Nat Biomed Eng：纳米胶囊技术助力脑转移瘤治疗

来源：BioArt

脑转移瘤是常见的继发性颅内恶性肿瘤。约15%-40%的原发性癌症会发生脑转移，多发于肺癌、乳腺癌、结肠癌等恶性肿瘤【1,2】。在过去的二十年中，单克隆抗体已经成为癌症治疗中的主要手段之一，但其在颅内肿瘤治疗中发挥的作用却极为有限【3】。以利妥昔单抗（RTX）为例，利妥昔单抗能够特异性结合B细胞表面抗原CD20蛋白，通过抗体依赖的细胞毒作用（ADCC）、补体依赖的细胞毒作用（CDC）以及抗体与CD20直接作用，诱导细胞凋亡，实现对B细胞淋巴瘤的杀伤作用。作为全球首个获批用于非霍奇金淋巴瘤（NHL）临床治疗的单克隆抗体，利妥昔单抗开创了淋巴瘤靶向治疗的先河。尽管利妥昔单抗在系统性淋巴瘤的治疗上取得了巨大的成功，但由于其难以穿过血脑屏障，到达中枢神经系统，其在对颅内淋巴瘤的治疗效果并不显著【4】。因此，研发针对中枢神经系统的单克隆抗体投递平台，对于癌症治疗，特别是颅内癌症的治疗具有重大意义。

2019年8月5日，美国加州大学洛杉矶分校的Masakazu Kamata教授，Irvin Chen教授与卢云峰教授在Nature Biomedical Engineering杂志上合作发表了题为Sustained delivery and molecular targeting of the therapeutic monoclonal antibody to metastases in the central nervous system of mice 的研究论文。该研究在免疫缺陷小鼠和BLT人源化小鼠中构建可形成稳定脑转移的人源非霍奇金淋巴瘤小鼠模型，利用具有B细胞靶向性的纳米胶囊为载体，有效的提高了利妥昔单抗中枢神经系统投递效率，最终可在BLT人源化小鼠模型中完全清除脑转移的非霍奇金淋巴瘤。

研究人员利用自由基原位聚合方法，以2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱（MPC）为单体，在利妥昔单抗表面形成一层高分子壳层。一方面，该壳层具有高亲水性，可有效防止蛋白酶对单抗的分解，减少血清中蛋白的吸附作用，延长血液中的循环时间。另一方面，作为乙酰胆碱和胆碱的类似物，该壳层可有效提高单克隆抗体的中枢神经系统投递效率【5】。同时，研究人员在纳米胶囊表面修饰了趋化因子CXCL13，可以与B细胞表面趋化因子受体CXCR5相结合，实现在对肿瘤部位的主动靶向作用。利用对酸性环境响应的交联剂，当纳米胶囊载体到达肿瘤部位时，可以实现利妥昔单抗的有效释放。

为验证该纳米胶囊（nRTXCXCL13）对继发性中枢神经系统淋巴瘤的治疗效果，研究人员首先构建了可形成稳定脑转移的人源非霍奇金淋巴瘤细胞株。在免疫缺陷小鼠中腹腔注射淋巴瘤细胞2F7七周后，部分小鼠形成了继发性中枢神经系统淋巴瘤，将脑转移瘤组织取出进行单细胞分离培养，最终获得2F7-BR44细胞株。腹腔注射该细胞株7周后或尾静脉注射1-2周后，该细胞株可在全部小鼠中形成继发性脑瘤。同时，该细胞株表面重要受体CD19、CD20、CD22和CXCR5的表达水平与野生型淋巴瘤细胞保持相似，能被利妥昔单抗有效识别和清除。

研究人员进而在NSG免疫缺陷非霍奇金淋巴瘤小鼠模型中对纳米胶囊的治疗效果进行了研究。相较于对照组，注射利妥昔单抗的小鼠可有效清除骨髓中的淋巴瘤细胞，但在脾脏、脑及淋巴结中的清除效果并不十分明显。而利妥昔纳米胶囊则可以有效抑制脑转移瘤的形成，存活时间由对照组的3-4周延长至5-6周。

值得注意的是，在NSG免疫缺陷非霍奇金淋巴瘤小鼠模型中，利妥昔单抗的治疗效果仅仅依赖于抗体与受体直接结合所引起的细胞凋亡，并不存在抗体依赖的细胞毒作用（ADCC）和补体依赖的细胞毒作用（CDC）。故而，其治疗效果有限且并不能直接体现在人体中的临床治疗效果差异。因此研究人员进一步在BLT人源化小鼠（humanized BLT mice）中构建继发性中枢神经系统淋巴瘤模型，并测试了利妥昔单抗及利妥昔纳米胶囊的治疗效果。顾名思义，BLT人化小鼠指的是指小鼠的骨髓（bone marrow, B）、肝脏（liver，L）以及胸腺（thymus，T）由人源组织细胞构建而成，其具有人类的免疫系统特征。研究表明，在BLT小鼠中，利妥昔单抗可有效清除绝大多数系统性淋巴瘤。然而由于血脑屏障的阻挡，利妥昔单抗无法有效进入脑部清除肿瘤，从而导致小鼠生存期为5-8周。而注射了利妥昔纳米胶囊的小鼠，肿瘤在5周左右被完全清除，截止至12周的观察时间内未出现复发。12周后，通过流式细胞技术对小鼠组织进行进一步的检测，未发现残留的肿瘤细胞，从而证实了淋巴瘤的完全清除。

综上所述，这项工作制备了可高效跨越血脑屏障实现中枢神经系统蛋白投递的新型纳米胶囊载体。以利妥昔单抗对非霍奇金淋巴瘤的治疗为例，展示了其在继发性脑转移瘤上显著的治疗效果。同时，工作中脑转移瘤模型的建立方法，以及单抗在NSG免疫缺陷型小鼠及BLT人化小鼠中治疗效果的比较结果，对于如何构建人源肿瘤小鼠移植模型具有重要的启示意义。

原文链接

https://www.nature.com/articles/s41551-019-0434-z

参考文献

1. Aragon-Ching, J. B. & Zujewski, J. A. CNS metastasis: an old problem in a new guise. Clin. Cancer Res. 13, 1644–1647 (2007).

2. Tosoni, A., Ermani, M. & Brandes, A. A. The pathogenesis and treatment of brain metastases: a comprehensive review. Crit. Rev. Oncol. Hematol. 52, 199–215 (2004).

3. Chambers, A. F., Groom, A. C. & MacDonald, I. C. Dissemination and Growth of Cancer Cells in Metastatic Sites, Nat. Rev. Cancer 2, (2002).

4. Rubenstein, J. L. et al. Rituximab therapy for CNS lymphomas: targeting the leptomeningeal compartment. Blood 101, 466–468 (2003).

5. Wu, D. et al. A bioinspired platform for effective delivery of protein therapeutics to the central nervous system. Adv. Mater. 31, e1807557 (2019).