CN109675015B

CN109675015B - 化疗增敏多肽聚集体及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN109675015B
Application number: CN201811481346.2A
Authority: CN
Inventors: 徐万海; 王浩; 王子琦; 安红维; 侯大勇
Original assignee: Harbin Medical University
Current assignee: Harbin Medical University
Priority date: 2018-12-05
Filing date: 2018-12-05
Publication date: 2021-02-23
Anticipated expiration: 2038-12-05
Also published as: CN109675015A

Abstract

本发明公开了一种化疗增敏多肽聚集体及其制备方法和应用，所述的多肽组合由两段功能不同的多肽片段组成，其中一段具靶向识别功能，另一段包含组装单元并具有组装驱动功能，两段多肽能通过高效点击反应自组装形成具有化疗增敏作用的多肽聚集体。本发明公开的方法可以通过特定的设计使多肽在靶标部位聚集，通过在靶向部位的聚集行为提高多肽的滞留能力，同时多肽的聚集体能够扰动细胞膜促进癌细胞对化疗药物的摄取。本发明通过对多肽聚集体的设计和适应症的选取，为该多肽聚集体的转化和发展提供了新思路，同时也对癌细胞，特别是耐药癌细胞的化疗提供了新的治疗手段。

Description

化疗增敏多肽聚集体及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种化疗增敏多肽聚集体及其制备方法。本发明属于医药技术领域。

背景技术

化疗是化学药物治疗的简称，能够通过杀灭癌细胞达到治疗癌症的目的。化疗是目前治疗癌症最有效的手段之一，和手术、放疗一起并称癌症的三大治疗方法。手术和放疗属于局部治疗，只对治疗部位的癌细胞有效，对于潜在的转移病灶和已经发生临床转移的癌细胞难以发挥有效治疗效果。而化疗是一种全身性治疗方法，在多种给药途径(口服、静脉和体腔给药等)下，都会随着血液循环进行治疗。因此，对于有全身播撒倾向的癌症及已经转移的中晚期癌症，化疗都是主要的治疗手段。然而，癌细胞对化疗药物产生耐药常常最终导致化疗失败。

癌细胞对化疗药物的反应主要依赖于癌细胞内药物的有效浓度。而有效药物浓度由细胞自身对药物的摄取与外排密切相关。当前研究表明，癌细胞的多重耐药标志物P-gp等基因能够促进化疗药物的外排，从而降低胞内有效药物浓度，进而发生化疗抵抗。然而，在一项临床试验中研究者发现，对P-pg的抑制并没有有效增加癌症患者对化疗药物的敏感性。因此，在药物外排途径未取得理想效果的同时，促进化疗药物的胞内摄取成为了全新的研究热点。

针对化疗药物的摄取问题，本发明提出了一种增加化疗药物摄取的癌细胞特异性的多肽聚集体：首先，设计一种能够特异性靶向癌细胞的靶向肽，其目的在于精准识别肿瘤病灶；其次，另一段功能肽在细胞膜表面与靶向多肽发生高效点击反应，新生成的多肽分子能够在细胞膜上聚集形成特定结构。该结构能在癌细胞膜上长效滞留，并且持续扰动癌细胞膜，增加细胞膜对化疗药物的通透性，能够增加化疗敏感性，对癌细胞，特别是化疗耐药的癌细胞进行有效杀伤。

本发明提出的这种多肽聚集体增加了化疗药物的敏感性。一方面，通过特异性靶向多肽，精准定位癌细胞，符合当下“精准医疗”的理念；另一方面，通过与靶向多肽的高效点击反应，在癌细胞膜表面形成特定结构扰动细胞膜，增加化疗药物对肿瘤的杀伤效果，突破了癌细胞，特别是耐药癌细胞中有效药物浓度不足的瓶颈，为其进一步对癌症的化疗治疗提供新手段。

发明内容

本发明的目的在于克服化疗过程中癌细胞，特别是耐药癌细胞胞内药物摄取不足，从而导致的胞内有效药物浓度低的问题，提出了一种能够增加化疗药物摄取的癌细胞特异性的多肽聚集体及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术手段：

一种用于自组装形成化疗增敏多肽聚集体的多肽组合，所述的多肽组合由两段功能不同的多肽片段组成，其中一段具靶向识别功能，另一段包含组装单元并具有组装驱动功能，两段多肽能通过高效点击反应自组装形成具有化疗增敏作用的多肽聚集体。

