順鉑是中心以二價鉑同兩個氯原子和兩個氨分子結合的重金屬絡合物，類似于雙功能烷化劑，可抑制DNA的復制過程。目前，順鉑和其他各種Pt（II）抗癌藥物被臨床上廣泛用于治療食道癌、惡性淋巴瘤等患者。但是，在長期使用后，會出現嚴重的耐藥性。主要存在以下幾種降低治療效果的途徑：
- 1）血液中血清白蛋白等蛋白質會使順鉑失活；
- 2）順鉑分子不能被耐順鉑的癌細胞有效地吸收；
- 3）細胞內金屬硫蛋白（MT）和谷胱甘肽（GSH）等生物分子可以強烈結合和隔離順鉑；
- 4）被順鉑破壞的癌細胞DNA可以被蛋白質修復。
針對上述失效途徑，研究人員開發(fā)了以下策略：
- （1）開發(fā)在癌細胞中釋放順鉑的Pt(IV)前藥，可以最大程度減少DNA結合前與生物分子發(fā)生的不良副反應；
- （2）將順鉑與其他抗癌藥物（5-氟尿嘧啶等）聯合使用，利用不同藥物的不同抗癌機制來增強治療效果；
- （3）使用納米載體靶向遞送順鉑，可以延長血液循環(huán)時間、更多在腫瘤組織處累積和按需釋藥。雖然上述策略有效阻止了順鉑的某些失活途徑，但是難以同時克服多個失活途徑。
近日，國家納米科學中心的梁興杰研究員和中國科學技術大學的吳思教授（共同通訊作者）合作報道了一種具有雙響應性Pt(IV)/Ru(II)的雙功能聚合物（PolyPt/Ru），克服了順鉑的多個失活途徑。并且在患者源異種移植（PDX）小鼠模型中，作者測試了PolyPt/Ru治療耐順鉑腫瘤的效果（圖1）。PolyPt/Ru是一種具有疏水性Pt(IV)/Ru(II)雙金屬嵌段和兩個親水性聚乙二醇（PEG）嵌段的ABA型三嵌段聚合物。其中，疏水性嵌段中的Pt(IV)部分是在細胞內還原環(huán)境中產生順鉑的前藥。將Ru(II)配合物摻入疏水嵌段中，因為Ru(II)配合物在光照射下可以產生單線態(tài)氧（1O2），并發(fā)生配體取代。但是，Ru(II)配合物通常對無光照的組織無毒，而在光活化后會對癌細胞產生毒性，進而提高對癌癥治療的選擇性。因此，PolyPt/Ru中的Ru(II)部分可產生1O2用于光動力療法（PDT），并釋放抗癌Ru(II)配合物以用于光激活化學療法（PACT）。
此外，作者使用了親水性和生物相容性的PEG嵌段，以延長血液循環(huán)時間并抑制使金屬藥物失活的蛋白質的非特異性吸附。將PolyPt/Ru自組裝形成納米顆粒，在腫瘤部位聚集，被耐順鉑細胞吸收，并在胞內還原性微環(huán)境中釋放順鉑。在紅光照射下，PolyPt/Ru產生1O2，并引起Ru(II)部分降解，以釋放抗癌Ru(II)配合物，因而釋放的順鉑和Ru(II)配合物以及產生的1O2協同殺死耐順鉑的腫瘤。因此，PolyPt/Ru不僅克服多個失活途徑，而且其光活化僅發(fā)生在受輻照的腫瘤組織上，進一步提高了癌癥治療的選擇性。研究成果以題為“Fighting against Drug-Resistant Tumors using a Dual-Responsive Pt(IV)/Ru(II) Bimetallic Polymer”發(fā)表在Adv. Mater.上。
圖1、PolyPt/Ru的合成和作用示意圖
PolyPt/Ru的表征
作者制備了水溶性PolyPt/Ru納米顆粒。透射電子顯微鏡（TEM）和動態(tài)光散射（DLS）表明，PolyPt/Ru的平均直徑為90 nm，平均流體動力學直徑為111 nm。在紅光照射后，出現了直徑為56和269 nm的光產物，表明PolyPt/Ru降解為較小尺寸的片段和一些較大尺寸的光產物疏水聚集體。在GSH處理后，出現類似的DLS信號。但在光和GSH的組合處理后，較小的碎片消失，并形成較大的聚集體。此外，作者利用195Pt NMR波譜分析了[Pt(NH3)2Cl2(AAE)2](TFA)2的還原反應機制。[Pt(NH3)2Cl2(AAE)2](TFA)2的化學位移位于1067.1 ppm，順鉑和還原產物的化學位移均為1194.7 ppm，說明還原產物為順鉑。195Pt NMR結果顯示，通過GSH處理[Pt(NH3)2Cl2(AAE)2](TFA)2后也產生順鉑。
圖2、PolyPt/Ru的理化表征
體外實驗
接著，作者研究了耐順鉑癌細胞對PolyPt/Ru納米顆粒的攝取。在黑暗中，將耐藥A549-DDP和7404-CP20細胞與PolyPt/Ru納米顆粒孵育6 h。在孵育6 h后，A549-DDP和7404-CP20細胞的攝取率分別為76.4%和54.4%，說明PolyPt/Ru被細胞有效吸收。在黑暗中，細胞存活率隨PolyPt/Ru濃度的增加而降低。當Ru(II)和Pt(IV)濃度分別為128和40 g/mL時，A549-DDP和7404-CP20細胞的存活率分別降到31%和42%。此外，光照射進一步降低了癌細胞的存活率。利用綠色熒光探針檢測A549-DDP和7404-CP20細胞，在PolyPt/Ru和探針沒有被紅光照射時，未觀察到綠色熒光。但是，當PolyPt/Ru和探針被紅光照射時，觀察到綠色熒光。
圖3、PolyPt/Ru的細胞實驗
體內實驗
作者從尾靜脈向帶有PDX腫瘤小鼠注射了PolyPt/Ru納米顆粒。在小鼠模型中，在4 h僅有微弱的信號，在12 h時腫瘤部位的熒光達到最大值，表明PolyPt/Ru有效地聚集在腫瘤部位。但是，注射鹽水的對照小鼠沒有熒光。在PolyPt/Ru靜脈注射到小鼠模型中12 h后，作者用671 nm激光照射腫瘤20 min（PolyPt/Ru+光照組）。同時存在給PDX荷瘤小鼠注射生理鹽水（對照組）、用光照射PDX荷瘤小鼠（光照組）、給PDX腫瘤小鼠注射等劑量的順鉑（順鉑組）和給PDX腫瘤小鼠注射PolyPt/Ru（PolyPt/Ru組）四組實驗。只有PolyPt/Ru+光照組的腫瘤生長受到明顯抑制，表明該治療的協同作用改善了抗癌性能。在離體腫瘤稱量時，PolyPt/Ru+光照組的平均腫瘤重量明顯輕于其它四組。
圖3、PolyPt/Ru的小鼠體內實驗
總之，作者合成的雙響應性雙金屬聚合物（PolyPt/Ru），同時克服了順鉑的多個失活途徑。PolyPt/Ru在耐順鉑腫瘤中表現出優(yōu)異的抑制能力。該研究表明，設計具有多響應性的多金屬聚合物是治療耐藥性腫瘤的一種新策略。此外，文中的設計原理為設計其它的多金屬聚合物提供了基礎。
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