吴昊星研究员团队在Nature Communications上发文: 证明构建生物正交可激活前药一体化方法的肿瘤治疗效果

近日，我院放射影像研究中心吴昊星研究员团队在Nature Communications（IF：16.6）发表题为“An all-in-one tetrazine reagent for cysteine-selective labeling and biorthogonal activable prodrug construction”的研究论文。研究构建了一类生物正交可激活的多肽-前药偶联物（PDC）的新方法，并在小动物肿瘤模型上证明了该前药设计方法的治疗效果和安全性。

前药设计策略为提高药物治疗窗和扩大药物靶点提供了有力的解决方案。然而，目前的前药激活主要依赖于内源性的刺激因子进行响应（如肿瘤微环境相对较高的酶、GSH响应等），而正常细胞中的该类内源性物质可能会导致药物的非靶释放和全身毒性。因此，更具特异性的外源性刺激响应前药释放策略受到越来越多研究者的关注。生物正交裂解反应是一类不干扰生命系统正常运作、只有相应的生物正交反应物才能触发的特异性强、温和、快速的反应，将此反应用于前药的激活，则允许在特定的部位精准释放药物从而提高治疗窗口。

研究者报道了一类烯基四嗪衍生物（voTz）作为一体化试剂，一端可模块化地与药物活性官能团相连，获得前药分子；乙烯基部分可化学选择性地标记多肽半胱氨酸侧链巯基，从而制备生物正交可激活的多肽-前药偶联物（PDC）。这些稳定的PDC可以选择性地与靶细胞结合，促进前药摄取；随后的生物正交断键反应可以实现前药激活。该策略在对肿瘤细胞的药效和对正常细胞安全性方面都优于传统小分子母药（图1）。

图1 生物正交可激活PDC设计策略

研究团队首先以模型探针筛选出了前药构建的最优条件，并合成获得了多种多肽偶联物。这些多肽偶联物均具有良好的自组装性能、稳定性、快速生物正交动力学特征和良好的释药能力。随后研究者利用RGD-FL的荧光性质实现了在其在活细胞内逐步进行药物释放的过程。在此基础上，进一步探索了前药RGD-Dox和RGD-SN-38对肿瘤细胞的杀伤效果。结果表明，这种生物正交前药激活策略对靶细胞的治疗效果和对正常非靶细胞的安全性均高于传统小分子母药（图2）。

图2 PDC细胞层面药物释放研究

在细胞层面得到药效验证后，研究者探索了RGD-Dox对皮下B16F10黑色素瘤模型小鼠的肿瘤抑制效果。4个疗程后，与PBS对照组相比，Dox组一定程度上抑制了肿瘤生长，但导致了小鼠体重的明显下降，HE染色也显示出轻微的心脏毒性；相比之下，可激活的PDC治疗组的小鼠可以维持稳定体重，同时显示出显著肿瘤生长抑制，抑制率高达87.6%，进一步表明这一前药激活策略在治疗方面的优越疗效和安全性（图3）。

图3 PDC活体层面治疗效果研究

我院2020级直博生贺欣羽为第一作者；吴昊星研究员为通讯作者；我院为第一作者单位。研究主要受到国家自然科学基金、四川大学医工交叉合作基金、我院1·3·5青年人才计划等项目资助。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-47188-6