐富的有助于基質(zhì)重塑的蛋白水解酶，而基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）是其關(guān)鍵的蛋白水解酶，長期以來被認為在癌癥發(fā)生、腫瘤生長和轉(zhuǎn)移中起重要作用。研究顯示MMP-1、MMP-2、MMP-7、MMP-9、MT1-MMP、MT2-MMP 和MT3-MMP 在PDAC 中表達，其中MMP-2、MMP-7 和MMP-9 更是被認為是PDAC 的生物標志物[28]。將非底物MT1-MMP 結(jié)合肽修飾在Gem 和埃羅替尼（ERL）共載納米粒子上作為靶頭，其在PDAC小鼠模型中顯示出高效的攝取能力[29]。另外，以MMP-9 作為肽切割刀，通過合成一種MMP-9 可切割的底物性脂肽與納米囊泡結(jié)合。納米囊泡最外面的PEG基團保護底物脂肽不被MMP-9水解，然而在谷胱甘肽水平升高條件下，最外層PEG被還原移除，囊泡上底物脂肽暴露于MMP-9促使斷裂擾亂脂質(zhì)雙分子層，導(dǎo)致包裹的內(nèi)容物釋放。與沒有MMP-9 底物脂肽結(jié)合的囊泡相比，MMP-9響應(yīng)型納米囊泡對腫瘤生長的控制更好[30]。這意味著MMPs可以作為基于ECM治療PDAC的靶向目標或刺激條件來優(yōu)化策略。

5 討論

在其他實體瘤中同樣存在與PDAC類似的ECM成分來阻礙藥物遞送和促進疾病發(fā)展，只不過這一點在PDAC中尤其顯著。加之PDAC細胞缺乏特異性的生物標志物，而針對常見的生物標志物同樣是低效的，因此TME 靶向治療被認為是一種優(yōu)化策略。而ECM作為其微環(huán)境的重要環(huán)節(jié)，瞄向ECM設(shè)計不同的多功能給藥策略來擾亂胰腺腫瘤細胞生存和生長所依賴的特殊環(huán)境，或者利用ECM組成成分作為特殊刺激條件來實現(xiàn)藥物的控制釋放不失為一種有效的PDAC優(yōu)化治療策略。值得注意的是，ECM的消融破壞了這種具有隔絕作用的物理屏障，可能存在癌細胞進一步擴散和轉(zhuǎn)移的潛在風(fēng)險，加劇疾病的發(fā)展，而在這方面的研究卻相對較少。另外，與其他實體瘤不同的是，在PDAC 中沒有抗血管生成劑被證明是臨床有效的[31-32]。PDAC中過多細胞外基質(zhì)成分的積累扭曲了其一般結(jié)構(gòu)，其脈管系統(tǒng)受到增加的間質(zhì)液壓力影響，形成壓迫的血管系統(tǒng)，導(dǎo)致間質(zhì)的低血管性，而這一點又在一定程度上限制了通過血液運輸?shù)腅CM治療策略。