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源井为突破癌症靶向“瓶颈”赋能—肽两亲性分子“搭便车”内源性脂蛋白，实现实体瘤精准成像与治疗

在癌症诊疗领域，纳米材料与生物分子的体内相互作用直接决定其生物命运，是影响诊疗效果的关键因素。2025 年，Li Xiang 等人在《Advanced Materials》发表题为 “ Peptide Amphiphiles Hitchhike on Endogenous Biomolecules for Enhanced Cancer Imaging and Therapy ” 的研究，揭示了自组装肽两亲性分子（PA）纳米结构可通过与内源性生物分子动态相互作用，借助天然生理过程实现对多种实体肿瘤的靶向。 研究中关键的敲除细胞LDLR Knockout cell line（Hela） 和人宫颈癌细胞（Hela）均由源井生物提供，为研究PA与内源性脂蛋白结合作用研究提供了核心细胞工具。该研究表明在血液循环中，这些自组装PA纳米结构主要与脂蛋白发生解组装和重组，从而延长血液循环时间，显著提升肿瘤部位的聚集和滞留效果。机制研究中，PA通过与细胞膜组装而无需依赖特定受体即可进入癌细胞，研究开发的自组装谷氨酸肽（SA-E）在多种异种移植瘤、同种异体瘤、患者来源异种移植瘤及转基因啮齿动物模型中均表现出特异性聚集。此外，SA-E能有效递送高活性化疗药物至不同同种异体瘤和异种移植瘤，同时降低副作用。 凭借其模块化设计和普遍适用的肿瘤聚集机制，SA-E为癌症成像和治疗领域提供了极具应用前景的平台 。

肽两亲性分子（PAs）凭借疏水、静电及氢键作用，可在水溶液中自组装形成纳米结构，且具备良好的生物可降解性、生物相容性与低免疫原性，在药物递送、分子成像和组织工程等生物医学领域应用前景广阔。

然而， 当前领域研究多聚焦于提升 PA 组装体在生物环境中的结构稳定性，以确保其在体内完整发挥作用，却忽视了其与生物系统的动态相互作用 。同时，尽管纳米材料与生物分子的相互作用（即纳米 - 生物相互作用）对纳米材料体内生物命运的重要性已得到广泛证实，例如纳米材料表面吸附的补体蛋白会使其被网状内皮系统快速清除，而与白蛋白或载脂蛋白 E 结合则能改善血液循环并实现受体介导的癌细胞摄取，但这种 相互作用在自组装纳米材料（如 PA 纳米结构）中的研究仍十分有限。

鉴于此， 本研究深入探索 PA 与内源性生物分子及细胞的相互作用，及其对癌症靶向能力和生物分布的影响，旨在为开发更高效的癌症诊疗策略提供理论基础与实验依据。

PA 纳米结构在血浆中的稳定性差异显著

研究团队设计了两种具有不同亲水部分的 PA——SA-E 和 SA-K（Self-Assembly Lysine），二者均含促进自组装的共同基序（GGGHAANG，N 端棕榈酸修饰），仅亲水部分分别含三个谷氨酸（E）和赖氨酸（K），并通过近红外荧光染料（ICG）标记以追踪其在体内的行为。

为探究SA-E和SA-K结构差异对稳定性的影响，研究团队通过透射电子显微镜（TEM）观察，SA-E 自组装形成直径约 5-10nm 的球形胶束，SA-K 则主要形成直径约 10nm、长度达数百纳米的棒状胶束，仅含少量球形胶束。利用荧光实验验证，在10% 人血浆中，SA-E 的 ICG 荧光强度增幅约为 SA-K 的 3 倍，且反应更迅速；荧光偏振实验显示 SA-K 的各向异性显著高于 SA-E， 表明 SA-K 胶束结构更刚性、稳定性更强。 随后进行分子动力学（MD）模拟，结果显示 SA-E 最终形成球形团块，SA-K 则基本保持初始管状结构； SA-K 的分子间接触数量更多、均方根偏差（RMSD）更小，进一步证实SA-K相较于SA-E，分子间相互作用更强，结构更稳定 。

