最新研究成果 | 清華大學(xué)藥學(xué)院錢鋒課題組在《Theranostics》發(fā)表主題為“利用巨胞飲針對(duì)KRAS突變的腫瘤進(jìn)行藥物遞送”的綜述文章
時(shí)間：2022-02-11 20:02:02學(xué)院：藥學(xué)院學(xué)校：清華大學(xué)
2022年1月1日，清華大學(xué)藥學(xué)院錢鋒課題組在藥物遞送領(lǐng)域的知名期刊《Theranostics》在線發(fā)表題為《利用巨胞飲針對(duì)KRAS突變的腫瘤進(jìn)行藥物遞送》（Exploiting macropinocytosis for drug delivery into KRAS mutant cancer）的綜述論文。KRAS 突變是最常見(jiàn)腫瘤相關(guān)基因突變之一，尤其高發(fā)于胰腺癌、肺癌和結(jié)直腸癌。長(zhǎng)期以來(lái)，KRAS 突變一直被認(rèn)為是不可成藥的靶點(diǎn)，除了針對(duì)G12C突變亞型的抑制劑成功開(kāi)發(fā)外，直接靶向 KRAS 突變的進(jìn)展仍然有限?？茖W(xué)家們嘗試?yán)肒RAS 突變細(xì)胞異常的代謝行為進(jìn)行選擇性的藥物遞送。巨胞飲作用是一種非選擇性的內(nèi)吞途徑，在 KRAS 突變的腫瘤細(xì)胞中上調(diào)，并對(duì)細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)獲取和存活增殖起著關(guān)鍵作用。研究者們觀察到多種藥物遞送系統(tǒng)可以被KRAS 突變的癌細(xì)胞通過(guò)巨胞飲作用內(nèi)吞，利用巨胞飲作用將治療藥物遞送至 KRAS 突變腫瘤細(xì)胞正在成為一種新的藥物遞送探索。論文回顧了KRAS 突變誘導(dǎo)的巨胞飲作用的腫瘤生物學(xué)研究，總結(jié)了最近利用增強(qiáng)的巨胞飲對(duì) KRAS 突變癌細(xì)胞進(jìn)行選擇性藥物遞送的研究，并討論了這種遞送策略用于抗腫瘤治療的潛在機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
?
巨胞飲
?
對(duì)細(xì)胞外物質(zhì)的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)是活細(xì)胞的基本活動(dòng)之一，是完成信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、營(yíng)養(yǎng)吸收、抗原攝取等許多重要生物學(xué)功能所必需的。主要的內(nèi)吞途徑包括巨胞飲作用（Macropinocytosis）、網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞作用、小窩介導(dǎo)的內(nèi)吞作用和網(wǎng)格蛋白/小窩非依賴的內(nèi)吞作用，不同途徑具有不同的調(diào)節(jié)機(jī)制。其中，巨胞飲作用是細(xì)胞從外部環(huán)境中攝取液體和溶質(zhì)的一種內(nèi)吞途徑，它被認(rèn)為是不依賴受體、依賴肌動(dòng)蛋白的非選擇性內(nèi)吞途徑。早在 1931 年，Warren Lewis 就從形態(tài)學(xué)上描述了這一過(guò)程：在生長(zhǎng)因子刺激下，大鼠巨噬細(xì)胞中觀察到質(zhì)膜的波浪狀片狀延伸，并演變成直徑大于 0.2 μm 的囊泡，Lewis 將這種活動(dòng)命名為胞飲作用（后來(lái)更名為巨胞飲作用），在該途徑中產(chǎn)生的囊泡稱為巨胞飲體。巨胞飲作用對(duì)Na?/H? exchangers (NHE) 抑制劑敏感，其原理是在 NHE 被抑制后，H? 滯留在細(xì)胞內(nèi)，導(dǎo)致細(xì)胞溶質(zhì) pH 值降低，繼而影響巨胞飲過(guò)程的關(guān)鍵蛋白R(shí)ac1 和 Cdc42 向質(zhì)膜的募集和激活。因此，NHE 抑制劑阿米洛利及其類似物 5-（乙基-N-異丙基）阿米洛利 (EIPA) 作為巨胞飲作用的特異性抑制劑廣泛用于鑒別巨胞飲作用。
?
KRAS突變誘導(dǎo)的巨胞飲
?
