南京医科大&北航等 Nat. Commun.：血液中触发生成具有抗癌作用的铂纳米颗粒

【背景介绍】

随着纳米科学技术的迅速发展，金属或金属化合物纳米颗粒（NPs）在活生物体中的使用也正在迅速增加。自从在人脑中发现磁铁矿颗粒后，研究已发现其是氧化还原活性、表面电荷和磁性行为的独特组合，并暗示着金属NPs可以安全地应用于人体。事实上，抗癌药-顺铂（Pt）、中药使用汞佐剂、放射学中使用含钆造影剂都含有重金属。顺Pt已经被批准作为卵巢癌、睾丸癌、肺癌等癌症的一线治疗药物，从而产生了多种基于顺Pt的复合物。

已有研究发现基于金属的物理化学性质，生理环境有利于将其转化为金属NPs。研究发现，当在水溶液中加入Zn离子时，会自发生成ZnO NPs（bio-ZnO NPs）。此外，NPs通常在循环中被蛋白质电晕覆盖。有趣的是，基于贵金属的NPs（Pt、Au、Ag等）可以自发吸收谷胱甘肽（GSH），而巯基作为封端配体，有助于癌症治疗。然而，这些金属NPs存在的未知毒性、成本和人类研究的道德障碍阻碍了其临床转化应用。

【成果简介】

基于此，南京医科大学的张根讲师和吴艺舟讲师、北京航空航天大学的付玉明副教授以及国家纳米科学中心的聂广军研究员（共同通讯作者）联合报道了当利用顺Pt治疗患者时，在人体血液中体内检测到生物形成的Pt NPs。这些自组装迅速形成的Pt NPs，在肿瘤处累积，具有较长的循环半衰期，并且能通过肾小球滤过屏障进行缓慢的渗透。此外，Pt NPs在人类中是安全使用的，可以通过消耗细胞内的谷胱甘肽（GSH）和激活细胞凋亡来充当抗癌剂，以抑制对化疗耐药的肿瘤生长。当Pt NPs在体外负载化疗药物（柔红霉素）时，极大的增强了对肿瘤的抑制活性，该制剂对耐柔红霉素肿瘤模型也有效。这些体内产生的金属NPs代表了一个生物相容性的药物递送平台对化疗耐药肿瘤的治疗。研究成果以题为“Blood-triggered generation of platinum nanoparticle functions as an anti-cancer agent”发布在国际著名期刊Nature Communications上。

【图文解读】

图一、Pt NPs的表征

（a）人体血液中Pt NPs的生物合成示意图；

（b）从患者血液中分离出的Pt NPs的EDS光谱；

（c）从患者血液中HPLC纯化的Pt NPs的紫外可见吸收光谱；

（d）用DLS表征磷酸盐缓冲液中Pt NPs的粒径分布；

（e）点印迹法检测Pt NPs中的人血清白蛋白；

（f）通过质谱法鉴定Pt NPs中的白蛋白。

图二、利用顺Pt化疗后，Pt NPs的生物合成和代谢

（a）Pt NPs的成核和生长过程示意图；

（b）利用顺Pt治疗后0.5 h（上），治疗后0.5 h（中）和尿后24 h（下）血液中患者血液中Pt NPs的粒径差异；

（c）顺Pt化疗后30天内，患者血液中Pt NPs的浓度；

（d）不同粒径大小Pt NPs的肾小球滤过，发现Pt NPs<6 nm比Pt NPs>6 nm更容易通过GBM。

图三、顺Pt治疗后，肾小球的超微结构

图四、体内Pt NPs的肿瘤靶向和生物分布

（a）人肿瘤匀浆中Pt NPs的代表性TEM图像；

（b）120 kV bio-TEM显示从切除的患者肿瘤组织中积累的Pt NPs在肿瘤细胞中；

（c）定量人类肿瘤和邻近的正常组织中的Pt NPs（n=3），*P<0.05；

（d）定量测定小鼠肿瘤和正常邻近组织中的Pt NPs（n=3），*P<0.05；

（e）下拉测定法评估Pt NPs与SPARC的相互作用；

（f）在静脉内注射NPs后，在DNR耐药K562细胞异种移植裸鼠中的¹²⁵I-Pt NPs的NanoScan SPECT/CT成像；

（g）C57BL/6小鼠中⁶⁴Cu-SA和⁶⁴Cu-Pt NPs的时间依赖性生物分布。

图五、体内Pt NPs的原位肝肿瘤靶向

（a）5只裸鼠的原位肝肿瘤的解剖位置和MIR成像；

（b）静脉内注射1 μmg kg^-1 ICG结合的Pt NPs或1 μmg kg^-1 ICG结合的chem-Pt NPs后1-3 d的肿瘤NIR图像；

（c）用1 μmg kg^-1 ICG偶联的Pt NPs治疗原位肝肿瘤模型的NIR图像的三维重建；

（d）原位肝肿瘤的解剖位置和MIR成像；

（e）静脉注射1 μmg kg^-1 ICG结合的Pt NPs或1 μmg kg^-1白蛋白结合紫杉醇（Abraxane）-ICG治疗后1-2天，肿瘤的NIR图像;

（f）1 mg/kg ICG偶联的Pt NPs治疗后肿瘤的NIR图像的三维重建。

图六、Pt NPs逆转肿瘤细胞的DNR耐药性

（a）用PBS、0.1 μmg kg^-1 DNR、1μmg kg^-1顺Pt、1 μmg kg^-1的Pt NPs等处理DNR敏感和耐DNR的K562细胞荷瘤裸鼠；

（b）如图a所示，处理对DNR敏感和对DNR有抵抗力的K562细胞或HepG2细胞，并处理肿瘤体积；

（c）对K562肿瘤组织切片进行TUNEL染色；

（d）确定凋亡细胞的百分比；

（e）对K562肿瘤裂解物中裂解的caspase-3、-8和-9的水平进行蛋白质印迹分析。

【小结】

综上所述，作者证明了利用顺Pt治疗的患者血液中存在Pt NPs，表明了体内原位产生Pt NPs。该结果揭示了体内合成Pt NPs的生物合成机制中HSA和顺铂之间的相互作用，以及Pt NPs与血浆蛋白的自发相互作用，形成了所谓的蛋白电晕。此外，该发现有助于发现新的用于癌症治疗的药物递送系统。研究发现，Pt NPs可以在肿瘤中积累，并通过与HSA的相互作用而在人体中保留更长的时间。作者系统的证明了Pt NPs作为药物递送剂的潜力和可行性，能够通过降低细胞内GSH水平并使DNR耐药性肿瘤细胞对化疗药物敏感来逆转DNR耐药性。在Pt NPs上形成的电晕中的其他蛋白质对肿瘤治疗非常有利，值得进一步研究。作为生物相容性的传递系统，Pt NPs不仅可以靶向肿瘤，而且还可以通过针对癌症治疗优化的定制电晕蛋白成分在体外形成。在Pt NPs的情况下，将金属NPs的生物合成与抗癌药物结合起来，形成了一种联合治疗药物，该药物有可能发展为针对耐药性癌症患者的个性化癌症药物。

文献链接：

Blood-triggered generation of platinum nanoparticle functions as an anti-cancer agent（Nature Communications, 2020, DOI: 10.1038/s41467-019-14131-z）

本文由CQR编译。