Floxuridine

题名：Targeting the chemokine receptor CXCR4 for cancer therapies 作者：Ariana Rueda 1 2 3, Naroa Serna 2 4, Ramon Mangues 5 6 7, Antonio Villaverde 8 9 10, Ugutz Unzueta 11 12 13 14 出处：Biomark Res. 2025 May 1;13(1):68.  DOI: 10.1186/s40364-025-00778-y  摘要 C-X-C 趋化因子受体 4（CXCR4）因其在肿瘤进展和转移中表现出干细胞表型而发挥关键作用，已成为癌症治疗的重要分子生物标志物。在超过 20 种癌症中观察到其过度表达，包括实体瘤和血液系统恶性肿瘤，且通常与肿瘤的侵袭性和不良预后相关。最初作为 HIV 感染的共受体被识别，过去几十年中已发现众多针对 CXCR4 的配体和拮抗剂，包括小分子、肽和生物制剂。尽管其中只有少数用于癌症治疗，但以 CXCR4 为分子靶点的最新生物技术进展显示出显著潜力，有望彻底改变未来的癌症治疗。因此，本综述重点介绍了针对趋化因子受体 CXCR4 开发的用于癌症治疗和诊断的生物技术创新。它还探讨了新兴治疗策略的未来前景，涵盖了从阻断受体信号传导的小分子抑制剂的使用，到为将创新药物和蛋白质靶向递送至癌症干细胞而设计的前沿纳米载体，旨在实现细胞选择性的精准纳米药物。 简介 C-X-C 趋化因子受体 4 型（CXCR4），也称为 CD184，是一种膜蛋白，有助于多种细胞类型的迁移和运输的调节，尤其是免疫细胞等[1,2,3]。该蛋白在不同组织和器官中广泛表达，尽管表达程度各异，但在众多生理功能和多种病理过程中发挥着关键作用。CXCR4 具有典型的七次跨膜结构，是一种 G 蛋白偶联受体（GPCR），主要与其天然配体——基质细胞衍生因子 1（SDF-1 或 CXCL12）结合[4， 5]。这种结合会引发 CXCR4 的结构重排，从而使其被激活[6]。CXCR4 的功能形式随后与异三聚体 G 蛋白复合物的 Gαi 亚基相互作用，从而激活多种下游信号通路，包括磷脂酰肌醇 3-激酶（PI3K）通路、磷脂酶 C（PLC）通路、Janus 激酶/信号转导及转录激活因子（JAK/STAT）通路以及丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路[7， 8]。这些通路共同调节诸如细胞内钙离子动员、细胞黏附和迁移、干细胞归巢以及免疫反应等过程，尤其是通过刺激免疫细胞向感染和炎症部位的迁移来发挥作用[2, 9， 10， 11]（图 1）。 图1 CXCR4 在生理或病理过程中的信号传导。列出了骨髓中的造血干细胞和祖细胞（HSPCs）以及其他免疫、神经、心血管和消化系统细胞类型的 CXCR4 生理作用。还指出了 CXCR4 在炎症、感染和损伤修复中的病理作用。CXCR4/CXCL12 的相互作用、被激活的主要信号通路（即 PLC 通路、PI3K/Akt 通路、JAK/STAT 通路和 MAPK 通路），以及它们下游的细胞反应均如下图所示。 在免疫系统中，CXCR4 分布于 T 细胞和 B 细胞、树突状细胞、单核细胞以及中性粒细胞的表面[12，13,14,15]。有趣的是，CXCR4 是人类免疫缺陷病毒（HIV）在感染免疫细胞过程中所利用的共受体[16]，这在很大程度上促进了对其结构和功能的研究。在与 HIV 相关的研究中，主要致力于寻找病毒抑制剂，已鉴定出许多 CXCR4 激动剂和拮抗剂[17，18，19，20]。除了 CXCR4 的天然配体 SDF-1（CXCL12）外，最初为动员干细胞而开发的合成小分子 AMD3100（普乐沙福）[21]，也被广泛用作抗病毒药物[22]。然而，包括 Polyphemusin II 及其衍生物[23]、KRH-1636[24] 或 FC131[25] 等在内的许多其他 CXCR4 配体也已被鉴定或开发为抗病毒分子[26, 27]。尽管它们在获得性免疫缺陷综合征（艾滋病）相关药理学及其他临床领域具有医学价值，但其在其他应用方面的开发却受到了限制。 CXCR4 在其他生物学中的生理作用也已得到认可。在心血管和消化系统中，CXCR4 参与维持体内平衡、组织修复和血管生成[28，29，30，31]。然而，在神经系统中，它则与神经发育、神经炎症和神经保护有关[32，33，34，35]。CXCR4 的主要生理作用之一是参与造血，帮助造血干细胞在骨髓微环境中留存，从而持续供应各类血细胞[36，37，38，39]。当然，这一事实对组织修复、应激反应以及预防血液系统恶性肿瘤也有间接影响[40]（图 1）。 除了其生理功能外，CXCR4 信号失调与自身免疫性疾病（如类风湿性关节炎和系统性红斑狼疮）[41,42,43] 以及慢性炎症性疾病（如骨关节炎）[44] 的进展有关。有趣的是，CXCR4 也是癌症中的一个相关分子标志物，它在包括肺癌、乳腺癌、胰腺癌、卵巢癌、结直肠癌、肝癌和前列腺癌在内的 20 多种人类恶性肿瘤中过度表达，以及某些类型的白血病和淋巴瘤 [45，46，47，48]。CXCR4 过度表达通常与不良预后相关，并且常常与转移有关，这取决于 CXCL12 介导的癌症干细胞迁移和侵袭的促进作用 [49]。与健康组织相比，这些癌症中 CXCR4 的表达水平非常高，这使得该受体成为诊断的有趣标志物，同时也可能成为精准靶向和选择性递送抗肿瘤药物的潜在工具 [50，51，52]。这种方法涉及在药物或药物载体上展示特定的 CXCR4 相互作用因子，它们与 CXCR4 细胞表面的协同结合，以及随后的内体介导的细胞内化[53， 54]。鉴于在肿瘤治疗中对高选择性细胞毒性药物的需求，以提高疗效并减少副作用，CXCR4 成为通过潜在控制转移扩散和化疗耐药性来干预多种恶性肿瘤的关键靶点。本综述总结了过去几十年中为实现这些目标而采用的不同生物技术方法和治疗策略，旨在为创新的先进肿瘤治疗提供以精准为导向的药物临床干预措施。 趋化因子受体CXCR4 与癌症 癌细胞中趋化因子受体CXCR4 的过度表达主要由表观遗传机制调控，包括启动子区域的基因低甲基化和组蛋白乙酰化，后者受组蛋白乙酰转移酶（HATs）和去乙酰化酶（HDACs）控制。此外，非编码 RNA 也会上调 CXCR4 的表达，例如 miR-340-5p 可促进结直肠癌的生长和转移，miR-588 可驱动头颈部癌的肿瘤生长[55]。另外，转录因子如核因子κB（NF-κB）的直接作用也会增加 CXCR4 的表达，NF-κB 可促进乳腺癌的迁移和转移[56]，缺氧诱导因子 HIF-1α 也可促进结直肠癌的扩散[57]。此外，由于肿瘤快速生长和血管受限导致的慢性缺氧，会通过 HIF-1α 和 VEGF 刺激新生血管形成，二者均可上调 CXCR4 的表达[58]。 值得注意的是，CXCR4 过表达细胞（CXCR4+）被认为是癌症干细胞（CSCs），因为在不同癌症类型的鼠模型中，它们具有自我更新和肿瘤起始能力，而这些特性是分化后的癌细胞（CXCR4−）所不具备的[48， 59， 60]。此外，CXCR4+癌细胞表现出所有恶性特征，包括高增殖率、对常规治疗的耐药性、复发、进展以及从原发肿瘤向远处器官的扩散。 CXCR4+ 癌干细胞与肿瘤病理学 CXCR4 过度表达的细胞通过过度激活 MAPK、PI3K/Akt 和 PLC 信号通路诱导肿瘤增殖。这些通路的激活还会通过阻止细胞在常规化疗或放疗后启动细胞死亡，从而诱导耐药性和复发[47， 61]。这种效应是通过激活 JAK/STAT 通路实现的，该通路通过上调抗凋亡信号和下调细胞死亡受体的表达来促进细胞存活[60]。此外，免疫检查点（如 CTLA-4、PD-L1 等）的过度表达使癌细胞能够逃避免疫系统的攻击[62]。 