仿生礦化鐵蛋白用于實體腫瘤靶向遞送研究取得新進展

　　鐵蛋白（Fn）是一種具有獨特空腔和孔道結構的內源性蛋白，可以作為天然的藥物載體。腫瘤細胞表面通常高表達鐵蛋白受體，借助該識別途徑可實現藥物向腫瘤細胞的靶向遞送。然而，鐵蛋白受體在肝臟等正常組織也會非特異性表達，影響了鐵蛋白向實體腫瘤遞送藥物的效率。近日，過程工程所生化工程國家重點實驗室魏煒研究員團隊提出利用仿生礦化策略使鐵蛋白表面生長出磷酸鈣外殼，借助“隱形”作用避免了肝臟過表達鐵蛋白受體產生的截留效應，提高了實體腫瘤的靶向能力。該體系還可以協同調控實體腫瘤內微環境，并可按需裝載不同種類的抗腫瘤藥物，在多種小鼠模型上顯著提高治療效果。相關工作發表于Advanced Materials上（DOI: 10.1002/adma.202107150）。

　　該團隊首先收集臨床樣本，通過免疫熒光染色證實鐵蛋白受體在實體腫瘤和肝臟中均有較高的表達水平，并通過實驗證實這種非特異性表達會帶來肝臟的截留效應，降低鐵蛋白向實體腫瘤的富集。為了解決上述難題，研究團隊提出了仿生礦化的新策略，在鐵蛋白表面原位生長出生物安全性好的磷酸鈣“隱形外殼”。以此獲得的礦化鐵蛋白（Fn@CaP）靜脈注射后成功屏蔽了肝臟中鐵蛋白受體的識別作用，顯著降低了肝臟的截留效應，并增加了向實體腫瘤的富集。

　　圖 1 肝臟對鐵蛋白的截留效應、Fn@CaP的構建及其靶向性分析。（a）腫瘤和肝臟組織鐵蛋白受體表達水平的免疫熒光分析（標尺：左圖2 mm；右圖100 μm）；（b）Fn的體內分布成像；（c）Fn和Fn@CaP的TEM圖像（標尺：30 nm）；（d）Fn@CaP的元素分布（標尺：10 nm）和能譜分析；（e）Fn@CaP的體內分布成像；（f）Fn和Fn@CaP的腫瘤和肝臟熒光比值變化曲線

　　當Fn@CaP到達實體腫瘤后，還可以顯著調節腫瘤微環境。首先，腫瘤細胞代謝產生的乳酸使得磷酸鈣外殼溶解，這個過程會消耗氫離子，進而有效改善腫瘤酸性微環境。其次，酸性微環境的改善可以促進M2型巨噬細胞向M1型極化，從而改善腫瘤免疫抑制微環境。另外，磷酸鈣外殼溶解產生的大量鈣離子還可以進一步促進腫瘤的鈣化。

　　圖 2 仿生礦化鐵蛋白腫瘤微環境調節分析。（a）小鼠腫瘤組織多光譜成像圖及其對應的pH值統計；（b）瘤內M1和M2細胞比例的流式分析；（c）小鼠瘤內鈣化的CT成像及信號統計

　　除了上述功能，Fn@CaP載體還可以按需裝載不同的抗腫瘤藥物。例如，Fn內腔可以基于原位成核方式高效裝載化療藥物三價砷，在患者來源的異種移植瘤（PDX）模型中有效抑制腫瘤的生長。進一步，磷酸鈣外殼可通過配位方式高效負載光敏劑吲哚菁綠（ICG），借助化療和光熱治療的聯合，在PDX模型中完全抑制難治型腫瘤的生長。

　　圖 3 Fn@CaP按需裝載不同藥物后在PDX模型中的藥效分析。（a）內腔裝載三價砷的Fn@CaP用于PDX治療的藥效評價示意圖；（b）小鼠腫瘤生長曲線；（c）小鼠腫瘤重量統計；（d）小鼠生存曲線；（e）外殼裝載ICG且內腔裝載三價砷的Fn@CaP用于難治型PDX治療的藥效評價示意圖；（f）小鼠腫瘤生長曲線；（g）小鼠生存曲線

　　近五年，過程工程所生化工程國家重點實驗室魏煒研究員提出了仿生劑型工程的新策略，基于蛋白、細菌、細胞等體內組分發現和創制了一系列仿生遞送新劑型，借助固有的天然路徑實現體內的精準遞送，在動物模型上成功用于靶向治療、免疫治療和個體化治療，并且部分劑型已通過醫院倫理批準進入個體化臨床前和臨床研究。相關工作相繼發表于Nat Nanotechnol 2021, doi: 10.1038/s41565-021-00980-7、Nat Biomed Eng 2021, 5, 414、Nat Biomed Eng 2021, 5, 968、Sci Transl Med, 2021, 13, eabb6981、Sci Adv 2021, 7, eabd7614、Sci Adv 2021, 7, eaba2458、Sci Adv 2020, 6, eaay7735、Sci Adv 2019, 5, eaaw3192、Nat Commun 2021, 12, 6399、Nat Commun 2017, 8, 14537、Nat Commun 2019, 10, 5165、Adv Mater 2020, 32, 2002085、Adv Mater 2020, 32, 2002940等期刊上。

　　生化工程國家重點實驗室博士生王昌龍為本論文第一作者，魏煒研究員為通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金和國家重點研發計劃項目的支持。

　　（生物劑型與生物材料研究部）