乏氧激活前药的设计及其抗肿瘤研究

作     者：郑梦飞 

作者单位：中国科学技术大学 

学位级别：博士

导师姓名：汤朝晖

授予年度：2024年

学科分类：1007[医学-药学(可授医学、理学学位)] 10[医学] 

主      题：乏氧激活前药 癌症治疗 高分子载体 谷氨酰胺拮抗剂 血管阻断剂 超声治疗 

摘      要：恶性肿瘤是一种影响全球人民健康的重大疾病。化疗是一种全身性治疗手段,在临床上占据着重要的位置。大多数传统的小分子化疗药水溶性差且毒副作用大。本论文主要研究了两种在临床试验中失败的化疗药。一种是谷氨酰胺拮抗剂6-重氮-5-氧代-L-正亮氨酸(DON)。DON能够与细胞中利用谷氨酰胺的酶的活性位点结合并形成稳定的共价加合物,全面阻断细胞的谷氨酰胺代谢,但在临床试验中引起了严重的胃肠毒副作用。另一种是血管阻断剂康普瑞汀A4(CA4)及其衍生物(AmCA4)。血管阻断剂可以阻断肿瘤血管,抑制肿瘤生长,但在临床上具有明显的毒副作用,限制了其临床转化。乏氧激活前药策略可以增加化疗药的肿瘤选择性,降低化疗药的毒副作用。此外,高分子纳米药物可以改善小分子化疗药的溶解性和稳定性,并增加化疗药在肿瘤的富集程度,进一步提升化疗药的治疗效果。因此,我们设计了不同的乏氧激活前药降低以上两种化疗药的毒副作用,并合成了不同的高分子载体递送乏氧激活前药,改善其溶解性和稳定性,增加其抗肿瘤效果。同时,也采取了不同的联合治疗方案,进一步增强抗肿瘤效果。具体的研究内容和结论如下: (1)合成了一种乏氧激活的DON前药(HDON)。该前药主要使用氯甲酸对硝基苄酯修饰DON的氨基来遮蔽其活性。HDON在细胞和动物上高效降低了DON的毒性。在乏氧程度较高的H22小鼠肝癌模型上,每天腹腔注射HDON的肿瘤抑制率(TSR)可达76.45%。在乏氧程度较低的MC38小鼠结肠癌模型上,利用高分子血管阻断剂纳米粒子(CA4-NPs)造成的乏氧去促进HDON的还原,协同增强抗肿瘤效果。CA4-NPs与HDON联合治疗组的TSR为98.29%,肿瘤治愈率为80.00%,并选择性阻断了肿瘤的谷氨酰胺代谢,激活了抗肿瘤免疫反应,延长了小鼠的生存期。 (2)低强度超声(US)治疗会造成肿瘤的乏氧程度增加,影响后续治疗的效果。使用聚乙二醇嵌段聚(D,L-丙交酯)(mPEG-b-PDLLA)载体通过薄膜水化法担载HDON,制备了 HDON纳米粒子(HDON-NPs)。HDON-NPs不仅改善了 HDON的溶解性,还协同增强了 US治疗的抗肿瘤效果。在H22小鼠肝癌模型上,HDON-NPs与US联合治疗组的TSR为90.22%,并选择性阻断了肿瘤的谷氨酰胺代谢,激活了更多的免疫细胞,对小鼠无明显的毒副作用。 (3)合成了几种不同的乏氧激活的血管阻断剂前药,并筛选出一种含偶氮键的乏氧激活前药(Azoh-AmCA4)。然后,使用聚(L-谷氨酸)(PLG)化学键合小分子Azoh-AmCA4,制备了一种乏氧激活自放大的高分子血管阻断剂纳米前药(PLG-Azoh-AmCA4-NPs)。PLG-Azoh-AmCA4-NPs 改善了 Azoh-AmCA4的溶解性和稳定性,提升了药物在肿瘤的富集程度,高效降低了 AmCA4的毒性。在4T1小鼠乳腺癌模型上,PLG-Azoh-AmCA4-NPs的TSR可达68.45%,肿瘤治愈率为20.00%。 (4)为了方便患者使用,减少对皮肤的损伤,使用商业化高分子辅料泊洛沙姆 188(P188)与 HDON 共混,制备了 HDON 口服药(HDON@P188)。在H22小鼠肝癌模型上,每天口服HDON@P188取得了较好的治疗效果,其TSR可达80.07%,且具有良好的耐受性。另外,在4T1小鼠乳腺癌模型上,HDON@P188协同增加了 PLG-Azoh-AmCA4-NPs的抗肿瘤效果,其TSR为83.77%,对小鼠无明显的毒副作用。