CXCR4+ 癌干细胞还通过激活 Rac1 和 MMP-2/MMP-14 蛋白酶以及增强血管生成（通过触发癌细胞与内皮细胞的黏附和上调 VEGF/VEGFR）表现出肿瘤侵袭和细胞迁移能力增强[63]。这一过程赋予癌细胞内渗、进入血液循环和外渗的能力，从而有助于其在分泌 CXCL12/SDF-1（趋化因子受体 CXCR4 的配体）的器官中归巢、定植和转移[64]。 重要的是，肿瘤微环境（成纤维细胞、内皮细胞、免疫细胞）也会被 CXCR4+上皮癌细胞所扰乱。肿瘤相关基质细胞分泌的高水平 CXCL12 能够以旁分泌的方式增强细胞增殖，诱导上皮-间质转化（EMT），并增加肿瘤边缘的迁移和侵袭能力[47，61]。此外，CXCL12 分泌还能促进免疫抑制性调节性 T 细胞、肿瘤相关巨噬细胞和髓源性抑制细胞向肿瘤内浸润，从而阻断免疫系统对肿瘤的激活[64]（图 2）。 图2 CXCR4 在癌症中的作用。CXCR4 过表达的癌细胞中，由于 PLC、PI3K/Akt、JAK/STAT、MAPK、Rac1 和 MMP2/14 通路的异常激活而产生的病理下游效应。在肿瘤微环境中，肿瘤相关基质细胞分泌的高水平 CXCL12 通过激活癌细胞中的 CXCR4 信号传导、招募 CXCR4+免疫抑制细胞以及诱导上皮-间质转化（EMT）而促进肿瘤病理。在转移性微环境中，高水平的 CXCL12 诱导 CXCR4+肿瘤细胞向转移器官迁移。 CXCR4 过表达与预后 鉴于CXCR4+癌细胞所表现出的特征的机制性后果，预计其衍生的肿瘤会表现出侵袭性行为。事实上，CXCR4+肿瘤与不良预后之间存在很强的关联。这是因为与 CXCR4−肿瘤相比，CXCR4 的过表达与癌症患者的不良结局相关，包括对化疗的耐药性增加、复发风险更高、转移负荷更大以及无进展生存期和总生存期更短[45， 60]。有趣的是，在 CXCR4+癌症类型中，有一些高发且对当前治疗反应极差的实体瘤，如胰腺癌、胃癌和非小细胞肺癌[47， 60]。 CXCR4 的配体 近几十年来，已开发出多种CXCR4 特异性配体，包括受体激动剂和拮抗剂，它们各自在癌症治疗和/或靶向药物递送方面具有独特的治疗潜力（表 1）。CXCR4 激动剂，如天然配体基质细胞衍生因子 -1α（SDF-1α），在细胞迁移、组织修复和造血干细胞归巢等生物过程中发挥着关键作用。CTCE-0214 是一种合成激动剂，是 SDF-1α 肽的改良版，旨在提高其生物利用度和对 CXCR4 激活的特异性。这种合成肽已被研究，其促进组织修复和细胞迁移的效果可能优于天然配体 [65]。此外，ATI-2341 是一种肽偶联物，作为 CXCR4 的变构激动剂，通过促进 G 蛋白和β-抑制蛋白之间的偏向性信号传导来调节细胞反应，这可能导致不同的治疗效果 [66]。这些肽激动剂已在临床前试验中进行了广泛研究，特别是在干细胞动员和组织修复方面。然而，与 CXCR4 拮抗剂相比，它们的临床应用相对较少，这是由于 CXCR4 激活的复杂性和往往难以预测的影响，这可能会导致不同细胞类型和组织产生多样的甚至有时是不良的反应。因此，主要的临床进展集中在 CXCR4 拮抗剂的开发上，这些拮抗剂通过阻断其信号通路来抑制 CXCR4 的活性。鉴于 CXCR4 在癌症进展中的重要作用，这些拮抗剂作为治疗药物和靶向药物递送配体具有相当大的前景。它们包括一系列合成和天然肽、单克隆抗体、小分子和天然产物。 表1 化学趋化因子受体CXCR4 的配体 肽类 源自天然马蹄蟹蛋白的肽类是CXCR4 拮抗剂中最引人注目的。其中关键肽类之一是 T22，也称为 [Tyr5，12,Lys7]-多酚肽素 II，是从马蹄蟹中发现的抗菌肽多酚肽素 I 衍生而来的 18 氨基酸肽。它具有由两个二硫键稳定的反平行β折叠结构。该肽因其抗转移性[111]、抗菌[112]和抗 HIV 特性[81]而被广泛研究。TW70 是 T22 的改进版，经过修饰以增强其与 CXCR4 的结合亲和力和拮抗活性。它是一个 14 个残基的肽，具有 C 末端酰胺和一个二硫键，保留了反平行β折叠结构。它还包括一个 II'型β转角，在（i + 1）和（i + 2）位置分别有 D-Lys8 和 Pro9 [82]。T134 是 TW70 的变体，引入了 [L-瓜氨酸12] 并去除了 C 末端酰胺。与 TW70 或 T22 相比，该变体显示出更强的抗 HIV 活性和显著降低的细胞毒性[82， 83]。将色氨酸在 T134 位进一步替换成萘基丙氨酸，可得到一种抗 HIV 活性比原始肽高五倍的肽，即 T140 [82, 84]。有趣的是，T140 衍生肽在癌症治疗中显示出显著的前景。其中，14 个氨基酸的环状 T140 类似物 Motixafortide（也称为 TN14003、BTK140 或 BL-8040，由 BioLineRx 公司研发）已在针对多种 CXCR4 过表达肿瘤的临床前和临床试验中成功进行了评估 [85， 86]，特别是在与检查点抑制剂联合使用时 [87]。此外，对 T140 C 末端进行酰胺化（TZ14004）也提高了其在血清中的稳定性，不过这种修饰也增加了细胞毒性 [82]。最后，对 T140 的构效关系（SAR）研究确定了四个关键氨基酸（Arg2、Nal3、Tyr5 和 Arg14）对其生物活性至关重要。利用这些关键残基设计了新型环状五肽，从而开发出了生物活性与 T140 相当的低分子量 CXCR4 拮抗剂，例如 FC131 [89]。 在CXCR4 结构域模拟物中，POL6326（又名 Balixafortide，由 Spexis 公司研发）是一种口服生物利用度高的 14 氨基酸大环肽，其在治疗前列腺癌和 HER2 阴性转移性乳腺癌等实体瘤以及成像方面的潜力已得到研究[91, 92]。POL5551 是 POL6326 的一种类似物，仅有一个氨基酸不同，其疗效优于已获美国食品药品监督管理局（FDA）批准的 CXCR4 抑制剂普乐沙福。在针对胶质母细胞瘤干细胞和动员造血干细胞及祖细胞（HSPCs）的临床前模型中，POL5551 已展现出良好前景[93, 94]。 除了CXCR4 结构域模拟物之外，从多利菲明 II 设计而来的β-发夹模拟拮抗剂 POL3026（也称为 CVX15）在临床前模型中作为抗病毒疗法显示出有益效果[90]。此外，CXCL12 模拟物 CTCE-9908，一种环状 17 氨基酸肽，作为 CXCR4 抑制剂也显示出前景[95]。同样，肽 R，一种源自 CXCL12 中 Ar–Ar-X 基序的环状肽拮抗剂，在成像和药物递送应用中也展现出潜力[96]。 最后，在新型CXCR4 拮抗肽中，由礼来公司开发的环肽 LY2510924 及其类似物 LY25109249 已被研究用于治疗多种 CXCR4+ 癌症[97]。此外，其他广泛用于 CXCR4 靶向药物递送的新型肽类拮抗剂包括 FC131 的五肽线性变体 LFC131[98， 113] 以及 22 个氨基酸的肽 E5[99]。 小分子 最广为人知的CXCR4 拮抗剂之一是 AMD3100（也称为Plerixafor），这是一种由两个通过苯撑桥连接的环胺环组成的双环胺衍生物。Plerixafor已被广泛用于干细胞动员，并于 2008 年获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准，用于非霍奇金淋巴瘤和多发性骨髓瘤患者的自体移植[22， 67， 68]。AMD3100 的另一种强效类似物是 AMD3465，它具有一个由 14 个原子组成的单大环结构。由于结构上的改进，其对 CXCR4 的亲和力比 AMD3100 高十倍，在临床前研究中主要作为治疗诊断剂进行研究[75]。此外，Burixafor（也称为 GPC-100 或 TG-0054）是另一种基于环状双环胺结构的分子，其对 CXCR4 的亲和力高于 AMD3100，在癌症治疗方面具有潜力[71， 72]。 