形成的多肽聚集体能够对细胞膜进行持续扰动，进一步增加细胞膜对化疗药物的通透性，提高化疗药物的摄入，从而对癌细胞，特别是耐药癌细胞进行有效杀伤(图1所示)。

其中，多肽聚集体对肿瘤细胞的特异性识别是根据靶向肽对癌细胞特异性高表达蛋白的识别，靶向肽包含具有癌细胞靶向功能的任意序列长度的多肽及靶向性的小分子的衍生物；所述的具有组装驱动功能的功能肽具有组装功能的任意长度的多肽序列。靶向肽和功能肽通过高效点击化学反应进行偶联，其中R1和R2选自图2中的任意一对官能团。

进一步的，本发明还提出了所述的多肽组合在制备癌症化疗增敏药物中的应用。

其中，优选的，给药方式为静脉给药，皮下给药，腹腔给药；进一步优选为静脉给药；优选的给药浓度应小于100nM，进一步优选的给药浓度应小于50nM。

其中，优选的，所述的多肽组合用于治疗时，可先静脉依次给予两段多肽，引起肿瘤细胞膜的持续扰动，随后静脉给予化疗药物；或先给予靶向多肽，引起对肿瘤特异性结合，随后将具有组装驱动功能的效应多肽与化疗药物同时静脉给药，对癌症细胞进行有效杀伤。

其中，优选的，所述的癌症包括肾癌，膀胱癌，肺癌，乳腺癌，卵巢癌，结肠癌，宫颈癌，神经胶质细胞瘤以及黑色素瘤等实体肿瘤，优选的，所述的癌症为发生耐药的上述癌症。

在本发明的一个具体实施例中，给出了一种用于自组装形成靶向识别CAIX的化疗增敏多肽聚集体的多肽组合，所述的多肽组合由两段功能不同的多肽片段组成，其中一段具靶向识别功能，另一段包含组装单元并具有组装驱动功能，两种多肽能通过高效点击反应自组装而成，其中具有靶向识别功能的多肽的结构如式I所示，具有组装驱动功能的多肽如式II所示：

其中，优选的，所述的用于自组装形成靶向识别CAIX的化疗增敏多肽聚集体的多肽组合在制备肾癌化疗增敏药物中的用途。

其中，优选的，所述的多肽组合用于治疗时，可依次静脉给予两段多肽，引起肿瘤细胞膜的持续扰动，随后静脉给予化疗药物；进一步优选为先给予靶向多肽，引起对肿瘤特异性结合，随后将具有组装驱动功能的效应多肽与化疗药物同时静脉给药，对癌症细胞进行有效杀伤。

其中，优选的，所述的化疗药物包括阿霉素，多西他赛，吉西他滨以及顺铂等在细胞内起作用的化学药物。更优选的，所述的化疗药物为阿霉素。

相较于现有技术，本发明的有益效果是：

本发明通过设计两段功能不同的多肽片段，一段具靶向识别功能，另一段包含组装单元并具有组装驱动功能，两种多肽能通过高效点击反应形成新的多肽分子进而自组装成特定结构，对细胞膜进行持续扰动，进一步增加细胞膜对化疗药物的通透性，实现化疗增敏，从而癌细胞，特别是耐药癌细胞进行有效杀伤。

第一方面，本发明提供了一种化疗增敏多肽聚集体，同时具有肿瘤靶向功能和组装功能，能够在肿瘤细胞表面发生高效点击反应进而自组装形成特定结构。该方法首先将靶向肽与肿瘤细胞特异性结合，实现多肽在肿瘤部位的靶向性；其次，功能肽在肿瘤病灶部位通过高效点击反应与靶向多肽共价偶联进而自组装形成特定结构，实现长效滞留效果。

第二方面，本发明提供如第一方面所述的多肽聚集体的应用：能够通过长效持续扰动肿瘤细胞膜，增加肿瘤细胞膜的通透性，从而提高细胞内的有效药物浓度，实现化疗增敏，最终实现对癌细胞，特别是耐药癌细胞的有效杀伤。该多肽聚集体对于肿瘤细胞的化疗增敏效果不会在体内产生明显副作用；

附图说明

图1是多肽聚集体的设计原理图；

图2是可用于靶向肽和功能肽通过高效点击化学反应进行偶联的官能团；

图3是实施例1中靶向多肽与效应多肽能发生反应的紫外测定结果；

图4是实施例2中靶向多肽(不含炔基)连接FITC后对人正常肾组织及肾癌组织的功能位成像。(为了方便描述，靶向多肽分子命名为多肽1，效应多肽命名为多肽2，靶向多肽连接FITC命名为多肽1-FITC，靶向多肽连接Cy命名为分子多肽1-Cy，效应多肽连接FITC命名为多肽2-FITC，不含有活性炔基的靶向多肽命名为多肽S1，其中所述药物分子为DOX，剂量指的是药物分子DOX的浓度)；

