受体介导靶向恶性脑胶质瘤递药系统的研究进展

Research Progress in Malignant Glioma Tar-geting Delivery System Mediated with Re-ceptors

摘要: 恶性脑胶质瘤全球发病率为3.20/100,000，患者中位生存期不足2年，5年生存率仅9.8%，治疗后复发率几近100%，且目前仍无有效治疗方案。由于恶性胶质瘤存在浸润性生长的特点，手术无法根治，对于常用化疗药物又普遍存在内在抗拒性，导致化疗疗效有限。由于血脑屏障的存在，几乎全部的大分子药物以及98%以上的小分子药物都无法到达病灶，而受体介导的转运方式利用了血脑屏障自身的特性，通过内源性血脑屏障转运系统有效的跨越血脑屏障并靶向恶性胶质瘤进行药物输送，为胶质瘤的治疗提供了一种更为安全且有效的递药策略。

Abstract: The worldwide cancer incidence of malignant encephalic glioma is 3.20/100,000, the median survival for patients is less than 2 years and 9.8% of patients survived five years post diagnosis, with near 100% relapse rates and currently limited treatment options. Operations and chemotherapy drugs have limited efficacy for aggressive glioma with intrinsic resistance to drugs. Almost the whole of macromolecule and 98% of small-molecule drugs are unable to across blood-brain barrier. The receptor mediated endocytosis is one of the endogenous transporting channels, xenobiotics across blood-brain barrier and target glioma by taking advantages of cells. It provides a safer and more effective drugs delivery strategy for cancer treatment.

2. 多种受体介导的转运途径

目前与肿瘤相关研究较多的是乙酰胆碱受体(AChR)、转铁蛋白受体(TfR1)和低密度脂蛋白受体相关蛋白(LRP1和LRP2)。

2.1. AChR介导的转运系统

乙酰胆碱受体是一种整合膜蛋白。陆伟跃 [13] 课题组发现了一种来源于短神经毒素Candoxin的L构型多肽^LCDX可以与nAChRs结合发生胞转作用。N型AChR是离子通道型受体，在中枢神经系统和周围神经系统都有高表达。研究者进一步通过多肽逆序合成法制备出D构型^DCDX(G^DR^DE^DI^DR^DTG^DR^DA^DE^DR^DW^DS^DE^DK^DF)，有效的抑制了溶酶体对CDX的降解，提高了其在血液

Figure 1. Receptor-mediated transepithelial permeability

图1. 受体介导的跨膜转运

中的稳定性。体内、体外实验也表明，^DCDX具有比^LCDX更高的体外BBB转运效率，经^DCDX修饰的脂质体细胞摄取率更高，将其注射治疗原位脑胶质瘤裸鼠后，荷瘤小鼠的生存期明显延长。

2.2. TfR1介导的转运系统

TfR1在脑微血管内皮细胞表达量很高，为II型跨膜糖蛋白，是由两个分子量为90 KDa的单体组成的同源二聚体。TfR的表达受细胞所需铁含量的调节，在快速增殖的细胞中表达量明显增加。为了保持高增殖活性，恶性肿瘤往往会高表达TfR，含量约是正常组织的4~5倍 [14] 。TfR含量与肿瘤复发呈现正相关关系 [15] ，74%的患者肿瘤组织内存在TfR过表达现象。恶性程度越高的胶质瘤，TfR表达量也越多 [16] ，这也与其他细胞中TfR的表达趋势相符。鉴于TfR在脑微血管内皮细胞和恶性胶质瘤细胞上都高表达，具有潜在的血脑屏障和胶质瘤双靶向性，提示我们经TfR配体修饰的药物或能通过TfR介导的转胞吞作用递送入脑并靶向肿瘤部位。乳铁蛋白、HAIYPRH (T7)肽、抗TfR抗体都是有效的TfR配体。

Chen等 [17] 将具有抗实体瘤活性但无细胞穿透能力的天花粉蛋白(TCS)与细胞穿膜肽(CPP)和明胶裂解酶融合，再与乳铁蛋白特异结合，构成一个具有跨越血脑屏障，被明胶酶激活的，可穿透细胞的纳米杂化TCS毒素(rTLM-LF)。该蛋白递送系统首先可通过乳铁蛋白靶向血脑屏障上的TfR受体，协助蛋白向脑内转运，一旦蛋白到达肿瘤部位，明胶裂解酶可与胶质瘤相关的金属蛋白酶结合，从而释放TCS-CPP蛋白，该CPP则可介导TCS毒素向肿瘤和细胞内部渗透。研究者最后收获到了一个良好的小鼠体内脑靶向性及抗肿瘤活性，rTLM-LF大量聚集在小鼠脑部，而单纯的天花粉蛋白则弥散到全身，部分聚集在小鼠肾脏部位。抑瘤实验也表明，rTLM-LF组抑瘤效果更好，瘤块体积明显小于阴性对照组。