巨胞飲作用的特征之一是它可以受到生長(zhǎng)因子（包括 EGF）的刺激。RAS 位于 EGFR 信號(hào)通路的下游，可以被生長(zhǎng)因子刺激或致癌突變激活，從而刺激巨胞飲作用所必需的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，包括 Rac1、Cdc42 等。哺乳動(dòng)物細(xì)胞中存在三種RAS 亞型：HRAS、KRAS 和 NRAS。Bar-Sagi 和 Feramisco 早在 1986 年就報(bào)道了致癌 HRAS 蛋白誘導(dǎo)的巨胞飲作用。KRAS突變的不同亞型與巨胞飲作用的關(guān)系均有研究， G12C、G12D、G12V亞型在不同的研究中顯示出誘導(dǎo)巨胞飲作用的能力，但 G12R 除外。NRAS 相關(guān)巨胞飲的研究則未見(jiàn)報(bào)道。
?
巨胞飲作用是一種普遍的細(xì)胞過(guò)程，在 KRAS 突變的腫瘤細(xì)胞和正常細(xì)胞中都存在。因此，定量分析 KRAS 突變的腫瘤細(xì)胞和 KRAS 野生型的正常細(xì)胞的巨胞飲作用水平有助于理解這種“增強(qiáng)的巨胞飲作用”在多大程度上可以被用來(lái)提高藥物遞送的選擇性。迄今為止，大多數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道了采用Commisso 等人報(bào)道的方法檢測(cè)巨胞飲水平，即將細(xì)胞或組織樣品在含有 1-2 mg/mL 熒光標(biāo)記葡聚糖（一種巨胞飲的底物）的無(wú)血清培養(yǎng)基中培養(yǎng) 30 分鐘，然后使用熒光顯微鏡統(tǒng)計(jì)細(xì)胞中的平均熒光點(diǎn)數(shù)。盡管 KRAS 突變的腫瘤細(xì)胞巨胞飲作用升高已被不同實(shí)驗(yàn)室反復(fù)驗(yàn)證，但各項(xiàng)研究報(bào)道的巨胞飲水平絕對(duì)數(shù)值差異很大，目前對(duì)于KRAS 突變?cè)鰪?qiáng)巨胞飲作用的程度仍難以定論。
?
利用KRAS突變誘導(dǎo)的巨胞飲進(jìn)行藥物遞送
?
KRAS突變腫瘤細(xì)胞增強(qiáng)的巨胞飲這一生物學(xué)現(xiàn)象提示了一種潛在的藥物遞送策略：假設(shè)某個(gè)藥物遞送系統(tǒng)可以通過(guò)巨胞飲作用更多的被腫瘤細(xì)胞攝取，而更少的被正常細(xì)胞攝取，那么意味著這個(gè)藥物遞送系統(tǒng)可能存在一定的KRAS突變細(xì)胞選擇性，有望提高荷載藥物在KRAS突變細(xì)胞中的遞送效率。?
?
白蛋白相關(guān)的藥物系統(tǒng)是研究最多的巨胞飲底物之一。人血清白蛋白（HSA）是人體內(nèi)含量最豐富的血清蛋白， KRAS突變的胰腺癌細(xì)胞可以通過(guò)巨胞飲作用攝取胞外白蛋白并將其降解為氨基酸，作為重要的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源。有研究表明，將小分子藥物阿霉素與天然白蛋白共價(jià)偶聯(lián)，可以模擬白蛋白的內(nèi)吞和細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程，從而利用增強(qiáng)的巨胞飲作用擴(kuò)大細(xì)胞毒性藥物在KRAS 突變胰腺癌腫瘤模型中的治療窗口。Abraxane?是白蛋白結(jié)合型紫杉醇（nab-PTX），目前與吉西他濱聯(lián)合用作晚期胰腺癌的一線治療。有研究在肺癌的轉(zhuǎn)基因腫瘤模型中，通過(guò)EIPA 抑制實(shí)驗(yàn)和 nab-PTX 與熒光葡聚糖的亞細(xì)胞共定位實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了KRASG12D 的腫瘤細(xì)胞對(duì) nab-PTX 的巨胞飲攝??；該研究還發(fā)現(xiàn)，在KRAS野生型的腫瘤細(xì)胞中的誘導(dǎo)瞬時(shí)的 KRASG12D 過(guò)表達(dá)增強(qiáng)了 nab-PTX 的攝取。除了小分子外，白蛋白也被用于遞送蛋白質(zhì)/肽類藥物，多項(xiàng)研究報(bào)道了白蛋白與治療性蛋白/肽的融合蛋白也可以通過(guò)巨胞飲的方式進(jìn)入KRAS突變的腫瘤細(xì)胞。除了白蛋白相關(guān)的藥物遞送系統(tǒng)外，研究者們還報(bào)道了不同的藥物遞送載體，可以被 KRAS 突變的腫瘤細(xì)胞通過(guò)巨胞飲作用內(nèi)吞，包括脂質(zhì)、高分子聚合物、外泌體和無(wú)機(jī)納米顆粒等，如圖1。
圖1 通過(guò)巨胞飲機(jī)制被KRAS突變細(xì)胞內(nèi)吞的藥物遞送系統(tǒng)
?