为解决大环结构的局限性，目前正开发几种口服生物利用度高的非大环衍生物。例如X4P-001，也称为马沃瑞沙福（Mavorixafor）或 AMD-070，其结构中包含苯并咪唑和四氢喹啉基团。马沃瑞沙福在治疗 WHIM 综合征（一种罕见的免疫缺陷病）方面显示出临床前景[69]，并且还在癌症治疗方面进行研究[70]。另一个有前景的化合物是 Glycomimetics 公司开发的 GMI-1359，它能同时抑制 CXCR4 和 E-选择素，通过其双重抑制特性展现出治疗潜力[73]。 其他的小分子抑制剂包括USL311，这是一种由 Proximagen 公司开发的口服生物利用度良好的化合物，由于其芳香族和杂环结构，能选择性地与 CXCR4 结合[74， 114]。其他非大环抑制剂，如 IT1t（一种类似小异硫脲衍生物的分子）[76]，或含杂环的分子如 MSX-122 和 BPRCX807，目前处于临床前阶段，正在针对包括癌症治疗在内的多种治疗应用进行研究[77， 80]。 最后，正在研发的用于CXCR4 拮抗作用的其他小分子还包括 KRH-1636 [78] 及其口服生物利用度更高的衍生物 KRH-3955，它们显示出比 AMD3100 更强的抗 HIV-1 活性，使其成为抗 CXCR4 疗法的有希望的候选药物 [79]。 单克隆抗体 已开发出几种针对CXCR4 的单克隆抗体（mAbs）用于治疗，尤其是在癌症治疗方面。例如，百时美施贵宝公司开发的乌洛库普单抗（也称为 BMS-936564 或 MDX-1338），这是一种全人源化的 IgG4 单克隆抗体，在血液系统肿瘤和实体瘤的临床前模型中均显示出疗效[100]。其他例子包括辉瑞公司的 PF-06747143（一种人源化 IgG1 抗 CXCR4 抗体）[101， 102]、礼来公司的 LY2624587（一种重组人源化抗 CXCR4 单克隆抗体）[103] 以及皮埃尔法伯制药公司开发的 F50067（Hz515H7）（一种 IgG1 单克隆抗体），这些抗体主要在血液系统恶性肿瘤中进行了早期临床试验[104]。 除了传统的抗体之外，蛋白质工程的进步还促成了新型治疗性抗体衍生物的开发。例如，由Ablynx 公司开发的双表位抗 CXCR4 VHH 药物 ALX-0651 就是专门用于干细胞动员的[105]。另一个创新的例子是 AdAlta 公司开发的重组 Fc 融合蛋白 AD-214。AD-214 由两个前端与 CXCR4 结合的 AD-114 i-body 分子组成，并在尾部融合了一个 Fc 片段。在针对间质性肺病（ILD）或慢性肾病（CKD）患者的 1 期临床试验中，这种融合蛋白已显示出安全性、耐受性和良好的药代动力学特性，其应用重点在于治疗纤维化疾病[106]。 天然产物 还有一些天然产物也被确认为CXCR4 拮抗剂。在这方面，海洋来源的黄酮二聚体青霉黄酮 A（PXA）作为一种 CCR5/CXCR4 双重共受体拮抗剂，在 HIV 感染方面具有有趣的应用[107]，以及来自传统中药的各种成分，如萨可皂苷 A（SSA），已被证明具有作为 CXCR4 抑制剂的潜力[108]。 适配体和脂质 针对CXCR4 的新兴方法还包括一些适配体和脂质。一个显著的例子是 NOX-A12（也称为奥拉普替肽聚乙二醇），这是一种 Spiegelmer 适配体，可靶向 CXCR4，并主要在 CXCR4+血液系统恶性肿瘤中进行了研究[109]。最后，一种双（环胺）封端的胆固醇脂质，称为 BAT-1，已被开发用于 CXCR4 靶向药物递送系统[110]。 靶向趋化因子受体CXCR4 的癌症疗法 CXCR4 作为诊断和反应监测的分子标志物 CXCR4 在多种癌症类型中的过度表达及其通过 CXCR4/CXC12 轴在肿瘤进展中的关键作用，使这种趋化因子受体成为癌症诊断、反应评估和患者分型的有吸引力的靶点[114]。分子放射成像提供了一种非侵入性方法，其中通过正电子发射断层扫描（PET）或单光子发射计算机断层扫描（SPECT）追踪靶向放射性标记示踪剂[115， 116]（图 3A）。 图3 在癌症诊断和治疗中靶向趋化因子受体CXCR4。A 利用针对 CXCR4 的探针在正电子发射断层扫描（PET）、单光子发射计算机断层扫描（SPECT）或近红外（NIR）荧光等成像技术中将 CXCR4 作为分子标志物用于诊断和反应监测。B CXCR4 抑制剂用于癌症治疗。展示了 CXCR4 拮抗剂，包括小分子、肽、抗体和微小 RNA，以及它们潜在的治疗效果。C 靶向 CXCR4+癌细胞的药物递送。由不同材料组成的载有不同治疗有效载荷的药物载体纳米颗粒（NP）及其在 CXCR4 过表达癌细胞中的抗肿瘤效果。ADC：抗体药物偶联物 Pentixafor（CPCR4-2）是一种靶向 CXCR4 的药物，可通过 1，4，7,10-四氮杂环十二烷-1，4，7，10-四乙酸（DOTA）螯合剂标记上镓-68 同位素（68Ga-Pentixafor）。这种放射性示踪剂在血液系统癌症的正电子发射断层扫描（PET）成像诊断中被视为一项突破，因其对 CXCR4+肿瘤具有高度选择性，肝脏蓄积量极低，且成像对比度高。它已在淋巴增生性恶性肿瘤中成功进行了评估，其结果与[18F]-氟脱氧葡萄糖成像相比具有互补性或优越性[117]。68Ga-Pentixafor 还在慢性淋巴细胞白血病（CLL）[118]、非霍奇金淋巴瘤（NHL）[118， 119]、急性髓系白血病（AML）[120， 121]和多发性骨髓瘤（MM）[122，123，124，125，126]中进行了评估，其中多发性骨髓瘤是临床研究最多的。 尽管Pentixafor 在血液系统癌症中表现出色，但在实体瘤中的应用却较为有限[127，128，129]。PentixaTec 是 Pentixafor 的一种衍生物，专为锝 -99 标记（[99mTc]Tc-PentixaTec）而设计，它在 CXCR4+ 组织中也表现出选择性摄取，并在单光子发射计算机断层扫描（SPECT）成像方面取得了令人鼓舞的结果[130]。虽然其他同位素也已与 Pentixafor 或基于 Pentixafor 的肽结合[131]，但 68Ga-Pentixafor 仍是临床应用中最为重要的。 除了Pentixafor 之外，CXCR4 靶向肽 LY25109249 的衍生物也通过 DOTA 偶联（FRM001）进行了修饰，以便用镓-67/68、钇-90 和镥-177 进行放射性标记，用于放射性成像和潜在的诊疗应用。从这个意义上说，67/68Ga-FRM001 在小鼠模型中显示出较高的肿瘤摄取，但也有明显的肝脏聚集[132]。另一种基于 LY25109249 的示踪剂使用了比 DOTA 更稳定的螯合剂 1，4，7-三氮杂环壬烷-1，4，7-三乙酸（NOTA），用于标记铜-64。由此产生的 64CuNOTA-CP01 在 PET 成像中表现出 CXCR4 特异性肿瘤靶向，但肝脏聚集仍然相当明显[133]。BL01 是另一种 LY25109249 衍生物，当用镓-68 和镥-177 标记时，也显示出类似的结果[134]，但当重新设计为用氟-18（18F）标记时，采用两种不同的策略（18FBL08 和 18FBL09），在临床前模型中实现了高对比度的 PET 成像[135]。 除了基于肽的示踪剂之外，还开发了诸如苯磺酰胺衍生物之类的其他小分子作为CXCR4 靶向 PET 成像的放射性配体。这种小分子用氟-18 标记后，在小鼠模型中显示出有效的肿瘤检测效果[136]。 著名的CXCR4 拮抗剂 AMD3100 也已被用铜 -64 [137]、镓 -67 [138]、锌 -62 [139] 和锝 -99 等不同同位素进行放射性标记，用于正电子发射计算机断层扫描/单光子发射计算机断层扫描（PEC/SPECT）成像 [140]。尽管这些示踪剂显示出 CXCR4 特异性摄取，但在体内它们也在肝脏、肾脏和一些免疫器官中出现了脱靶蓄积。