阿替利珠單抗修飾二氫丹參酮Ⅰ納米粒的制備及其抗腫瘤作用研究

王雪，荊紫琪，李妍怡，李楚，閆天月，黃曉濱，張玉杰，馬鵬凱（北京中醫(yī)藥大學中藥學院，北京 102488）

二氫丹參酮Ⅰ（dihydrotanshinone Ⅰ，DHT）是從中國傳統(tǒng)植物丹參的根莖中提取出的一種脂溶性菲醌類成分，具有擴張冠狀動脈和改善心肌缺血等作用[1]。研究表明，DHT對卵巢癌、肝癌、胃癌等多種惡性腫瘤均具有良好的治療作用[2-5]。盡管DHT具有極高的藥用價值，但存在水溶性差、靶向性差、副作用大等問題，極大限制了其臨床應用和新藥開發(fā)。

聚合物納米粒是以適當?shù)妮d體材料與藥物結合形成的具有納米尺度的藥物制劑[6-7]。納米粒作用優(yōu)勢在于藥物可包封于納米粒中以提高溶解度，通過其納米尺度特有的腫瘤增強的滲透和滯留效應（EPR效應）選擇性在腫瘤部位聚集，實現(xiàn)被動靶向功能[8]。并且可通過各類功能分子對聚合物材料進行修飾實現(xiàn)特定功能，如針對腫瘤細胞過表達的受體或抗原，通過氨基酸、糖類、多肽和抗體等對納米粒進行修飾，利用配體-受體或抗原-抗體的特異性相互作用，進一步提高納米粒對腫瘤細胞的主動靶向能力，增強腫瘤細胞攝取，增加胞內藥物濃度以提高藥效[9-10]。

近年來，以免疫檢查點阻斷（immune checkpoint blockade，ICB）為代表的免疫療法逐漸成為腫瘤治療主流[11-13]。目前以程序性死亡受體-1（programmed death 1，PD-1）及其配體1（programmed death 1 ligand 1，PD-L1）[14]為靶點的免疫檢查點阻斷療法最為成熟[15]。阿替利珠單抗（atezolizumab，ATEZO）是針對PD-L1的人源化免疫球蛋白G1單克隆抗體，通過作用于腫瘤細胞過表達的PD-L1，阻止PD-1和PD-L1相互結合，激活免疫細胞殺傷腫瘤[16-19]。有研究發(fā)現(xiàn)，通過抗PD-L1單抗或多肽修飾納米載體[20]，可以提高藥物對腫瘤組織靶向性，與化療藥物產生協(xié)同治療作用，更好地治療腫瘤。

基于此，本研究以聚乳酸-羥基乙酸-聚乙二醇-馬來酰亞胺（PLGA-PEG-Mal）為載體材料，制備載DHT納米粒，提高DHT生物利用度及腫瘤組織靶向性，并在納米粒表面修飾ATEZO，制備主動靶向PD-L1的ATEZO DHT NP，進一步提高腫瘤細胞靶向性和胞內藥物濃度，提高抗腫瘤藥效。

1 材料

1.1 動物

7周齡BALB/c雄性裸鼠36只，體重（20±2）g[北京維通利華生物技術有限公司，合格許可證號：SCXK（京）2021-0006]。飼養(yǎng)期間自由進水進食，實驗流程符合實驗動物管理和保護的相關規(guī)定。

1.2 試藥

二氫丹參酮Ⅰ（純度：98%，成都植標化純生物技術有限公司，批號：210409）；甲氧基聚乙二醇-聚乳酸-羥基乙酸（mPEG-PLGA，批號：RM0212213）、PLGA-PEG-Mal（批號：RA0220627）（西安瑞禧生物科技有限公司）；阿替利珠單抗注射液（上海羅氏制藥公司，批號：H0228801）；Sephadex G-50 medium（北京索萊寶科技有限公司，批號：20210930）；2-亞氨基硫雜環(huán)戊烷鹽酸鹽（Traut’s試劑，純度：98%，上海源葉生物科技有限公司，批號：J28GS156194）；BCA蛋白濃度測定試劑盒（上海碧云天生物技術有限公司，批號：090321220106）；人胃癌細胞HGC-27（北京北納創(chuàng)聯(lián)生物科技有限公司）；IR808（純度：99%，上海凱瑜琳醫(yī)藥科技有限公司，批號：IR808-202001）；Annexin-V-FITC/7-AAD細胞凋亡檢測試劑盒（北京百瑞極生物技術有限公司，批號：273D0101）；注射用紫杉醇脂質體（南京綠葉制藥有限公司，批號：221120921）。