挑戰(zhàn)與展望
?
多項(xiàng)獨(dú)立研究表明，KRAS 突變的腫瘤細(xì)胞具有增強(qiáng)的巨胞飲作用，這些細(xì)胞通過(guò)巨胞飲作用內(nèi)吞胞外蛋白質(zhì)并將其降解為氨基酸，為腫瘤細(xì)胞的生物合成提供營(yíng)養(yǎng)來(lái)源。除了胞外蛋白，許多藥物遞送載體也可以通過(guò)巨胞飲作用進(jìn)入 KRAS 突變的腫瘤細(xì)胞，這些發(fā)現(xiàn)鼓勵(lì)研究者們嘗試?yán)镁薨嬜饔脤⑺幬镞x擇性地輸送到KRAS 突變的腫瘤細(xì)胞中。要將這種藥物遞送策略往臨床應(yīng)用推進(jìn)，仍然面臨一些未知和挑戰(zhàn)：①人們對(duì)巨胞飲過(guò)程在分子層面的認(rèn)識(shí)仍然有限。目前用于鑒定一個(gè)藥物遞送載體是否通過(guò)巨胞飲機(jī)制內(nèi)吞，僅有的手段是使用EIPA抑制劑，這種方法的特異性和準(zhǔn)確性不足。因此，非常需要開(kāi)發(fā)高度特異的化學(xué)和遺傳干擾工具用于識(shí)別巨胞飲作用；而這依賴于巨胞飲過(guò)程在分子層面的研究。②缺乏實(shí)時(shí)、定量的體內(nèi)巨胞飲水平檢測(cè)方法。腫瘤患者是高度異質(zhì)性的，并非所有患者都能受益于這種藥物遞送策略，如何準(zhǔn)確方便的檢測(cè)每位患者腫瘤細(xì)胞的巨胞飲水平可能是轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究的需要解決的技術(shù)障礙。③除了KRAS突變的腫瘤細(xì)胞外，一些特殊的細(xì)胞類型如巨噬細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞，也存在活躍的巨胞飲，這表明基于巨胞飲的藥物遞送策略可能存在脫靶效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。思考這些挑戰(zhàn)，并通過(guò)精心設(shè)計(jì)的研究尋求解決方案將真正幫助我們了解巨胞飲，從而指導(dǎo)藥物遞送系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，為這種藥物遞送策略未來(lái)的臨床應(yīng)用鋪平道路。
?
?
對(duì)細(xì)胞外物質(zhì)的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)是活細(xì)胞的基本活動(dòng)之一，是完成信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、營(yíng)養(yǎng)吸收、抗原攝取等許多重要生物學(xué)功能所必需的。主要的內(nèi)吞途徑包括巨胞飲作用（Macropinocytosis）、網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞作用、小窩介導(dǎo)的內(nèi)吞作用和網(wǎng)格蛋白/小窩非依賴的內(nèi)吞作用，不同途徑具有不同的調(diào)節(jié)機(jī)制。其中，巨胞飲作用是細(xì)胞從外部環(huán)境中攝取液體和溶質(zhì)的一種內(nèi)吞途徑，它被認(rèn)為是不依賴受體、依賴肌動(dòng)蛋白的非選擇性內(nèi)吞途徑。早在 1931 年，Warren Lewis 就從形態(tài)學(xué)上描述了這一過(guò)程：在生長(zhǎng)因子刺激下，大鼠巨噬細(xì)胞中觀察到質(zhì)膜的波浪狀片狀延伸，并演變成直徑大于 0.2 μm 的囊泡，Lewis 將這種活動(dòng)命名為胞飲作用（后來(lái)更名為巨胞飲作用），在該途徑中產(chǎn)生的囊泡稱為巨胞飲體。巨胞飲作用對(duì)Na?/H? exchangers (NHE) 抑制劑敏感，其原理是在 NHE 被抑制后，H? 滯留在細(xì)胞內(nèi)，導(dǎo)致細(xì)胞溶質(zhì) pH 值降低，繼而影響巨胞飲過(guò)程的關(guān)鍵蛋白R(shí)ac1 和 Cdc42 向質(zhì)膜的募集和激活。因此，NHE 抑制劑阿米洛利及其類似物 5-（乙基-N-異丙基）阿米洛利 (EIPA) 作為巨胞飲作用的特異性抑制劑廣泛用于鑒別巨胞飲作用。
?