为进一步明确SA-E 和 SA-K与血浆成分相互作用的差异，研究团队通过快速蛋白液相色谱（FPLC）和质谱分析，发现 SA-E 在血浆中会快速解体，并优先与脂蛋白（尤其是高密度脂蛋白 HDL）结合，结合比例达 65.3%（其中 HDL 占 59.8%），与白蛋白结合比例为 34.7%；而 SA-K 因结构稳定，与血浆成分的结合程度显著较低，结合效率约为 SA-E 的 1/4.5。此外，不含 N 端脂质修饰的 No-SA 在血浆中 95.3% 保持未结合状态，仅少量与白蛋白（4.2%）和 HDL（0.5%）结合。 上述结果表明，PA优先与血浆中的脂蛋白结合，且由于结构稳定性的影响，SA-E与脂蛋白的结合程度更高。

图1

PA 与脂蛋白结合后血液循环时间延长，且不依赖特定受体实现细胞内化

研究团队在野生型小鼠、ApoA1 基因敲除小鼠（HDL 水平显著降低）、LDL-R 基因敲除小鼠体内注射SA-E。1 小时后，野生型小鼠血浆中 65.8% 的 SA-E 与脂蛋白结合（HDL 占 55.2%），34.2% 与白蛋白结合，且 98.9% 的 SA-E 荧光信号存在于血浆中，极少被血细胞摄取。在 ApoA1 基因敲除小鼠中，SA-E 与 HDL 的结合率降至 16.7%，与白蛋白结合率升至 75.4%；在 LDL-R 基因敲除小鼠中，SA-E 与脂蛋白总结合率略升至 73%，但仍以 HDL 结合为主（44.4%）。

通过测定SA-E、SA-K以及No-SA各时间段的血药浓度，SA-E 注射 6 小时后仍有 21% 的注射剂量在循环中，血药浓度 - 时间曲线下面积（AUC）是 SA-K 的 2.1 倍，血液循环时间显著延长；而 SA-K 注射 6 小时后仅 5% 的剂量留存，游离 ICG 则在 30 分钟内降至注射剂量的 1% 以下，6 小时后完全检测不到。No-SA 虽比游离 ICG 循环时间长，但 6 小时后仅约 2.5% 留存，进一步证明 PA 与脂蛋白结合对延长血液循环的关键作用 。

为研究SA-E 和 SA-K细胞内化的效率，研究团队采用 Cy5 标记的 PA 进行细胞实验，发现 SA-E 和 SA-K 均能快速结合 4T1 小鼠乳腺癌细胞膜，随后被细胞内化，且 SA-K 因带正电，摄取量约为 SA-E 的 3 倍。内体染色实验显示 SA-E 与内体荧光信号的皮尔逊相关系数达 0.605±0.02， 证明其主要通过内吞途径进入细胞 。

研究团队进一步研究发现，无胎牛血清（FBS）的培养基中 SA-E 摄取量反而升高 1.6 倍，说明 FBS 生物分子与细胞膜存在竞争性结合；在 LDL-R 敲除 HeLa 细胞和 SR-B1 敲除 TRAMP-C2 细胞中，SA-E 摄取量无显著变化，排除了依赖这两种脂蛋白受体的可能。抑制剂实验显示，wortmannin和甲基 -β- 环糊精可显著降低 SA-E 摄取， Filipin也有一定抑制作用，表明 SA-E 主要通过结合细胞膜胆固醇富集的脂筏区域实现内化，不依赖特定表面受体 。