1.3 儀器

RE-52AA旋轉蒸發(fā)儀（上海亞榮生化儀器廠）；LGJ-10真空冷凍干燥機（北京松源華興科技發(fā)展有限公司）；ZEN3600 Nano微射流均質機（上海諾澤流體科技有限公司）；T10 basic S025高速分散機（德國IKA）；1290 Infinity Ⅱ超高效液相色譜儀[安捷倫科技（中國）有限公司]；Malvern Zetasizer Nano-ZS動態(tài)光散射粒度儀（英國Malvern Instruments）；TCS-SP8激光共聚焦顯微鏡（德國Leica）；SRSPECTROstar Nano多功能酶標儀（德國BMG）；A00-1-1102流式細胞儀[貝克曼庫爾特商貿（中國）有限公司]。

2 方法與結果

2.1 DHT NP的制備

采用乳化溶劑擴散法制備DHT NP。稱取處方量mPEG-PLGA和DHT溶解在丙酮中，作為有機相，乳化劑溶于去離子水中作為水相，將有機相逐滴滴入水相后在高速分散機作用下分散30 min，形成粗乳液，粗乳液經微射流均質機整粒形成細乳液，將細乳液滴入5倍體積的4℃冷水中，固化形成納米粒混懸液。旋轉蒸發(fā)儀去除丙酮后，納米粒溶液經50 kDa超濾離心管4℃離心3次（3000 g，15 min），去除游離藥物，收集超濾離心管上部溶液，凍干，得到DHT NP。

2.2 載藥量和包封率的測定

采用超高效液相色譜法對DHT進行含量測定。色譜條件：流動相為甲醇和水（80∶20），色譜柱為Akzo Nobel Kromasil C18（4.6 mm×150 mm，5μm），檢測波長為280 nm，流速為0.8 mL·min-1，柱溫為25℃。經方法學驗證符合藥典要求。

將DHT NP完全溶解在甲醇中，定容后測定DHT含量，計為W總；取等量DHT NP溶液超濾離心去除游離藥物，純化后的DHT NP溶液溶解在甲醇中，測定DHT NP中封裝的DHT含量，計為WD；將等量純化后的DHT NP溶液凍干得到DHT NP，稱重計為WNP，載藥量和包封率計算如下：包封率（%）＝WD/W總×100%；載藥量（%）＝WD/WNP×100%。

2.3 正交試驗優(yōu)化DHT NP制備工藝

以有機相濃度（A）、藥物與載體質量比（B）、有機相與水相體積比（C）為影響因素（見表1），以包封率為指標，利用SPSS 20.0軟件進行正交試驗設計，結果見表2和3，方差分析結果表明，整體模型未達到顯著水平（P＜0.05），可通過直觀分析進行判斷。由直觀分析可知，3個因素對DHT NP的影響程度依次為A＞C＞B，最優(yōu)工藝條件確定為A2B1C2，即有機相濃度為1.5%，藥物與載體質量比1∶2，有機相與水相體積比為1∶1.8。在此條件下，DHT NP 的二氫丹參酮Ⅰ載藥量和包封率分別為11.73% 和 54.49%。

表1 因素水平Tab 1 Factor and level

表2 正交試驗結果Tab 2 Orthogonal experimental

表3 誤差分析Tab 3 Error analysis

DHT NP的制備工藝如下：精密稱取DHT 5 mg、mPEG-PLGA 10 mg于反應瓶中，加入1 mL丙酮，超聲溶解形成有機相；精密稱取膽酸鈉36 mg溶于1.8 mL去離子水中形成水相；高速分散作用下形成粗乳液，經微射流均質機整粒，均質強度10 000 psi，均質15 min形成細乳液；將細乳液滴入5倍體積的4℃去離子水中固化形成納米粒混懸液。采用旋轉蒸發(fā)的方法去除納米粒混懸液中的有機溶劑，超濾離心管離心除去未包封的藥物。上述制備條件下，預凍后冷凍干燥48 h，即得DHT NP。在此條件下進行試驗驗證，3次試驗得到DHT NP包封率的平均值為54%，與理論值接近，說明模型可靠。