随后，尽管通过使用几种连接子和螯合剂（DOTA 或 NODA 衍生物）对镓 -68 标记的 AMD3100 示踪剂进行了优化以改善生物分布，但它们仍未能减少肝脏和脾脏的蓄积 [141]。 AMD3465 是 AMD3100 的优化版[142]，其作为 PET 成像用的 64Cu-AMD3465 在 CXCR4 特异性方面优于 64Cu-AMD3100，尽管它在肝脏和肾脏中仍有相当程度的摄取[143]。然而，在异种移植小鼠模型中，用于 SPECT 成像的 99mTc-AMD3465 在肝脏中的积累量较低[144]。AMD3465 还被用碳-11 标记为 N-[11C]甲基-AMD3465，在 C6 胶质瘤肿瘤模型中显示出良好的 CXCR4 选择性。重要的是，碳-11 的半衰期明显短于 64Cu 和 99mTc，这可能也有助于减轻患者的辐射负担[145]。此外，AMD3465 还被用氟-18 标记，其中最有前景的候选物是 18FMCFB（具有高 CXCR4 结合能力和选择性）[146]、18FRPS-547 和 18FRPS-5324，后者在体内与 68Ga-Pentixafor 相比，肿瘤与正常组织的比值更高[147]。 AMD3100 的环胺衍生物也已被标记上碘-131 和溴-76，其中后者（76Br-HZ270）在脑癌的正电子发射断层扫描成像中显示出高肿瘤摄取率和低背景信号，但不适用于中枢神经系统肿瘤[148]。另一种 CXCR4 拮抗剂 CuCB-Bicyclam 被标记上铜-64（64Cu-CuCB-bicyclam），在体内表现出比 64Cu-AMD3100 和 64Cu-AMD3456 更高的亲和力和特异性[149]。 除了放射性成像技术外，基于荧光的技术也在CXCR4 靶向诊断中崭露头角。例如，一种用磺化 Cy5 标记的 Pentixafor 示踪剂（MK007）已使 CXCR4 靶向荧光内镜能够检测出巴雷特食管小鼠模型中的异型增生病变[150]。在另一种方法中，CXCR4 肽拮抗剂 Balixafortide（POL6326）也已成功与荧光探针结合，用于特异性检测乳腺癌转移灶在前哨淋巴结中的情况[151]。 CXCR4 作为癌症治疗的分子靶点 CXCR4 是癌症治疗的一个颇具吸引力的靶点，因为它在肿瘤生长、转移以及塑造肿瘤微环境方面发挥着作用[152]。它还促进了癌细胞的归巢以及对远处器官的侵袭，使肿瘤细胞能够在诸如骨髓这样的保护性微环境中得以庇护和增殖[153]。靶向并阻断 CXCR4 可以破坏这些过程，从而阻止肿瘤进展，降低对化疗的耐药性，并支持免疫疗法，使其成为抗癌策略开发中的重要焦点[47， 60， 154]（图 3B）。由于 CXCR4 在超过 20 种癌症类型中过度表达，已开发出多种拮抗剂，主要是小分子、肽和抗体来靶向该受体，其中许多已进入临床试验（表 2）。在本节中，将讨论最具有临床意义的实例，以及旨在破坏 CXCR4/CXCL12 轴的其他治疗策略。 表2 针对癌症中 CXCR4 的治疗干预措施（临床试验） 小分子 CXCR4 最广泛研究的小分子拮抗剂之一是 AMD3100，也称为普乐沙福（商品名Mozobil）。2008 年，美国食品药品监督管理局（FDA）批准其用于治疗因干细胞采集困难而难以将造血干细胞祖细胞（HSPCs）动员至外周血的患者。在此意义上，AMD3100 与粒细胞集落刺激因子（G-CSF）联合使用，以增强淋巴瘤或多发性骨髓瘤患者 [155， 156] 以及患有淋巴瘤或实体瘤的儿童 [157， 158] 自体移植时 HSPCs 的动员。 普乐沙福也是一种化疗增敏剂，因其在干细胞动员中的作用，可使急性髓系白血病（AML）[159, 160]、慢性淋巴细胞白血病（CLL）[161]、多发性骨髓瘤（MM）[162， 163]和骨髓增生异常综合征（MDS）[164]等血液系统恶性肿瘤中的癌细胞更多地暴露于化疗药物。它也在实体瘤中进行探索，通常与抗 PD1 的 Cemiplimab 等免疫检查点抑制剂联合使用，已在转移性胰腺癌患者中进入 2 期临床试验（NCT04177810）。此外，普乐沙福能够穿过血脑屏障，在与抗 VEGF 治疗联合使用时，在高级别胶质瘤患者中已显示出安全性[165]。目前，它还在胶质母细胞瘤（GBM）患者中与标准的替莫唑胺放化疗联合使用，进行 2 期临床试验（NCT03746080）。总体而言，普乐沙福是研究最多的 CXCR4 拮抗剂，有超过 150 项注册临床试验，其主要治疗重点在于血液系统癌症。 马沃瑞沙福（X4P-001，AMD070）是另一种口服生物利用度高的 CXCR4 拮抗剂，可增强 CD8+细胞浸润，并减少肿瘤微环境中的免疫抑制细胞。它已在晚期肾细胞癌（RCC）患者中与免疫检查点抑制剂（ICI）如纳武利尤单抗联合使用进行了测试[70]，以及与阿昔替尼联合使用[166]，显示出可管理的安全性特征和潜在的抗肿瘤活性。因此，未来这可能会成为一种三联疗法。马沃瑞沙福在与依鲁替尼（激酶抑制剂）联合用于华氏巨球蛋白血症患者[167]以及与帕博利珠单抗（抗 PD-1）联合用于黑色素瘤患者[168]时也已被证明具有临床安全性。最近，马沃瑞沙福已获美国食品药品监督管理局（FDA）批准，以 Xalremdi 为商品名用于治疗 WHIM 综合征[169]。 布里克索福（GPC-100，TG-0054）是另一种可生物利用的 CXCR4 拮抗剂，可动员小鼠和健康患者的造血干细胞（HSCs）[71]。在一项 2 期试点研究中，布里克索福联合粒细胞集落刺激因子（G-CSF）成功地将非霍奇金淋巴瘤（NHL）、霍奇金淋巴瘤（HL）和多发性骨髓瘤（MM）患者的造血干细胞动员到外周血中[170]。一种新型的与β肾上腺素能阻滞剂普萘洛尔和 G-CSF 的联合用药方案显示出比标准的泊沙索福加 G-CSF 治疗更强的造血干细胞动员效果[171]。这种三联疗法正在多发性骨髓瘤患者中进行的一项 2 期临床试验（NCT05561751）中接受研究。 由GlycoMimetics 公司研发的 GMI-1359 是一种 CXCR4 和 E-选择素的双重抑制剂，在急性髓系白血病（AML）中能促进白血病细胞向外周血动员，并延长了 PDX 模型中的生存期[19]，在多发性骨髓瘤（MM）的临床前模型中也有类似效果[172]。此外，GMI-1359 在骨转移中表现出抗转移活性，并且比单独使用 CXCR4 拮抗剂 CTCE-9980 更有效地使癌细胞对多西他赛敏感[73]。重要的是，GMI-1359 在人体中使用是安全的（NCT02931214），并且在 HR+转移性乳腺癌患者中显示出了靶向效果（NCT04197999）。 最终，由普罗西米根公司研发的USL311 单独使用以及与洛莫司汀联合使用，在晚期实体瘤和复发性胶质母细胞瘤患者中开展的 1/2 期临床试验因商业策略（而非安全性问题）而终止（NCT02765165）。 肽类物质 肽类物质是癌症治疗中另一类有前景的CXCR4 拮抗剂。其中，Motixafortide（BL-8040）是临床进展最为显著的产品之一，它是一种长效的 CXCR4 拮抗剂，作为单一疗法即可诱导 CD34+细胞动员[173]。该药物已获美国食品药品监督管理局（FDA）批准，以 Aphexda 为商品名，与粒细胞集落刺激因子（G-CSF）联合用于多发性骨髓瘤（MM）患者的造血干细胞动员及后续自体移植。在 GENESIS 三期临床试验中，该产品表现出良好的安全性[174]。除了用于干细胞动员外，Motixafortide 还正在与阿糖胞苷联合用于复发/难治性急性髓系白血病（AML）[175]，以及与奈拉滨联合用于复发/难治性 T 细胞急性淋巴细胞白血病和淋巴母细胞淋巴瘤[176]的联合疗法中进行探索。此外，Motixafortide 还正在与 PD-1 抑制剂帕博利珠单抗和化疗联合，作为转移性胰腺导管腺癌（PDAC）二线治疗进行评估[87， 177]。