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華東理工劉潤輝教授課題組 JACS:化療藥物與膜裂解抗腫瘤β-多肽聚合物的協(xié)同組合可逆轉(zhuǎn)腫瘤耐藥性
2024-04-12  來源:高分子科技

  腫瘤對化療藥物產(chǎn)生的多藥耐藥性和交叉耐藥性仍然是癌癥治愈的主要障礙。目前,單一療法只能暫時(shí)緩解腫瘤的進(jìn)展,無法避免抗癌藥物耐藥性的出現(xiàn)。為了解決腫瘤耐藥性難題,一種有效策略是將現(xiàn)有的兩種或多種化療藥物聯(lián)合使用,以減少藥物用量并獲得更好的治療效果。然而,由于單個(gè)化療藥物固有的耐藥性以及腫瘤細(xì)胞對多種藥物組合的交叉耐藥性,現(xiàn)有的藥物組合也出現(xiàn)了耐藥性問題。因此,迫切需要尋求新型治療藥物和現(xiàn)有化療藥物的協(xié)同組合能逆轉(zhuǎn)化療藥物的耐藥性并減輕耐藥性的產(chǎn)生。


  近期,劉潤輝教授課題組提出了一種通用和有效的新型抗癌協(xié)同策略,即利用化療藥物與膜裂解抗腫瘤β-多肽聚合物分子的協(xié)同組合逆轉(zhuǎn)化療藥物耐藥性,以解決腫瘤耐藥性難題。膜裂解抗腫瘤β-多肽聚合物與多種化療藥物對多種多藥耐藥腫瘤細(xì)胞具有高效協(xié)同活性,并在小鼠多藥耐藥腫瘤中展示出顯著的治療效果。更重要的是,重復(fù)使用這類協(xié)同組合不會(huì)導(dǎo)致癌細(xì)胞產(chǎn)生耐藥性,這標(biāo)志著在耐藥腫瘤治療方面取得了突破性進(jìn)展。該成果以Reversing Anticancer Drug Resistance by Synergistic Combination of Chemotherapeutics and Membranolytic Antitumor β-Peptide Polymer為題發(fā)表在Journal of the American Chemical SocietyDOI: 10.1021/jacs.4c00434。


  導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞耐藥性的最主要的原因之一是藥物外排泵導(dǎo)致的藥物外流增加,使藥物在腫瘤細(xì)胞內(nèi)的積累濃度有限,因而不能有效地殺死腫瘤細(xì)胞。促進(jìn)藥物的細(xì)胞攝取和減少藥物外排這兩種策略都能增加細(xì)胞內(nèi)的藥物積累,從而克服這種耐藥機(jī)制。宿主防御肽可以通過增加細(xì)胞膜的通透性并導(dǎo)致細(xì)胞裂解,誘導(dǎo)癌細(xì)胞死亡。其中一些宿主防御肽還有可能增強(qiáng)化療藥物對癌細(xì)胞的活性。因此,宿主防御肽可能成為傳統(tǒng)化療藥物的重要輔助藥物。


  劉潤輝教授課題組在前期研究中通過設(shè)計(jì)宿主防御肽的合成模擬物,開發(fā)出了一類抗多藥耐藥腫瘤的β-肽聚合物J. Am. Chem. Soc. 2022, 144(16): 7283-7294。這些β-肽聚合物對多藥耐藥癌細(xì)胞具有高效且廣譜的抗癌活性,并且通過裂解機(jī)制殺死癌細(xì)胞,因此重復(fù)使用不會(huì)導(dǎo)致癌細(xì)胞產(chǎn)生耐藥性。這啟發(fā)作者提出設(shè)想:β-肽聚合物可以通過增加細(xì)胞膜的通透性來促進(jìn)化療藥物的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn),從而增加藥物攝取和細(xì)胞內(nèi)藥物積累。因此,作者進(jìn)一步探索抗腫瘤β-肽聚合物和多種化療藥物協(xié)同作用。研究發(fā)現(xiàn)抗腫瘤β-肽聚合物和多種化療藥物具有廣譜且高效的協(xié)同作用,逆轉(zhuǎn)多藥耐藥癌細(xì)胞對多種化療藥物的耐藥性。β-肽聚合物和阿霉素的協(xié)同組合在小鼠多藥耐藥黑色素瘤和耐原位乳腺模型中都顯著改善了阿霉素的治療效果。值得注意的是,癌細(xì)胞不會(huì)對β-肽聚合物和阿霉素的協(xié)同組合產(chǎn)生耐藥性。因此,β-肽聚合物和化療藥物的協(xié)同策略為耐藥腫瘤治療和逆轉(zhuǎn)腫瘤耐藥性提供了新思路(圖1。 