2.4 ATEZO DHT NP 的制備

取1 mL 阿替利珠單抗注射液（60 mg·mL-1）置10 kDa超濾離心管中，加4 mL pH 8.0 PBS，4℃超濾離心（3000 g，15 min）至液體量剩余1/2，再補加等體積PBS，重復5次后，得到ATEZO磷酸鹽緩沖溶液。通過Traut’s試劑對抗體進行巰基化修飾，BCA法和DTNB法分別測定蛋白和巰基含量，計算每個抗體修飾巰基個數(shù)。ATEZO溶液與Traut’s試劑反應比例為1∶20時，單位抗體修飾的巰基為7.7個，為最佳反應比例，ATEZO溶液與Traut’s試劑反應時間為1 h時，溶液渾濁，所以ATEZO溶液巰基化的反應時間不宜過長。將巰基化ATEZO與馬來酰亞胺基封端的DHT NP混合，在黑暗中攪拌12 h，反應后的混合物在12 000 r·min-1、4℃下離心40 min，收集含有游離巰基化ATEZO的上清液，采用BCA法測定上清液中游離的單抗含量。同時收集離心后沉淀進行凍干，獲得ATEZO DHT NP，ATEZO偶聯(lián)率和載藥量計算公式如下，ATEZO DHT NP的ATEZO偶聯(lián)率為56.93%，載藥量為14.43%。偶聯(lián)率（%）＝（ATEZO投入量-上清中ATEZO的量）/ATEZO投入量×100%；載藥量（%）＝（ATEZO投入量-上清液中ATEZO的量）/ATEZO DHT NP的質量×100%。

2.5 納米粒的表征

將凍干的納米粒分別分散于超純水和含10%FBS的PBS（10 mol·L-1，pH 7.4）溶液中，并且分別取靜置2、4、8、12、24、48、72 h后的納米粒溶液，用馬爾文粒度儀進行粒徑的測定，觀察粒徑變化，同時測量納米粒電位。如圖1所示，DHT NP粒徑為184.9 nm，Zeta電位為-18.55 mV；ATEZO DHT NP粒徑為246.9 nm，Zeta電位為-19.57 mV，72 h內兩種納米粒在水溶液和含10% FBS的PBS溶液中粒徑變化不大，表明其具有良好的穩(wěn)定性。將DHT NP和ATEZO DHT NP分散于超純水中，選擇合適的濃度，吸取500 μL樣品，多次滴加于電鏡專用銅網表面，待自然干燥后，通過透射電子顯微鏡拍攝到DHT NP和ATEZO DHT NP都近似球形，分布均勻，結果見圖2。

圖2 DHT NP和ATEZO DHT NP的透射電鏡圖（×30 000）Fig 2 Morphology image of DHT NP and ATEZO DHT NP（×30 000）

2.6 納米粒體外釋藥特性

采用透析法對體外釋藥特性進行考察。精密稱取納米粒分散于PBS溶液中，得1 mg·mL-1的含藥溶液（以DHT計）。精密移取1.0 mL納米粒溶液于透析袋中（MWCO：7 kDa），置于50 mL的釋放介質中（含0.2%吐溫80的PBS溶液），在溫度為37℃、轉速為100 r·min-1的恒溫振蕩水浴培養(yǎng)箱搖床中振蕩。分別于0、1、2、4、8、12、24、48、72 h后取1.0 mL釋放介質，測定DHT濃度Cd，與此同時補加1.0 mL新鮮的釋放介質至原釋放介質中。按下式計算校正濃度Cc，其中Wt為納米粒中DHT的含量，每組設3個平行樣品，計算累積釋放率（F，%）：F＝（Cc×50）/Wt×100%。

結果如圖3所示，DHT NP和ATEZO DHT NP在前10 h的累積釋放不超過60%，然后在接下來的62 h內觀察到藥物釋放緩慢，表明納米顆粒具有持續(xù)釋藥的特性。

2.7 激光共聚焦顯微鏡評價藥物體外細胞攝取情況

將HGC-27細胞以1×106個/孔接種于玻璃底激光共聚焦細胞培養(yǎng)皿中，細胞培養(yǎng)12 h后，加入熒光標記的納米顆粒IR808 NP和ATEZO IR808 NP（以IR808計，終濃度為4 μmol·L-1），與細胞共孵育3 h后，除去含藥培養(yǎng)基，細胞核用Hoechst 33342染色15 min后，用激光共聚焦激光掃描顯微鏡觀察細胞。為了進一步證實PD-L1受體介導的特異性細胞攝取，HGC-27細胞用ATEZO預處理30 min后，加入ATEZO IR808 NP，觀察熒光強度變化。如圖4所示，游離的IR808、IR808 NP和ATEZO IR808 NP都能被腫瘤細胞有效攝取，經ATEZO修飾后，細胞對ATEZO IR808 NP的攝取進一步增強。此外，當ATEZO預處理30 min時，由于ATEZO的阻斷作用，ATEZO IR808 NP的熒光強度下降。