图2

SA-E 实现广谱肿瘤靶向，兼具成像与治疗价值

为进一步确认SA-E 和 SA-K在肿瘤中蓄积和滞留情况，研究团队采用 4T1 乳腺癌荷瘤小鼠模型，发现SA-E 的肿瘤蓄积量显著高于 SA-K 和游离 ICG，注射 11 小时后肿瘤荧光信号达峰值，2 周后仍可检测到，且 2 天内正常组织背景信号基本清除，肿瘤与背景信号比（TBR）维持在 2.5 以上，最高达 5-6；根据生物分布实验显示，SA-E 在肿瘤中的浓度（1.9%±0.4% ID/g 组织）显著高于肝脏（0.8%±0.1% ID/g 组织）及其他器官，肿瘤与肝脏信号比达 4.1，而 SA-K 仅为 1.4。在大鼠 RG2 胶质母细胞瘤模型中，SA-E 在肿瘤中的信号强度是邻近健康脑组织的 16 倍，且与 mCherry 标记的 RG2 癌细胞完全重叠，共聚焦成像显示 SA-E 均匀分布于肿瘤组织，清晰勾勒肿瘤边界，无健康脑组织摄取。流式细胞术分析表明，肿瘤微环境中 70% 的 RG2 癌细胞摄取 SA-E，而白细胞和肿瘤基质细胞的摄取率仅为 35%-40%， 上述实验证实，SA-E能够在肿瘤高效富集和长时间滞留。

图3

为了研究SA-E对肿瘤的普遍靶向能力，研究团队利用 13 种不同类型的肿瘤模型（涵盖异种移植、同源移植、转基因和患者来源异种移植模型，涉及乳腺、结肠、黑色素瘤、肺、胰腺、宫颈、前列腺和脑等 8 种组织来源）进行研究，SA-E均表现出高度特异性的肿瘤蓄积。在 MMTV-PyMT 转基因乳腺癌小鼠中，SA-E 可识别 71 天大的早期微小病灶，并持续追踪至 85 天肿瘤增大；在 APCmin 转基因结肠癌小鼠中，能 100% 检测到小肠腺瘤（71/71）和结肠息肉（4/4），且病灶大小与 SA-E 信号呈良好线性相关（R=0.9913），可识别小于 1mm² 的微小病灶， 这些结果表明，SA-E具有广谱肿瘤细胞的特异靶向能力。

图4

总结以上结果发现，SA-E结合脂蛋白后，能够特异靶向肿瘤细胞并长时间蓄积，这促使研究团队想要探究SA-E作为高效低毒的化疗递送方式的可能性。研究团队将高毒性化疗药物单甲基奥瑞他汀 E（MMAE）通过组织蛋白酶 B 可切割连接子（vcMMAE）与 SA-E 偶联，形成 SA-E-MMAE。TEM 显示其仍为球形胶束，荧光偏振和 FPLC 实验证实其在血浆中仍能解体并与 HDL 结合，结构稳定性未受显著影响。在 4T1 荷瘤小鼠模型中，SA-E-MMAE（0.6mg/kg，5 次注射）可抑制 75% 的肿瘤生长，且无显著体重下降；而游离 MMAE 在 0.3mg/kg 剂量时因毒性过大，注射 3 次后需终止治疗。在 RG2 荷瘤小鼠中，SA-E-MMAE（1mg/kg，5 次注射）可抑制 80% 的肿瘤生长；在 HCT-116 结直肠癌模型中，SA-E-MMAE（0.8mg/kg，5 次注射）使肿瘤体积从 150mm³ 降至 40mm³，且 1 只小鼠在 120 天内保持无瘤状态，显著延长生存期。

图5

该研究首次揭示弱组装 PA 通过 “循环中解聚 - 与内源性脂蛋白组装 - 延长循环 - 肿瘤微环境中脂质筏介导内化” 的动态机制实现广谱肿瘤靶向，突破传统纳米材料依赖结构稳定性或特定受体的靶向模式；SA-E 兼具简单模块化设计、生物相容性高、广谱肿瘤靶向、早期成像能力及高效低毒药物递送特性，为癌症精准成像与治疗提供了新型通用平台。

PA 的癌细胞内化机制

本研究中使用到的 关键细胞工具LDLR Knockout cell line (HeLa) 和人宫颈癌细胞(Hela)由源井生物提供 ，助力研究发现SA-E 主要通过结合细胞膜胆固醇富集的脂筏区域实现内化，不依赖特定表面受体。

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bioRxiv [Preprint]. 2025 May 17:2024.02.21.580762. doi: 10.1101/2024.02.21.580762. Update in: Adv Mater. 2025 Oct 4:e09359. doi: 10.1002/adma.202509359. PMID: 40462899; PMCID: PMC12132515.