图5是实施例3中各实验组在细胞水平不同时间段的富集荧光信号线形图；

图6是实施例3中各实验组在动物水平不同时间段的富集荧光信号线形图；

图7是实施例3中各实验组在小动物离体肿瘤内的荧光信号强度量化图；

图8是实施例4中多肽1+2与对照组的化疗药物DOX入胞情况对比；

图9是实施例4中各实验组在细胞水平对DOX的增敏效果；

图10是实施例4中各实验组在动物水平对DOX的增敏效果。

具体实施方式

下面结合具体实例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1：多肽的设计

1.多肽的合成及共价偶联：

靶向多肽：合成能够靶向识别CAIX的多肽，序列为YNTNHVPLSPKY，；

效应多肽：合成具有组装行为的多肽，序列为APIAQKDELEKLVFFAEC；

实验仪器与材料：二甲基甲酰胺(DMF)，哌啶，树脂，二氯甲烷(DCM)，茚三酮反应试剂(茚三酮，维C，苯酚)，四甲基脲六氟磷酸盐(HBTU)，六氢吡啶，三异丙基硅烷TIS，乙二硫醇(EDT)，无水乙醚，三氟乙酸(TFA)，N-甲基吗啉(NMM)，甲醇，各种氨基酸,Fmoc-e-Acp-OH，FITC，多肽固相合成管等。

溶液配制：脱保护溶剂——六氢吡啶：DMF＝1：4；反应液——NMM:DMF＝1：24；裂解液——TFA(92.5％)TIS(2.5％)EDT(2.5％)；茚三酮测试液——茚三酮、VC、苯酚各一滴；荧光偶联溶剂——吡啶：DMF：DCM＝12:7:5

具体操作方法：称量树脂并投入到多肽固相合成管(以下简称反应器)中，加入适量的DMF溶胀30分钟以上。抽掉DMF，用脱保护液进行Fmoc去保护反应，10min于摇床。抽掉脱保护液，用DMF、DCM洗涤3次，从反应器中取少量树脂(约5～10mg)于试管中，用乙醇洗涤2次，茚三酮法检测阳性(深蓝色)后，准备接入下一个氨基酸(按目标序列)，进入氨基酸缩合反应。分别按照靶向多肽或者效应多肽的氨基酸序列顺序取相应氨基酸、HBTU(氨基酸：HBTU＝1:1)，用反应液溶解，投入到反应器中，搅拌反应。1小时后，从反应器中取少量树脂于试管中，用乙醇洗涤2次，茚三酮法检测，结果为阴性(未变色)证明缩合反应成功。抽掉反应器中的液体，用DMF、DCM各洗涤2次，得到第一个氨基酸缩合后的肽树脂。对所得肽树脂重复进行以上”Fmoc脱保护——氨基酸缩合”反应步骤，至最后一个氨基酸反应完毕，得到前述目标序列的多肽。反应完毕后，DMF、DCM各洗涤树脂3次，甲醇洗两次，继续抽干15-20min。反应器中取出合成完的肽树脂，在室温下于裂解液(裂解液先冰浴20min)中裂解两小时。将树脂过滤后，于旋蒸仪蒸干，用无水乙醚(冰浴)洗3次。粗肽使用制备型反相HPLC纯化，使用HPLC检测纯度>90％。所得到的纯肽使用质谱(MS,electrospray)进行鉴定。至最后一个肽合成后，取出部分加荧光标记。先将Fmoc-e-Acp-OH按氨基酸偶联方法链接在多肽上，再取适量HBTU与所需偶联物(FITC、叠氮)溶于偶联溶剂中。过夜后，茚三酮测试液测试。如果未偶联上，相同方法在重复一次。最终得到多肽1(式I)，多肽2(式II))，多肽1-FITC，多肽2-FITC，多肽1-Cy以及未连接炔基的多肽S1。冻干后-20℃保存待用。

2.靶向多肽与效应多肽的反应验证

利用紫外分光光度计对多肽1+2的反应在溶液态进行验证，实验结果证明多肽1与2能够在接触后迅速发生反应，而单一多肽或无反应基团的多肽S1+2均无反应发生(图3)，证明多肽1+2可在溶液态进行反应。

实施例2：靶向多肽1-FITC能够与肾癌细胞特异性结合

人肾癌组织样本来源于哈尔滨医科大学附属第四医院泌尿外科肿瘤标本库。标本为人源性肾正常组织及肾透明细胞癌组织。CAIX在超过95％的肾透明细胞癌中高表达，而正常肾组织几乎不表达此蛋白。为了验证靶向多肽1-FITC的特异性，我们选取肿瘤及正常组织各5例(n＝5)进行组织石蜡固定切片并将靶向多肽进行共定位，具体操作方法：