KRAS突變誘導(dǎo)的巨胞飲
?
巨胞飲作用的特征之一是它可以受到生長(zhǎng)因子（包括 EGF）的刺激。RAS 位于 EGFR 信號(hào)通路的下游，可以被生長(zhǎng)因子刺激或致癌突變激活，從而刺激巨胞飲作用所必需的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，包括 Rac1、Cdc42 等。哺乳動(dòng)物細(xì)胞中存在三種RAS 亞型：HRAS、KRAS 和 NRAS。Bar-Sagi 和 Feramisco 早在 1986 年就報(bào)道了致癌 HRAS 蛋白誘導(dǎo)的巨胞飲作用。KRAS突變的不同亞型與巨胞飲作用的關(guān)系均有研究， G12C、G12D、G12V亞型在不同的研究中顯示出誘導(dǎo)巨胞飲作用的能力，但 G12R 除外。NRAS 相關(guān)巨胞飲的研究則未見(jiàn)報(bào)道。
?
巨胞飲作用是一種普遍的細(xì)胞過(guò)程，在 KRAS 突變的腫瘤細(xì)胞和正常細(xì)胞中都存在。因此，定量分析 KRAS 突變的腫瘤細(xì)胞和 KRAS 野生型的正常細(xì)胞的巨胞飲作用水平有助于理解這種“增強(qiáng)的巨胞飲作用”在多大程度上可以被用來(lái)提高藥物遞送的選擇性。迄今為止，大多數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道了采用Commisso 等人報(bào)道的方法檢測(cè)巨胞飲水平，即將細(xì)胞或組織樣品在含有 1-2 mg/mL 熒光標(biāo)記葡聚糖（一種巨胞飲的底物）的無(wú)血清培養(yǎng)基中培養(yǎng) 30 分鐘，然后使用熒光顯微鏡統(tǒng)計(jì)細(xì)胞中的平均熒光點(diǎn)數(shù)。盡管 KRAS 突變的腫瘤細(xì)胞巨胞飲作用升高已被不同實(shí)驗(yàn)室反復(fù)驗(yàn)證，但各項(xiàng)研究報(bào)道的巨胞飲水平絕對(duì)數(shù)值差異很大，目前對(duì)于KRAS 突變?cè)鰪?qiáng)巨胞飲作用的程度仍難以定論。
?
利用KRAS突變誘導(dǎo)的巨胞飲進(jìn)行藥物遞送
?
KRAS突變腫瘤細(xì)胞增強(qiáng)的巨胞飲這一生物學(xué)現(xiàn)象提示了一種潛在的藥物遞送策略：假設(shè)某個(gè)藥物遞送系統(tǒng)可以通過(guò)巨胞飲作用更多的被腫瘤細(xì)胞攝取，而更少的被正常細(xì)胞攝取，那么意味著這個(gè)藥物遞送系統(tǒng)可能存在一定的KRAS突變細(xì)胞選擇性，有望提高荷載藥物在KRAS突變細(xì)胞中的遞送效率。?
?