目前，一项类似的 2 期研究也在进行中，旨在评估其与 PD-1 抑制剂西米普利单抗及化疗联合使用在胰腺导管腺癌患者中的疗效（NCT04543071）。最后，莫替沙芬肽正与那他珠单抗联合用于镰状细胞病的基因治疗中，作为干细胞动员剂接受测试[178]。 另一种肽类拮抗剂LY2510924（礼来公司）已进入针对实体瘤患者的多项临床试验。该肽最初在一项 1 期剂量递增研究中显示出安全的 CD34+动员作用[179]，但在小细胞肺癌中与化疗（卡铂/依托泊苷）联合使用[180]或在转移性肾细胞癌中与舒尼替尼联合使用[181]时，未能显示出显著的疗效改善。最近的一项 1 期研究证实，LY2510924 与度伐利尤单抗联合用于晚期难治性实体瘤是安全的[182]，尽管没有进一步的研究。在血液系统癌症中，临床前研究显示，LY2510924 作为单药治疗急性髓系白血病（AML）时，其抗白血病活性优于 AMD3100，并且与化疗联合使用时具有协同抗肿瘤作用，通过有效动员白血病细胞、诱导髓样分化和阻断促存活信号[183]。最后，LY2510924 也安全地与伊达比星/阿糖胞苷联合用于复发/难治性 AML 患者[184]。 由Spexis 公司研发的巴利沙福肽（POL6326）是一种肽类拮抗剂，在与艾立布林联合用于 HER2 阴性转移性乳腺癌时显示出良好的安全性[92]。然而，这种组合并未增强艾立布林的疗效[185]。另一方面，巴利沙福肽作为单药治疗能够诱导健康个体[186， 187]和血液系统疾病患者（NCT01413568）[188]的造血干细胞动员。此外，在前列腺癌骨转移的小鼠模型中，巴利沙福肽增强了多西他赛的抗肿瘤活性[189]。 最后，CTCE-9908 是一种 CXCL12 类似物，能强烈阻断 CXCR4/CXCL12 轴，从而在包括骨肉瘤和黑色素瘤[190]、食管癌[95]、乳腺癌[191， 192]和前列腺癌[193， 194]在内的多种临床前模型中抑制肿瘤生长和转移。该肽被 TCM 生物技术公司重新命名为 PTX-9908，已进入人体研究阶段，用于治疗肝癌。在此背景下，一项 1/2 期临床试验正在评估 PTX-9908 在经导管动脉化疗栓塞术（TRACE）后预防不可切除肝细胞癌患者肿瘤复发的效果（NCT03812874）。此外，TCM 生物技术公司还在研究其与免疫检查点抑制剂联合使用的情况。 抗体 针对CXCR4 的单克隆抗体（mAbs）在实体瘤和血液系统恶性肿瘤中均显示出良好的效果，其通过阻断 CXCR4/CXCL12 轴并诱导癌细胞凋亡发挥作用。 乌洛库普单抗（BMS-936564）由百时美施贵宝公司研发，是一种全人源 IgG4 单克隆抗 CXCR4 抗体。临床前研究显示，该抗体在几种血液系统癌症（急性髓系白血病、非霍奇金淋巴瘤和多发性骨髓瘤）中具有抗肿瘤作用[195]，其通过一种不依赖半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶的机制激活细胞凋亡，该机制涉及活性氧（ROS）的产生[100]。乌洛库普单抗与来那度胺和硼替佐米联合使用时，在复发/难治性多发性骨髓瘤患者中表现出较高的缓解率，包括那些经过大量前期治疗的患者[196]。此外，乌洛库普单抗与依鲁替尼联合使用在患有突变型华氏巨球蛋白血症的患者中也被证明是安全的[197]。然而，一项与阿糖胞苷联合用于急性髓系白血病患者的 1/2 期试验因入组缓慢和业务目标变更而终止（NCT02305563）。同样，另一项针对胰腺癌和小细胞肺癌患者的试验也因疗效不佳而终止（NCT02472977）。 LY2624587 是礼来公司开发的另一种全人源化单克隆抗体，在血液系统恶性肿瘤的临床前模型中可促进细胞凋亡[103]。该抗体通过受体内化使细胞表面的 CXCR4 下调，尽管在动物模型和人体研究中对造血干细胞的动员作用较弱，尤其是与它的肽类类似物 LY2510924 相比[103， 198]。 辉瑞公司的PF-06747143 是一种人源化 IgG1 CXCR4 抗体，在非霍奇金淋巴瘤（NHL）、急性髓系白血病（AML）和多发性骨髓瘤（MM）的临床前模型中表现出强大的抗肿瘤活性[20， 101]。此外，在多发性骨髓瘤模型中与硼替佐米联合使用，在化疗耐药的急性髓系白血病患者来源的异种移植（PDX）模型中与柔红霉素和阿糖胞苷联合使用时，PF-06747143 均显示出强大的协同作用[101]。与 Ulocuplumab 等其他单克隆抗体不同，该抗体除了能动员恶性血液细胞外，还具有双重效应机制，包括抗体依赖性细胞毒性（ADCC）和补体依赖性细胞毒性（CDC）。PF-06747143 在一项针对急性髓系白血病患者的 1 期试验中进行了评估，试验中该抗体作为单药治疗或与化疗联合使用（NCT02954653），但由于战略业务优先级的原因，该研究已终止。 另一种IgG1 抗 CXCR4 抗体 F50067（Hz515H7）也因在急性髓系白血病（AML）和多发性骨髓瘤（MM）的临床前抗肿瘤活性而进入 1 期临床试验。与 PF-06747143 类似，F50067 除了能促进造血细胞动员外，还通过抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（ADCC）和补体依赖性细胞毒作用（CDC）发挥抗肿瘤作用[199]。遗憾的是，由于血小板减少等血液学毒性，F50067 单药治疗或与来那度胺和地塞米松联合治疗复发/难治性 MM 患者的临床研究已终止[104]。 除了传统抗体外，还探索了一种类似ALX-0651 的双表位抗体，这种抗体被认为是一种纳米抗体。尽管其在临床前具有潜力，但在临床试验（NCT01374503）中，ALX-0651 并未改善标准治疗方案的效果。 基于寡核苷酸的药物 已发现多种调节CXCR4 表达的微小 RNA（miRNA）在癌症治疗方面具有潜力[200]。其中一些包括 miR-146，它通过下调 CXCR4 抑制结直肠癌细胞（CRC）的增殖[201]。此外，miR-193-5p 在 CRC 中起着肿瘤抑制因子的作用[202]，与 5-氟尿嘧啶（5-FU）和奥沙利铂联合使用时，能增强对 CXCR4 的抑制作用，降低化疗耐药性[203]。在乳腺癌干细胞中，miR-139 的过表达通过降低 CXCR4 水平减少干细胞归巢和侵袭[204]。同样，miR-613 的过表达通过靶向 CXCR4 抑制骨肉瘤的生长和肺转移[205]。这些事实表明，调节 CXCR4 的 miRNA 可用于抑制多种癌症的转移和肿瘤进展。然而，尽管已发现许多靶向 CXCR4 的肿瘤抑制或致癌 miRNA[200]，但其临床应用主要受到寡核苷酸在血液中降解和脱靶毒性的影响[206]。这些挑战同样适用于其他基于寡核苷酸的治疗药物，如干扰 RNA（RNA 干扰）或小干扰 RNA（siRNA）。因此，目前的研究重点在于开发合适的纳米载体或其他先进的递送系统，以提高其稳定性和细胞靶向特异性[207]。 CXCR4+ 细胞的靶向药物递送 癌症治疗越来越注重开发创新疗法，以选择性地靶向肿瘤细胞，旨在最大程度减少传统化疗中因药物在非靶细胞中蓄积而产生的严重副作用。在此背景下，针对趋化因子受体CXCR4 的创新纳米医学工具展现出巨大潜力，能够选择性地清除受体过度表达的癌细胞，从而限制疾病进展和肿瘤扩散，同时将副作用降至最低。尽管目前尚无获美国食品药品监督管理局（FDA）批准的针对 CXCR4 的癌症靶向药物递送系统，但鉴于其在革新癌症治疗方面的巨大潜力，科学界正在为此付出巨大努力。 随着纳米生物技术的最新进展，过去几十年中已开发出多种非病毒载体，这些载体采用脂质、聚合物、无机物、金属或蛋白质基材料，旨在将不同类型的附着或封装药物选择性地递送至CXCR4+细胞（图 3C）。