1、固定：组织块，黄豆粒大小，4％多聚甲醛浸泡(细胞冻存管，多加固定液)，固定时间>2天，自来水冲洗2h。

2、脱水透明

3、溶蜡：提前3-4h 加热60-70℃

4、浸蜡：

50％二甲苯+50％石蜡 3h

石蜡 3h

5、包块：电炉上溶蜡倒标本槽里放组织>2h

6、切片贴片烤片：

丙酮1：400或500稀释，玻片浸入30s，取出，干燥备用。

切片，单个蜡片温水45℃中展平，玻片捞出，干燥。

60℃2h或80℃过夜4℃保存

7、脱蜡至水：

二甲苯10min→二甲苯10min→二甲苯10min→100％酒精10min→95％酒精5min→90％酒精5min→85％酒精5min→80％酒精5min→蒸馏水冲洗2次，5min/次。

8.3％H₂O₂孵育10min→蒸馏水冲洗2次，5min/次，擦干

9.抗原修复：(柠檬酸钠---200ml微波炉预热，加入玻片，P100，2min P10，10min晾至室温)→自然冷却，蒸馏水洗一次，PBS洗三次，5min/次→擦干

10.封闭：加Blocking buffer 1h(50％正常山羊血清(PBS稀释)封闭)

11.靶向多肽1-FITC：蒸馏水5min，擦干，加1-FITC，室温放置60min→PBS洗三次，5min/次

12.共聚焦拍摄结果示正常肾组织中无靶向多肽结合，肾癌组织中靶向多肽可发生特异性结合(图4)。

实施例3：多肽反应后(1+2)可在细胞水平及动物水平长效滞留

实验所选细胞为CAIX高表达的肾癌细胞系SK-RC-52，将1-FITC，2-FITC及1+2-FITC分别对细胞进行处理。在共聚焦显微镜下对细胞进行观察发现1+2-FITC的荧光滞留时间显著长于单独1-FITC及2-FITC(图5)。随后，用肾癌细胞进行小鼠移植瘤的建立，取1x10⁶个细胞注射到小鼠右腿皮下，2周后肿瘤成型(n＝3)。用多肽1-Cy，多肽2，多肽1+2分别进行鼠尾静脉注射，用IVIS小动物成像仪进行成像，结果显示多肽1+2的肿瘤滞留能力强于其他组(图6)。随后在4小时将小鼠处死，取肿瘤组织进行离体成像，结果表明多肽1+2组肿瘤细胞内的荧光强度明显强于其他分组(图7)，以上所有实验证明了多肽1+2能够在肿瘤细胞上长效滞留，为其发挥生物学功能提供了有利条件。

实施例4：多肽反应后可增加肾癌对化疗药物DOX的敏感性

为了进一步验证多肽反应后长效滞留作用的新功能，我们将化疗药物DOX与各组多肽处理过的细胞共培养，共聚焦结果显示多肽1+2组中DOX的入胞量明显高于对照组(图8)，该结果表面多肽1+2促进了DOX在细胞内的摄入。随后根据优化条件筛选出适合的DOX浓度(50nM)，在各组多肽处理过的细胞中加入相同浓度的DOX并进行CCK-8的细胞活性分析，共做4个副孔。结果显示多肽1+2组明显提高了DOX对肿瘤细胞的杀伤效果，而单独多肽1与多肽2并没有提高细胞对DOX的敏感性(图9)，该部分证明多肽1+2促进了肾癌细胞对化疗的敏感性。最后我们按照前述方法构建动物模型，按照优化方式进行给药后发现多肽1+2+DOX组的动物肿瘤生长速度明显减缓，与其他组对比有统计学意义(图10)，以上结果均表明多肽1+2能够提高DOX对肾癌细胞的治疗效果，增加了肾癌的化疗敏感性。

Claims

1.用于自组装形成靶向识别CAIX的化疗增敏多肽聚集体的多肽组合，其特征在于，所述的多肽组合由两段功能不同的多肽片段组成，其中一段具靶向识别功能，另一段包含组装单元并具有组装驱动功能，两种多肽能通过高效点击反应自组装而成化疗增敏多肽聚集体，其中具有靶向识别功能的多肽的结构如式I所示，包含组装单元并具有组装驱动功能的多肽如式II所示：

2.权利要求1所述的用于自组装形成靶向识别CAIX的化疗增敏多肽聚集体的多肽组合在制备肾癌化疗增敏药物中的应用。

3.如权利要求2所述的应用，其特征在于，依次静脉给予两段多肽，引起肿瘤细胞膜的持续扰动，随后静脉给予化疗药物；或先给予靶向多肽，引起对肿瘤特异性结合，随后将具有组装驱动功能的效应多肽与化疗药物同时静脉给药，对癌症细胞进行有效杀伤。

4.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述的化疗药物包括阿霉素、多西他赛、吉西他滨以及顺铂。

5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，所述的化疗药物为阿霉素。