1 化療藥物與膜裂解抗腫β-多肽聚合物的協(xié)同組合逆轉(zhuǎn)化療藥物耐藥性示意圖。


  本研究首先測試了β-聚合物MM60CO40多種化療藥物的協(xié)同作用。MTT測試表明,MM60CO40?化療藥物組合可顯著降低阿霉素(DOX)、表阿霉素(EPI)、多烯紫杉醇(DOC)以及紫杉醇(PTX對耐藥癌細(xì)胞B16/DOXMCF-7/DOX4T1/DOXIC50(圖2a-e,提高化療藥物對耐藥癌細(xì)胞的活性,逆轉(zhuǎn)化療藥物耐藥性。值得注意的是,在多次重復(fù)使用后,B16/DOX細(xì)胞對MM60CO40?DOX組合沒有產(chǎn)生耐藥性,IC50保持不變;相反,B16/DOX細(xì)胞對單獨(dú)DOX產(chǎn)生了嚴(yán)重的耐藥性,IC50急劇上升(圖2f)。并且,MM60CO40?DOX組合對多次刺激后的B16/DOX細(xì)胞依然保持高效協(xié)同抗癌活性(圖2g,h)。 


2 MM60CO40和化療藥物組合對多藥耐藥癌細(xì)胞的協(xié)同作用。


  根據(jù)Chou-Talalay方法計(jì)算得到協(xié)同指數(shù)(CI)值,如果CI值小于1,則認(rèn)為藥物組合具有協(xié)同作用。結(jié)果表明,MM60CO40與四種化療藥物DOXEPI、DOCPTX多種耐藥癌細(xì)胞在廣泛的抑制率(Fa)范圍內(nèi)的CI值小于1(圖3,表明MM60CO40多種化療藥物廣譜且高效的協(xié)同作用。 


MM60CO40和化療藥物組合對多藥耐藥癌細(xì)胞的協(xié)同指數(shù)(CI


  機(jī)理研究表明,MM60CO40通過作用于癌細(xì)胞膜,造成細(xì)胞膜擾動(dòng),增加細(xì)胞膜的通透性,顯著提高了多藥耐藥癌細(xì)胞對化療藥物的胞內(nèi)攝取,進(jìn)而增強(qiáng)了化療藥物對多藥耐藥細(xì)胞的抗癌活性(圖4)。這得益于MM60CO40的膜裂解作用機(jī)制,并與作者的前期設(shè)想一致。 


MM60CO40和化療藥物組合的協(xié)同機(jī)制研究。


  動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相比單獨(dú)的DOX治療組,β-多肽聚合MM60CO40DOX的協(xié)同組合能夠顯著抑制小鼠多藥耐藥黑色素瘤(B16/DOX)和耐藥原位乳腺癌(4T1/DOX)的生長,對多藥耐藥黑色素瘤的平均抑制率達(dá)到94%。腫瘤組織切片的H&E染色結(jié)果也證明了協(xié)同組合治療組顯示出更嚴(yán)重的腫瘤組織壞死(圖5)。 


MM60CO40DOX的協(xié)同組合顯著抑制小鼠多藥耐藥黑色素瘤


  華東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生邵寧是該論文的第一作者,劉潤輝教授為通訊作者。該成果得到了國家自然科學(xué)基金委等基金的資助。


  論文鏈接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c00434

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