递送的分子目录包括大量细胞毒性、抗有丝分裂和抗血管生成药物，以及小干扰核酸、光热分子甚至用于放射治疗的放射性同位素。此外，许多这些方法还报告了双重效应，即 CXCR4/CXCL12 信号的特异性阻断与选择性递送的治疗分子的作用协同发挥作用（表 3）。鉴于在临床前研究中观察到的有希望的结果，最成功的方法预计将在不久的将来进入早期临床试验。 表3 CXCR4 靶向药物递送系统 靶向CXCR4 脂质纳米颗粒 已有多款脂质体在其表面装饰了CXCR4 特异性肽激动剂和拮抗剂，以选择性地将封装的抗肿瘤分子递送至 CXCR4+癌细胞。在一种方法中，pH 敏感型纳米脂质体通过共价键与 CXCR4 的天然配体 SDF1α 蛋白质结合，将海洋来源的药物耶西毒素封装并靶向递送至 CXCR4+前列腺癌和腺癌细胞[208]。同样，封装了阿霉素且表面装饰有 CXCR4 拮抗剂环肽 R 的脂质体，在黑色素瘤小鼠模型中显著降低了阿霉素的有效剂量和肺转移[209]。 在此基础上进一步拓展，另一种创新配方将三种药物组合在一起，包括血管生成抑制剂索拉非尼、降低缺氧的全氟己烷以及免疫激活剂PLX3397，封装在单个 CXCR4 靶向脂质体中，并用 LFC131 肽进行功能化处理。这种策略通过三种分子在 CXCR4+患者来源的肝癌异种移植模型中的协同作用，成功克服了索拉非尼耐药性[210]。 著名的CXCR4 拮抗剂 AMD3100（普乐沙福）也被广泛用于 CXCR4 靶向脂质体的表面修饰。一项研究采用 AMD3100 修饰的脂质体来递送 VEGF siRNA，在肝细胞癌模型中实现了有效的抗血管生成治疗[211]。在另一种方法中，具有光热特性的疏水分子 IR780 被封装在 AMD3100 修饰的脂质体中。在近红外激光照射下，该系统在乳腺癌小鼠模型中实现了显著的抗肿瘤和抗转移效果[212]。在这两种情况下，AMD3100 都发挥了双重作用，既促进了治疗分子的细胞内递送，又同时阻断了 CXCR4 信号传导，从而增强了治疗效果。 此外，CXCR4 双环四胺配体 BAT1 已用于将阿霉素靶向递送至 CXCR4+慢性淋巴细胞白血病模型，表现出类似的双重作用机制[213]。在一种诊疗一体化的方法中，具有超声造影特性的脂质纳米泡与 CXCR4 拮抗剂 AMD070 和化疗药物紫杉醇偶联。这些纳米泡为超声引导下的肿瘤成像和靶向药物递送提供了双重功能[214]。 最后，通过一种创新技术，将M1 巨噬细胞膜来源的囊泡与结合了 SDF-1 类似物的脂质体相结合，开发出了 CXCR4 靶向的杂合纳米囊泡。随后，将锰和阿霉素负载到生成的杂合纳米囊泡中，展示了靶向药物递送和 M0 巨噬细胞向 M1 巨噬细胞重编程的双重功能。这种创新方法在结肠癌和乳腺癌的小鼠模型中表现出强大的肿瘤抑制活性[215]。 CXCR4 靶向聚合物纳米粒子 不同类型的聚合物材料已被用于开发CXCR4 靶向纳米粒子，其中聚乳酸 - 羟基乙酸共聚物（PLGA）衍生的载体是研究最为广泛的。一种方法是利用 CXCR4 拮抗剂 LFC131 五肽修饰包裹阿霉素的 PLGA 纳米粒子表面，从而实现对乳腺癌和肺癌细胞的靶向药物递送[98， 216]。该肽还用于将表阿霉素靶向递送至肝细胞异种移植模型，使用的是类似的 PLGA-TPGS 纳米粒子[217]。 在此基础上进一步推进，开发了一种策略，即利用LFC131 修饰的聚乙二醇 - 聚乳酸 - 羟基乙酸共聚物纳米颗粒，用于联合递送抗血管生成药物索拉非尼和甲孕酮。这种组合在肝癌异种移植模型中产生了协同效应，因为甲孕酮诱导的 CXCR4 下调以及 LFC131 对 CXCR4 的阻断，抵消了长期使用索拉非尼后观察到的 CXCR4 的上调和激活[218]。类似的方法使用 CTCE 肽修饰的聚乙二醇 - 聚乳酸 - 羟基乙酸共聚物纳米颗粒，用于联合递送索拉非尼和 MEK 抑制剂 AZD6244，旨在预防肝细胞癌动物模型中的索拉非尼耐药性[219， 220]。这些纳米颗粒后来被改造用于递送 p53 mRNA，以诱导肝细胞癌细胞中的 p53 基因表达并减少免疫抑制[221]。此外，CXCR4 拮抗剂 AMD3100 也被纳入聚乳酸 - 羟基乙酸共聚物纳米颗粒中，用于将索拉非尼[222]或 siRNA 分子[223]靶向递送至癌细胞。 其他聚合物材料也得到了探索。例如，CXCR4 拮抗肽 E5 已用于将 PEG-PE 共聚物纳米颗粒[99， 224]或 DSPE-mPEG2000 胶束[225]靶向递送至 CXCR4+癌细胞。这些系统通过结合 CXCR4 信号传导的阻断与封装阿霉素的靶向递送，在乳腺癌和急性髓系白血病（AML）的小鼠模型中显著延长了生存期。最近，设计了用 CXCR4 选择性肽 T22 修饰的还原响应型二硫键交联聚合物胶束，用于靶向共递送 BCL-2 抑制剂维奈克拉和 FLT3 抑制剂索拉非尼。这种双重抑制剂策略显示出强大的协同作用，在 FLT3-ITD AML 的小鼠模型中显著延长了生存期[226]。 LFC131 肽也被用于修饰 PAMAM 树枝状大分子[227]或壳聚糖纳米粒子[113]，以将封装的阿霉素或多西他赛靶向递送至 CXCR4+癌细胞。此外，AMD3100 被掺入葡聚糖纳米凝胶纳米粒子中，用于选择性递送阿霉素，在原位乳腺癌模型中增强抗转移效果[228]。有趣的是，最近开发出了完全由 AMD3100 衍生的聚阳离子材料，当与抗肿瘤 siRNA[229]或微小 RNA 分子[230]偶联时，可同时抑制 CXCR4 并递送治疗性 RNA，提供协同的双重作用疗法。 最后，采用了一种创新的方法，对CXCR4 特异性 PET 显像剂 68Ga-Pentixafor 进行了改造，使其能够结合不同的α和β发射体，包括镥-177（177Lu-Pentixather）和钇-90（90Y-Pentixather），从而首次实现了针对 CXCR4 的内放射治疗。该疗法与常规化疗及自体干细胞移植相结合，在晚期多发性骨髓瘤患者中取得了显著疗效[231]。最近，还开发了一种含镥-177 并封装 KRAS 膜结合阻断分子 C19 的树状大分子纳米放射载体，用于 CXCR4+胰腺癌细胞的双靶向放射和化疗[232]。 CXCR4 靶向无机纳米粒子 利用无机材料实现CXCR4 靶向的方法仍相对较少有人探索。在为数不多的报道策略中，有一个例子是开发了载有阿霉素的介孔二氧化硅纳米粒子（MSM），其表面用 CXCR4 特异性 T22 类似肽进行封端。这些纳米粒子被设计成能够选择性地内化并释放药物到 CXCR4+ B 细胞非霍奇金淋巴瘤中，显示出有效的药物递送和肿瘤靶向效果[233]。最近，通过将 CXCR4 特异性 E5 肽与透明质酸结合，开发了一种双靶向系统，用于制备载有柔红霉素的普鲁士蓝纳米粒子。该系统同时靶向 CXCR4 和 CD44 受体，在急性髓系白血病异种移植模型中显著抑制了白血病原始细胞的增殖和转移扩散[234]。 CXCR4 靶向抗体药物偶联物 CXCR4 特异性抗体及其衍生物不仅用于受体阻断疗法，还用于以抗体 - 药物偶联物（ADC）的形式靶向递送抗肿瘤分子。与此相关，首个 CXCR4 靶向 ADC 是通过肟键连接将 CXCR4 特异性 IgG 与微管抑制剂奥瑞司他汀偶联而开发的。该 ADC 在体外和体内均能选择性地消除 CXCR4 过表达的转移细胞，在肺转移癌模型中实现了肿瘤生长的完全抑制，同时对骨髓中非靶向的 CXCR4+造血细胞仅产生轻微影响[235]。 进一步优化了与抗CXCR4 抗体偶联的奥瑞斯汀抗体药物偶联物（ADC），重点在于降低其亲和力，以保护造血干细胞和祖细胞（HSPCs），同时保持对肿瘤细胞的选择性细胞毒性。这种方法在实体瘤异种移植模型中成功消除了 CXCR4 阳性癌细胞，产生了强大的抗肿瘤效果，同时将正常 CXCR4 阳性组织中的白细胞增多和毒性降至最低[236]。 在另一种方法中，抗CXCR4 抗体被连接到金纳米粒子上，旨在实现针对 CXCR4+乳腺癌细胞的肿瘤选择性放射治疗。