T7肽是一种通过噬菌体展示技术得到的TfR特异结合肽，分子量更小，结合率高，内源性的乳铁蛋白不但不会对T7肽产生竞争性抑制，反而会促进T7与TfR结合。有研究显示T7肽不仅仅介导药物跨血脑屏障转运，而且能增强抗癌药物在脑内的积累，因此是一个更有力的靶向脑内药物运载工具。Liu [18] 等利用高枝化多聚赖氨酸(DGL)包裹pORF-hTRAIL质粒，该质粒被释放出后能表达肿瘤坏死因子相关的诱导凋亡蛋白，促使肿瘤细胞凋亡，阿霉素通过谷氨酸连接在经T7肽修饰的DGL表面，构成了一个由T7肽修饰的化药联合基因治疗的DGL共转运系统。谷氨酸作为酸敏感性接头，当环境pH在7.4(血液中)时保持稳定，当T7肽将药物运输到脑部，被细胞摄取后，在细胞内环境pH接近5.0时释放阿霉素并驱动质粒表达。结果表明，经T7修饰的共转运系统能在体外被U87细胞大量摄取，体内实验进一步证明，经T7肽修饰的药物在脑内积累量远远大于经乳铁蛋白修饰的共运载系统，说明与乳铁蛋白相比，这种新型短肽具有更高的跨血脑屏障转运效率。Wang [19] 也发现经T7修饰的脂质体比单纯的脂质体具有更好的细胞摄取能力及脑内积累能力。

T7肽虽然具有好的脑靶向能力，但存在着受体饱和现象。TAT是人I型免疫缺陷病毒的反式激活蛋白，其所带的正电荷能促进TAT与细胞膜表面负电荷发生相互作用，促使细胞通透性增大。经TAT修饰的脂质体可以不依赖受体和转运子的方式高效转运入胞，且没有饱和现象。实验证明，T7与TAT双修饰的脂质体可以有效跨血脑屏障靶向脑部肿瘤 [20] ，且转运效率不受受体饱和作用影响。

2.3. LRP-1介导的转运系统

LRP-1是广泛表达于细胞表面的跨膜蛋白，由胞外区、跨膜区和胞质区组成。LRP-1在脑微血管内皮细胞上的表达量虽不及TfR，但其介导的跨膜效率是TfR的70倍。LRP-1的配体多达数十种，如载脂蛋白E、基质金属蛋白酶及丝氨酸蛋白酶等。加州大学研究人员 [21] 在新型迎球菌中发现了一种新型的金属蛋白酶Mpr1，可以帮助隐球菌跨过血脑屏障，感染脑部。未来Mpr1可能作为修饰基团，协助药物转运。

Demeule [22] 研究发现抑肽酶(Aprotinin)跨血脑屏障能力优于乳铁蛋白，并据此筛选出一类与Aprotinnin C-端氨基酸序列具有同源性的肽，命名为Angiopep家族。Angiopep是来源于Kunitz域家族的衍生肽，是LRP-1的配体且具有跨膜转运能力，通过将从中筛选出转运及脑内聚集能力最高的Angiopep-1，将其第七位的半胱氨酸残基突变成丝氨酸，得到了效率更高的Angiopep-2 (TFFYGGSRGKRNNFKTEEY)，可用脑内药物递送系统。

经Angiopep-2表面修饰的递药系统可能具有更高的跨膜转运效率，并且具有大脑和胶质瘤双靶向作用。Yang [23] 等用Angiopep-2和tLyP-1(神经纤毛蛋白-1配体)双修饰的脂质体搭载VEGF的siRNA及多西紫杉醇，发现双修饰脂质体的细胞摄取率比单修饰或无表面修饰的脂质体更高，促细胞凋亡效果更好，体内实验也表明双修饰的脂质体具有更好的抑瘤效果。Angiopep-2-紫杉醇共轭物(ANG1005)的II期临床结果显示ANG1005可以通过乳腺癌复发性脑转移患者的血脑屏障，并保持活性。Angiopep-2与蛋白类大分子结合同样能发挥促转运作用，Yainoy [24] 通过原核表达系统表达了Angiopep-2与过氧化氢酶融合蛋白CAT-AP2，CAT-AP2保持了过氧化氢酶活性并能高效的被脑微血管内皮细胞摄取。我们在将Angiopep-2融合表达到单链Fab抗体的C端后，也发现单链Fab抗体体外渗透性得到极大提高，小鼠脑内跨血脑屏障转运速率及脑内分布量得到显著提升，说明Angiopep-2能显著促进大分子跨血脑屏障转运。

3. 结论

虽然真正进入临床实验阶段的跨血脑屏障递药系统还比较有限，但脑部递药研究的一系列新发现无疑为恶性胶质瘤治疗提供了一大助力，为疾病治疗提供了新的研究方向。除直接用配体修饰治疗药物，科学家利用一种新型合成肽载体K16ApoE [25] ，修饰药物，经静脉注射后，可以与血液中某种蛋白结合形成伪配体，再于血脑屏障细胞膜表面受体结合从而发挥转运功能。血脑屏障通透性可能受Mfsd2a基因调控，MFSD2A选择性的表达在血脑屏障相关的血管上，通过抑制内皮细胞上的胞吞作用阻止物质进行跨膜运输 [26] ，这项新发现也为跨血脑屏障途径提供了新的研究思路。

基金项目

Tfr抗体介导的海藻活性组分的抗脑胶质瘤活性及机制研究(SQ2017JSKF0027)-海南省创新能力建设计划(省属科研院所技术开发专项)。

NOTES

^*通讯作者。