圖4 HGC-27細胞對不同載藥納米粒的攝取Fig 4 Uptake of different drug-loaded nanoparticles by HGC-27 cells

2.8 體外藥效學評價

采用MTT法評價細胞毒性。HGC-27細胞以1×104個/孔的密度接種于96孔板中。當細胞達到對數(shù)生長期時，用100 μL的藥物與細胞共孵育，濃度梯度分別為0.5、1、2、4、8、16、32和64 μmol·L-1（以DHT計），48 h后小心移去含藥培養(yǎng)基，每孔加入100 μL的MTT（0.5 mg·mL-1）溶液，放入培養(yǎng)箱中繼續(xù)孵育4 h，去除各孔內溶液，加入150 μL DMSO，振蕩后，用酶標儀測定570 nm處各孔吸光度，計算細胞存活率，結果如圖5所示。

圖5 DHT和DHT+ATEZO，DHT NP 和 ATEZO DHT NP的細胞毒性（n＝6）Fig 5 Cell viability of DHT，DHT+ATEZO，DHT NP and ATEZO DHT NP（n＝6）

采用流式細胞儀和Annexin-V-FITC/7-AAD細胞凋亡檢測試劑盒檢測細胞凋亡情況。HGC-27細胞以1×106個/孔的密度接種于6孔板中，各給藥組處理細胞（以DHT計，濃度為8 μmol·L-1）。孵育48 h后，用胰蛋白酶消化細胞，以1800 r·min-1離心5 min，然后分散在100 μL預冷的PBS中。在黑暗中分別加入5 μL的Annexin-V-FITC/7和PI染色液，孵育15 min。用400 μL PBS稀釋細胞，流式細胞儀檢測細胞凋亡水平，以未加藥液處理孔為對照組，對照組與各給藥組均設有3個復孔。結果如圖6所示，游離DHT、游離DHT+ATEZO、DHT NP和ATEZO DHT NP組的細胞凋亡率分別為（12.6±0.213）%、（13.2±0.145）%、（39.6±0.243）%、（44.2±0.318）%，與其他各組相比，ATEZO DHT NP的細胞凋亡率最高，與細胞攝取實驗和細胞毒性實驗結果一致，表明ATEZO DHT NP可以增強DHT誘導細胞凋亡的能力。

圖6 對照組及各給藥組的細胞凋亡情況Fig 6 Cells apoptosis of the control group and different administration groups

2.9 體內藥效學評價

HGC-27腫瘤移植BALB/c裸鼠模型的建立。用4℃的PBS將HGC-27細胞稀釋為2×108個·mL-1的細胞懸液，取0.1 mL細胞懸液，裸鼠用戊巴比妥鈉（50 mg·kg-1）麻醉后，在裸鼠右腋窩皮下注射接種進行造模，腫瘤體積達到100 mm3時進行給藥。將36只荷瘤裸鼠隨機分為6組：生理鹽水組，游離DHT組，游離DHT+ATEZO組，DHT NP組，ATEZO DHT NP組，紫杉醇脂質體（Lps-P）陽性對照組，每組6只。給藥方案為：DHT 15 mg/（kg·d），ATEZO 10 mg/（kg·d），Lps-P 10 mg/（kg·d），2 d給藥一次，給藥周期14 d。在給藥期間，2 d記錄一次裸鼠體重，并使用游標卡尺測量腫瘤體積，結果如圖7所示。給藥結束后第2日，所有裸鼠脫頸椎處死，剝離腫瘤組織稱重，計算抑瘤率。抑瘤率＝（生理鹽水組腫瘤重量-給藥組腫瘤重量）/生理鹽水組腫瘤重量×100%。

圖7 不同給藥組荷瘤裸鼠腫瘤體積的變化曲線（n＝6）Fig 7 Tumor volume of nude mice in different administration groups（n＝6）

結果如圖8所示，與生理鹽水組相比，所有給藥組均可抑制HGC-27腫瘤裸鼠的腫瘤生長，ATEZO DHT NP組腫瘤抑制率是原藥DHT組1.90倍，約為DHT NP組的1.75倍。切取部分腫瘤組織用4%多聚甲醛固定，腫瘤組織切片用HE染色和TUNEL染色評估藥物對腫瘤細胞的作用，如圖9所示，相比于DHT NP組，ATEZO DHT NP組腫瘤組織大片壞死，腫瘤細胞凋亡增強，證實了修飾ATEZO以后可增強DHT NP的抗腫瘤療效。