白蛋白相關(guān)的藥物系統(tǒng)是研究最多的巨胞飲底物之一。人血清白蛋白（HSA）是人體內(nèi)含量最豐富的血清蛋白， KRAS突變的胰腺癌細(xì)胞可以通過(guò)巨胞飲作用攝取胞外白蛋白并將其降解為氨基酸，作為重要的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源。有研究表明，將小分子藥物阿霉素與天然白蛋白共價(jià)偶聯(lián)，可以模擬白蛋白的內(nèi)吞和細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程，從而利用增強(qiáng)的巨胞飲作用擴(kuò)大細(xì)胞毒性藥物在KRAS 突變胰腺癌腫瘤模型中的治療窗口。Abraxane?是白蛋白結(jié)合型紫杉醇（nab-PTX），目前與吉西他濱聯(lián)合用作晚期胰腺癌的一線治療。有研究在肺癌的轉(zhuǎn)基因腫瘤模型中，通過(guò)EIPA 抑制實(shí)驗(yàn)和 nab-PTX 與熒光葡聚糖的亞細(xì)胞共定位實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了KRASG12D 的腫瘤細(xì)胞對(duì) nab-PTX 的巨胞飲攝??；該研究還發(fā)現(xiàn)，在KRAS野生型的腫瘤細(xì)胞中的誘導(dǎo)瞬時(shí)的 KRASG12D 過(guò)表達(dá)增強(qiáng)了 nab-PTX 的攝取。除了小分子外，白蛋白也被用于遞送蛋白質(zhì)/肽類藥物，多項(xiàng)研究報(bào)道了白蛋白與治療性蛋白/肽的融合蛋白也可以通過(guò)巨胞飲的方式進(jìn)入KRAS突變的腫瘤細(xì)胞。除了白蛋白相關(guān)的藥物遞送系統(tǒng)外，研究者們還報(bào)道了不同的藥物遞送載體，可以被 KRAS 突變的腫瘤細(xì)胞通過(guò)巨胞飲作用內(nèi)吞，包括脂質(zhì)、高分子聚合物、外泌體和無(wú)機(jī)納米顆粒等，如圖1。
圖1 通過(guò)巨胞飲機(jī)制被KRAS突變細(xì)胞內(nèi)吞的藥物遞送系統(tǒng)
挑戰(zhàn)與展望
?
多項(xiàng)獨(dú)立研究表明，KRAS 突變的腫瘤細(xì)胞具有增強(qiáng)的巨胞飲作用，這些細(xì)胞通過(guò)巨胞飲作用內(nèi)吞胞外蛋白質(zhì)并將其降解為氨基酸，為腫瘤細(xì)胞的生物合成提供營(yíng)養(yǎng)來(lái)源。除了胞外蛋白，許多藥物遞送載體也可以通過(guò)巨胞飲作用進(jìn)入 KRAS 突變的腫瘤細(xì)胞，這些發(fā)現(xiàn)鼓勵(lì)研究者們嘗試?yán)镁薨嬜饔脤⑺幬镞x擇性地輸送到KRAS 突變的腫瘤細(xì)胞中。要將這種藥物遞送策略往臨床應(yīng)用推進(jìn)，仍然面臨一些未知和挑戰(zhàn)：①人們對(duì)巨胞飲過(guò)程在分子層面的認(rèn)識(shí)仍然有限。目前用于鑒定一個(gè)藥物遞送載體是否通過(guò)巨胞飲機(jī)制內(nèi)吞，僅有的手段是使用EIPA抑制劑，這種方法的特異性和準(zhǔn)確性不足。因此，非常需要開(kāi)發(fā)高度特異的化學(xué)和遺傳干擾工具用于識(shí)別巨胞飲作用；而這依賴于巨胞飲過(guò)程在分子層面的研究。②缺乏實(shí)時(shí)、定量的體內(nèi)巨胞飲水平檢測(cè)方法。腫瘤患者是高度異質(zhì)性的，并非所有患者都能受益于這種藥物遞送策略，如何準(zhǔn)確方便的檢測(cè)每位患者腫瘤細(xì)胞的巨胞飲水平可能是轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究的需要解決的技術(shù)障礙。③除了KRAS突變的腫瘤細(xì)胞外，一些特殊的細(xì)胞類型如巨噬細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞，也存在活躍的巨胞飲，這表明基于巨胞飲的藥物遞送策略可能存在脫靶效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。思考這些挑戰(zhàn)，并通過(guò)精心設(shè)計(jì)的研究尋求解決方案將真正幫助我們了解巨胞飲，從而指導(dǎo)藥物遞送系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，為這種藥物遞送策略未來(lái)的臨床應(yīng)用鋪平道路。
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁(yè)的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開(kāi)發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其真實(shí)性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺(tái)，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們及時(shí)修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com