生成的抗体 - 金纳米复合物选择性地内化到肿瘤细胞中，在电离辐射下通过氧化应激和 DNA 损伤增强放射敏感性，从而在体内显著抑制肿瘤生长[237]。同样，用抗 CXCR4 抗体修饰的超顺磁性铁纳米颗粒被用于靶向磁热疗，体外实验中实现了细胞活力的完全丧失，尤其是当与额外的非靶向磁性颗粒结合以增加总铁负载时[238]。另一种创新方法涉及使用抗 CXCR4 抗体修饰载有阿霉素的量子点纳米颗粒。这种策略允许在体外将药物靶向递送并受 pH 值控制释放到 CXCR4+骨髓瘤细胞中，提供了一种精准的药物递送机制[239]。 最后，一种新颖的策略将抗CXCR4 抗体的单链可变片段（ScFv）与一种 RNA 结合的鱼精蛋白肽融合，以静电方式将极化 miRNA 的巨噬细胞耦合。这些纳米复合物通过 CXCR4 拮抗作用靶向肿瘤细胞，并通过 miR-127 递送靶向巨噬细胞，从而调节肿瘤微环境。在三阴性乳腺癌的小鼠模型中，该策略成功地将 CXCR4+巨噬细胞极化为 M1 抑瘤表型，提供了双重靶向治疗效果[240]。 CXCR4 靶向蛋白纳米颗粒 尽管抗体是用于受体靶向的最广泛使用的蛋白质载体，但在过去几十年中，也成功开发了其他基于蛋白质的纳米载体，与传统抗体相比具有显著优势。其中一种主要策略是使用模块化蛋白质在一个多肽中实现多种功能，包括靶向功能。在此背景下，通过二价阳离子配位自组装的病毒模拟纳米颗粒得以开发，能够多价展示CXCR4 靶向肽配体 T22，从而增强受体选择性和在靶细胞中的内化能力[54， 241， 242]。随后，类似于抗体药物偶联物（ADCs）的方法，这种多价纳米载体（T22-GFP-H6）及其人源化版本（T22-HSNBT-H6）被化学偶联到不同的抗肿瘤药物上，包括寡氟尿苷（5-FdU）[111， 243]、寡胞嘧啶（5-AraC）[244] 或单甲基奥瑞他汀 E（MMAE）[245，246，247，248]。这些纳米缀合物静脉给药后，能够选择性地靶向 CXCR4+ 癌细胞，诱导其选择性耗竭，并使结直肠癌模型中已形成的转移灶消退[111]，同时在急性髓系白血病（AML）[244， 245]和弥漫性大 B 细胞淋巴瘤（DLBCL）[247]的小鼠模型中有效阻断肿瘤扩散。 在此技术基础上，将生物中性的绿色荧光蛋白（GFP）或高稳定性纳米球（HSNBT）支架替换为具有生物活性的结构域，从而构建出具有内在治疗作用的纳米载体，这些纳米载体在受体介导的内吞作用下直接发挥其生物作用。从这个意义上说，该系统中包含的活性蛋白包括促凋亡结构域[249]、昆虫毒液[250]以及细菌[251， 252]或植物毒素[253]。其中，携带铜绿假单胞菌外毒素（T22-PE24-H6）或白喉棒状杆菌外毒素（T22-DITOX-H6）催化结构域的纳米颗粒通过气泡素介导的细胞焦亡，对 CXCR4+ 细胞表现出最强且最具有选择性的破坏作用[251， 252， 254， 255， 256, 257， 258， 259， 260， 261， 262]。 基于这些文献，另一组研究人员探索了在CXCR4+ 黑色素瘤小鼠模型中使用 T22-PE24-H6 纳米毒素诱导肿瘤选择性及气泡素介导的免疫原性细胞死亡，当与抗 PD-1 免疫检查点抑制剂疗法联合使用时，产生了显著的协同作用[263]。随后，研究人员进一步拓展了免疫治疗策略，开发了包含气泡素 D（GSDMD）或混合谱系激酶结构域样蛋白（MLKL）等炎症蛋白的 CXCR4 靶向免疫刺激纳米颗粒，以诱导肿瘤选择性焦亡细胞死亡并随后激活免疫系统。因此，在体内给予 T22-GSDMD-H6 或 T22-MLKL-H6 纳米颗粒可显著诱导淋巴细胞浸润并缩小肿瘤体积，且未出现相关毒性[264]。 模块化肽纳米载体也经过了工程改造，以整合源自SDF-1 的肽用于 CXCR4 靶向以及多精氨酸结构域用于 RNA 的静电凝聚，旨在将干扰 RNA 靶向递送至 CXCR4+细胞。该系统成功地将抗 VEGFA siRNA 递送至 CXCR4+内皮细胞和胶质母细胞瘤细胞，减少了 VEGF 分泌并抑制了内皮细胞迁移，验证了这一策略作为有前景的抗血管生成疗法的可行性[265]。 最后，牛血清白蛋白（BSA）也被用作靶向药物递送至 CXCR4+ 细胞的蛋白质载体。在这种情况下，首先使用双功能连接剂将 CXCR4 拮抗剂 AMD3100 化学偶联到 BSA 上，然后通过生物矿化过程生成载有紫杉醇的纳米颗粒。所得的 BSA-PTX 纳米颗粒选择性地内化到 CXCR4+ 卵巢癌细胞中，在体内显示出优异的生物分布，并通过双重药物递送和 CXCR4 阻断机制显著抑制肿瘤生长和转移[266]。 结论与未来展望 CXCR4 已成为癌症治疗中一个引人注目的分子靶点，这是由于其在多种肿瘤中过度表达，并且与不良预后和癌症干细胞表型密切相关。为了治疗用途，已开发出众多阻断和靶向该受体的工具（表 1），其中大多数最初是因其在 HIV 感染中的作用而被发现的。在过去十年中，许多这些靶向策略已被重新用于癌症治疗，为临床干预开辟了新的可能性。 鉴于CXCR4 在超过 20 种不同类型的肿瘤中过度表达，此前已鉴定出的许多分子如今已通过抑制 CXCR4 应用于癌症的诊断和治疗。这些疗法已显示出非常有前景的结果，从而促成了众多临床试验（表 2），尤其是在与标准化疗联合使用时。然而，尽管针对 CXCR4 的治疗改善了 CXCR4 阳性癌症的预后，但针对 CXCR4 信号传导的小分子抑制剂和抗体尚未进入癌症治疗市场。从这个意义上说，临床试验中观察到的有限活性和高毒性总体上阻碍了它们的临床转化。 在此背景下，识别有效的分子标记以区分肿瘤细胞和健康细胞对于开发精准癌症疗法至关重要。因此，将药物靶向递送至癌细胞有可能彻底改变癌症医学的未来，通过提高药物在癌组织中的选择性摄取，从而提高治疗效果，同时将全身副作用降至最低。在此背景下，过去十年中出现了众多生物技术方法，旨在将创新疗法选择性地递送至CXCR4+癌细胞。其有效载荷包括细胞毒性、抗有丝分裂或抗血管生成剂、小干扰核酸、光热分子，甚至用于放射治疗的放射性同位素（表 3）。因此，通过将这些强效药物集中在 CXCR4 过度表达的肿瘤细胞中，研究人员旨在最大限度地提高治疗效果，同时减少对健康组织的附带损害。另一种有前景的策略涉及开发双特异性或多特异性药物，例如抗体或纳米颗粒，它们可以同时靶向多个标志物，包括 CXCR4 和其他癌症干细胞标志物。这种策略能够为解决癌症干细胞的可塑性问题提供一种更全面的方法，因为如果仅针对一种标志物，它们可能会逃避治疗。例如，像针对结直肠癌中 LGR5 和 EGFR 的双特异性抗体，有可能通过更好地控制癌症干细胞群体并阻止肿瘤进展来改善治疗效果。 总的来说，尽管许多这些靶向递送策略仍处于临床前阶段，但其令人鼓舞的结果表明，其中一些生物技术创新可能很快就会进入临床试验。从这个意义上说，针对CXCR4 高表达患者（不论肿瘤类型）开展的篮式临床试验可能会进一步加快这些疗法的应用。此类试验将有选择地招募 CXCR4+癌症患者，从而提高积极反应的可能性，同时将全身毒性风险降至最低。在这种情况下，精准医疗将在推进 CXCR4 靶向疗法方面发挥关键作用。为此，诸如 Pentixafor 这样的放射性示踪剂等成像剂将大有用处，它们能够检测肿瘤和转移灶中的 CXCR4 表达，从而识别最有可能从这些疗法中获益的患者，并监测其对治疗的反应。因此，通过将这些诊断工具与靶向药物递送系统相结合，有望提高 CXCR4 靶向治疗的疗效和安全性，最终改善治疗效果。                                END                                 译文仅供参考，欢迎批评指正。 声明：① 本公众号旨在促进核药相关人士更全面的了解国内外核素诊疗相关信息，不对任何药品和诊疗项目作推荐，如需了解具体疾病诊疗信息，请咨询当地医生。 ②免责声明：因文中相关信息产生的任何直接或间接损失，核药文献公众号不承担任何责任。 ③版权声明：文献版权归英文原版作者所有，翻译仅供学习交流，不做任何商业用途。如涉及侵权，请联系公众号管理员处理。