圖9 腫瘤組織HE染色（×30）（A）和TUNEL染色（×30，×300）（B）Fig 9 HE staining（×30）（A）and TUNEL staining（×30，×300）of tumor tissue sections（B）

2.10 體內藥物安全性評價

在整個給藥期間，各組荷瘤裸鼠體重基本保持不變，表明ATEZO DHT NP沒有明顯的全身毒性。給藥結束后第2日，所有裸鼠脫頸椎處死，取血及心、肝、脾、肺、腎臟組織。血液于4℃、3500 r·min-1離心15 min，收集血漿，并通過生理生化測定試劑盒[丙氨酸氨基轉移酶 ALT 測定試劑盒、天門冬氨酸氨基轉移酶AST測定試劑盒、尿素氮 BUN 測定試劑盒、肌酐 CRE 測定試劑盒（南京建成生物工程研究所）]分析谷丙轉氨酶（ALT）、谷草轉氨酶（AST）、肌酐（CRE）和尿素氮（BUN）生化指標，ATEZO DHT NP給藥組ALT的含量為（119.73±2.989）U·L-1，AST的含量為（146.21±8.423）U·L-1，CRE的含量為（26.064±2.756）μmol·L-1，BUN的含量為（7.813±0.139）mg·dL-1，均在正常范圍內，表明ATEZO DHT NP無肝腎毒性。心、肝、脾、肺、腎臟組織用4%多聚甲醛固定，組織切片后用HE染色評估組織的形態(tài)學變化，結果如圖10所示，顯示各治療組組織形態(tài)沒有明顯變化，進一步確證納米粒具有良好的安全性。

圖10 裸鼠心、肝、脾、肺、腎臟各臟器的HE染色結果（×100）Fig 10 HE stained micrographs of heart、liver、spleen、lung、kidney organ sections（×100）

2.11 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 20.0統(tǒng)計學軟件進行分析，數(shù)據(jù)以平均值±標準差（±s）表示。采用t檢驗和單因素方差分析（ANOVA）來比較兩組或兩組以上之間的數(shù)據(jù)差異。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

3 討論

DHT是中藥丹參的活性成分，具有抗腫瘤作用，作為極具開發(fā)潛力的藥物分子，如何提高DHT生物利用度和腫瘤靶向性是其臨床轉化面臨的關鍵問題。納米藥物遞送系統(tǒng)可以改善藥物理化性質，增強藥物腫瘤靶向能力和降低藥物毒性。免疫治療聯(lián)合化療是目前癌癥治療的研究熱點，本研究選擇ATEZO作為靶頭，對DHT NP進行表面修飾，不僅可以通過納米粒的被動靶向作用提高藥物在腫瘤部位的分布，而且可以借助ATEZO對腫瘤細胞表面過表達PD-L1的靶向作用提高藥物的胞內濃度，增強藥物抗腫瘤作用。

本研究通過乳化溶劑擴散法制備DHT NP，正交試驗考察有機相濃度、藥物與載體質量比和有機相與水相體積比對包封率的影響，優(yōu)化得到最佳制備工藝，制得的DHT NP的載藥量為11.73%，包封率為54.49%。將巰基化的阿替利珠單抗修飾在DHT NP表面，通過BCA法測定蛋白偶聯(lián)率和載藥量分別為56.93%和14.43%。粒度儀測量DHT NP粒徑為184.9 nm，粒徑合適；修飾ATEZO后ATEZO DHT NP的粒徑有所增加，電位降低；72 h內ATEZO DHT NP在水溶液和含10% FBS的PBS溶液中粒徑變化不明顯，表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性；透射電鏡觀測到DHT NP和ATEZO DHT NP形貌為球形；納米粒體外釋藥情況良好。細胞實驗結果顯示，ATEZO DHT NP可顯著抑制HGC-27細胞的增殖；促進HGC-27細胞的凋亡。體內抗腫瘤藥效評價結果顯示，ATEZO DHT NP在動物模型上具有良好的抑制腫瘤生長的能力，腫瘤壞死情況明顯。在整個給藥周期內，ATEZO DHT NP組動物體重無明顯變化，血漿ALT、AST、CRE和BUN水平均在正常范圍內，未見明顯毒性作用；HE染色結果顯示各主要臟器未見明顯異常，說明ATEZO DHT NP具有較好的生物安全性。ATEZO DHT NP在提高抗腫瘤效果方面具有巨大的潛力，后續(xù)實驗可以進一步驗證藥物具有激活體內T淋巴細胞免疫從而殺傷腫瘤的作用，為深入開發(fā)提供研究基礎。