调控乳酸水平的分子螯合物实现激素-光动力协同抗肿瘤的研究

目的:本研究基于肿瘤组织的乳酸调控,设计一种二氢卟吩e6(Chlorin e6,Ce6)分子络合物用于乳腺癌的光动力治疗。采用GdCl3分别络合光敏剂Ce6和FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸),生成Ce6-GdCl3-FAD,提高了 Ce6溶解度,FAD作为乳酸耗竭剂消耗肿瘤部位乳酸;同时包载雌激素受体拮抗剂他莫昔芬发挥雌激素受体及乳酸转运体阻断,从而得到最终产物,即多功能激素-光动力协同治疗剂Ce6-GdCl3-FAD/Tam,可进一步在耗竭乳酸的同时,通过雌激素受体和乳酸转运体阻断,实现肿瘤乳酸的调控以及缓解肿瘤部位缺氧微环境,实现激素-光动力协同抗肿瘤作用。方法:(1)以GdCl3作为络合中心,络合Ce6作为光敏剂,FAD作为乳酸耗竭剂,他莫昔芬(Tamoxifen,Tam)作为雌激素受体拮抗剂合成Ce6-GdCl3-FAD/Tam,通过紫外可见光谱(UV-Vis)、X射线光电子能谱技术(XPS)、X射线能谱仪(EDS)等手段对目的物进行分析以验证其成功合成Entinostat分子量,通过TEM、SEM、马尔文粒径仪等对目的物形态、粒径、电位、元素等理化性质进行表征。(2)通过CCK-8法来评价单一组分FAD、Tamoxifen以及Ce6-GdCl3-FAD以及最终制剂Ce6-GdCl3-FAD/Tam对雌激素阳性细胞(ER+)MCF-7的细胞活性的影响;通过乳酸及H2O2浓度检测考察制剂对溶液及细胞中乳酸耗竭以及H2O2生成的影响;通过免疫荧光染色法考察MCF-7对制剂摄取以及ROS表达的影响。(3)成功建立MCF-7原位乳腺癌模型,系统评价Ce6-GdCl3-FAD/Tam抑制原位乳腺癌生长的治疗效果,深入研究实现肿瘤部位乳酸耗竭与他莫昔芬激素治疗联合光动力疗法的协同作用。利用抑瘤曲线、活体成像、肿瘤组织TUNEL、Ki67染色指标评价本制剂抗肿瘤疗效;通过肿瘤部位乳酸以及H2O2浓度评价其乳酸耗竭作用;通过免疫荧光染色方法考察肿瘤组织HIF-1α、CD31等的表达水平;通过免疫印记(Western Blot)测定肿瘤组织MCT-4以及γ-H2A.X的表达水平;通过对动物体重进行监测及重要器官质量、器官H&E染色、血常规和血生化分析评价制剂的生物安全性,为新型肿瘤靶向制剂的设计与激素-光动力协同治疗策略的研究提供借鉴意义。结果:(1)合成的 Ce6-GdCl3、Ce6-GdCl3-FAD、Ce6-GdCl3-FAD/Tam 为类球形粒子,平均水合粒径~200nm,电位分别为-21.30mV、-20.45mV、-2.05mV,最终制剂Ce6-GdCl3-FAD/Tam接近电中性,EDS结果显示Gd均匀分布在粒子内部,UV-Vis结果显示制剂 Ce6-GdCl3-FAD 及 Ce6-GdCl3-FAD/Tam 拥有 Ce6 的特征峰(340-430nm,640-660nm)以及FAD的特征峰(300-500nm双峰),XPS显示制剂含有Gd4d的特征峰,代表制剂的成功合成。(2)本研究利用乳酸关键基团FAD耗竭乳酸,相较于传统乳酸脱氢酶/乳酸氧化酶稳定性更好,有利于实际应用;检测其对乳酸溶液浓度的影响,FAD及Ce6-GdCl3-FAD相较于对照组均有效消耗乳酸;同时他莫昔芬干扰乳酸外排,协同控制肿瘤微RSL3浓度环境乳酸浓度,在MCF-7细胞培养过程中,游离Tamoxifen及FAD和制剂Ce6-GdCl3-FAD、Ce6-GdCl3-FAD/Tam均有效耗竭乳酸,并促进H2O2的生成。通过CCK-8细胞存活率实验检测制剂对细胞的毒性,验证Tamoxifen仅对雌激素阳性细胞(MCF-7)具有毒性,而对雌激素阴性细胞(MCF-7 ADR)无明显毒性;Ce6-GdCl3-FAD在无激光条件下,对肿瘤细胞Semi-selective medium无明显毒性;Ce6-GdCl3-FAD/Tam对肿瘤细胞毒性较大,且在PDT干扰下毒性明显增强;共聚焦结果表明制剂相较于游离Ce6摄取增强;免疫荧光染色结果表明制剂增强胞内ROS生成,有效杀伤细胞。(3)体内结果表明,Ce6-GdCl3-FAD/Tam+PDT有效抑制肿瘤生长,组织免疫荧光显示其抑制体内HIF-1α表达,有效缓解肿瘤缺氧微环境;CD31表达减少表明Ce6-GdCl3-FAD/Tam+PDT有效抑制血管新生,阻碍肿瘤发展进程;肿瘤组织乳酸浓度检测结果显示Ce6-GdCl3-FAD及Ce6-GdCl3-FAD/Tam均有效耗竭瘤内乳酸,生成H2O2,WB结果显示Ce6-GdCl3-FAD/Tam组肿瘤组织乳酸转运体MCT-4表达减少,调控肿瘤微环境内乳酸浓度,γ-H2A.X表达升高,抑制肿瘤生长;体重监测、血常规及血生化指标与对照组相比均无明显差异,重要器官相对质量及组织H&E结果显示对重要器官无明显毒性,显示出Ce6-GdCl3-FAD/Tam良好的生物安全性。结论:本课题构建一种联合光动力治疗与激素治疗的粒子Ce6-GdCl3-FAD/Tam,Ce6作为光敏剂被广泛应用,但其溶解度差成为应用中的主要限制,通过与GdCl3的络合提高了 Ce6的溶解度,其中FAD作为乳酸降解过程的关键基团,经我们初步验证具有体内外乳酸降解作用,有效调控肿瘤微环境乳酸;同时,激素药物Tamoxifen的加入通过干扰ER与雌激素的结合,并抑制MCT的表达,干扰肿瘤发展进程。成功构建的Ce6-GdCl3-FAD/Tam理化性质稳定、有效抑制肿瘤生长且具有良好的生物安全性,实现激素-光动力协同治疗,同时Gd作为MRI常用的显影剂,有望实现影像治疗一体化。