编辑：丹青 伴随先进治疗产品的不断涌现和创新药物研究评价方式的飞速发展，传统的药物有效性和安全性评价模式正在面临挑战。以类器官为代表的非临床研究替代方法发展迅速，在药物筛选、疾病建模、药效评价、药动学研究及毒性预测等领域崭露头角，或将在不久的将来取代整体动物评价模式，并成为未来药物研发新范式[1]。类器官指利用成体干细胞或多能干细胞三维（3D）培养而形成的具有一定空间结构的组织类似物，从而在结构和功能上模拟真实组织器官[2]。2009年，Sato等[3]首次在体外培养出具有自我更新能力并保持肠道腺窝绒毛状结构的小鼠肠道类器官，从而拉开类器官技术研究的帷幕。经过10余年的技术攻关，当前已有成功构建的类器官包括小肠、胃、结肠、肺、膀胱、大脑、肝脏、胰腺、肾脏、卵巢、食道、心脏等，包括肿瘤和正常组织来源的类器官[4]。根据细胞来源的不同，类器官又可分为成体干细胞（ASC）和多能干细胞（PSC）来源的类器官，而PSC又分为胚胎干细胞（ESC）和诱导多能干细胞（iPSC）。尽管基于ASC的类器官技术无法用于构建正常中枢神经系统模型，但PSC衍生的类器官却可以较好地模拟脑肿瘤的发生发展过程。源于ASC的类器官可更为一致地再现原始组织表型，并可构建恶性肿瘤类器官，但分化潜能有限，且含有干细胞的器官样本获得不易。而源于ESC/iPSC的类器官的构建方案往往较为复杂，但其异质性使其与生理状态更为接近，并有潜力构建成任意类型的组织生成类器官，可研究人类不同发育阶段的疾病，并可通过现有iPSC资源库获取。来源于患者的成体干细胞类器官（PDO）常见于肿瘤建模与靶向治疗药物筛选，是最常见的类器官之一，在早期药物开发过程中的药效学研究中具有重要价值[5]。PDO可以取自肿瘤发展过程中的任何阶段，且体外培养和扩增技术较为成熟。研究人员可通过获取少量穿刺活检得到的肝癌、胰腺癌和结肠癌等肿瘤组织，在体外培养构建类器官模型用于药效学筛选。Gao等[6]报道了用前列腺癌患者的循环肿瘤细胞构建前列腺癌的类器官模型。大量研究已证实肿瘤类器官与患者肿瘤的病理组织学特征、分子特征、药物敏感性、遗传稳定性等保持较高的一致性，可在体外长期培养并稳定传代，当前已成程为指导临床个性化用药的体外模型[7]。 类器官来源主要包括正常/肿瘤组织的成体干细胞或自体细胞编辑后得到的人iPSC。后者更为常见，根据其不同细胞分类，可进一步分化为脑/神经上皮类器官、肾类器官、血管类器官、肺类器官、肝类器官、肠类器官和心脏类器官等（图1）。 基因编辑技术也可用于诱导正常组织构建各类疾病类器官模型[4]，肿瘤患者来源的组织的遗传背景较为复杂，后者则可在一致的遗传背景下实现就特定基因对肿瘤发病机制的影响进行评估。该类器官的靶点明确，应用于药物筛选时具有明显优势。干细胞基因敲入技术的引入实现了类器官可视化。Sato等[3]对干细胞标记物富含亮氨酸重复序列的G蛋白耦联受体5（LGR5）进行谱系示踪，并发现LGR5表达呈阳性的细胞肿瘤发生过程中具有肿瘤干细胞自我更新和分化的特性。 当前类器官在基因编辑、组学研究、疾病模型、胚胎发育研究、系统发育研究、精准医疗、再生医学、毒理学研究、药物发现、宿主-病原体互作等领域均有广泛应用。国内外已构建多种应用于疾病模拟和机制研究、药物筛选、药物反应预测、毒性研究、生物标志物研究、诊断和个体化治疗的类器官系统，相关研究数据可用于临床治疗方法和治疗剂量的选择。本文就不同类器官模型在药物筛选、安全性评价和药动学研究中的应用进展进行综述，并探讨类器官技术标准化进程，以及类器官的发展前景与挑战。 1  类器官在新药研发中的应用 1.1  药物筛选 与传统二维（2D）细胞培养和动物评价模型相比，类器官的基因组特征、细胞组成和功能特征更接近人体细胞，在类器官模型中得到的药物对药效学靶点的反应性数据对人体数据外推更有参考价值。肿瘤类器官在抗肿瘤药物研发中具有的人源化、高通量、低成本及建模周期短等优势，已成为抗肿瘤药物筛选的首选模型。为降低新药开发的失败率，包括罗氏、礼来、恒瑞医药、药明康德等在内的诸多国内外企业，已陆续以类器官作为“患者替身”开展“准临床试验”。 结直肠癌（CRC）是最常见的恶性肿瘤之一，其增殖与无翅基因整合位点（WNT）和受体酪氨酸激酶（RTK）信号通路的异常激活密切相关。Herpers等[8]首次使用来自癌症患者的类器官库对500多个双特异性抗体进行筛选后发现可同时靶向WNT和RTK的双特异性抗体派森妥单抗（MCLA-158），并验证了该抗体可有效抑制鼠类肉瘤病毒癌基因（KRAS）突变型CRC的生长及转移，为后续开发相关靶点药物提供依据。Clever团队利用19个CRC类器官模型筛选83种药物（包括已上市靶向药、一线化疗药和处于临床试验阶段的药物），研究药物敏感性与患者来源的肿瘤类器官分子特征之间的联系，并测试临床试验药物的有效突变靶点[9]（如WNT加工和分泌的抑制剂IWP-2对环指蛋白43突变型CRC的疗效），从而为患者提供个性化的治疗方案。 肝癌目前缺乏能够真实再现原发肿瘤病理生理学的体外模型。Broutier等[10]开发了一种培养系统用于长期、稳定培养源自原代人类健康肝细胞的肝类器官组织。该系统可应用于3种最常见的原发性肝癌（PLC）亚型（即肝细胞癌、胆管癌和混合型肝细胞胆管癌）肿瘤的原代肝癌类器官培养，并较长期地保留肝组织功能和遗传稳定性。PLC衍生的类器官培养物保留了原始肿瘤的肿瘤形成潜力、组织学特征和转移特性。研究人员进一步基于PLC类器官模型探索了胞外信号调节激酶（ERK）抑制剂SCH772984治疗原发性肝癌的潜力，表明其在个性化医疗方法开发中的优良前景。 肺癌的异质化程度很高，现有的体外肺癌模型难以再现肺癌的多样性及成功预测药物的疗效。有研究使用最常见的肺腺癌组织构建了PDO模型，并进行药物筛选和生物标志物的鉴定[11]。这一方式可保留肿瘤的原始特性（如遗传异质性和复杂的微环境因素等），有助于开发针对具体癌症亚型的个性化治疗方案。PDO模型可在临床研究启动之前，对药物的疗效进行预测，从而优化治疗方案并减少临床试验失败的风险。此外，PDO模型的应用也有助于探索肿瘤抗药性作用机制研究。Wang等[12]开展了基于肺癌类器官模型的靶向治疗和化疗的敏感性试验，以预测临床肿瘤疗效，研究人员将来自临床方案与类器官药物敏感性测试（LCO-DST）结果相同的36例患者的54例类器官分为4组：奥希替尼组、化疗组、双靶向治疗组和其他靶向治疗组，实验结果显示，类器官药敏结果和临床疗效的一致性分别为86.7%、83.3%、100%、70.6%，总体准确率高达83.3%（45/54）。 在肿瘤发生和进展过程中，一些基因的转录抑制，如与抗原处理和呈递相关的基因、免疫检查点基因、趋化因子和其他免疫相关基因，降低了肿瘤细胞与肿瘤浸润淋巴细胞的相互作用，从而使肿瘤细胞逃脱免疫攻击。调控表观遗传的药物，如DNA甲基转移酶和组蛋白去乙酰化酶抑制剂，被认为具有通过重编程肿瘤细胞基因转录，从而逆转免疫抑制的功能。但目前用于肿瘤免疫药物高通量筛选的有效器官模型仍然匮乏，限制了相关研究的进展。Zhou等[13]建立了一种基于小鼠或癌症患者来源的乳腺肿瘤类器官联合肿瘤特异性T细胞功能相互作用的高通量筛选方法，通过将一定直径的肿瘤类器官在无基质培养基中给予药物治疗48 h，然后与鸡卵白蛋白（OVA）特异性CD8+T细胞共同培养，通过检测T细胞的活性以及肿瘤细胞的死亡情况等指标，筛选出能够促进抗原呈递和增强T细胞介导的细胞毒性的表观遗传抑制剂。 PSC来源的类器官疾病模型也是有力的药物筛选工具。Tran等[14]应用人PSC分化的肾脏类器官经基因编辑后可构建为肾囊肿模型，并使用活体成像对247种蛋白激酶进行筛选，最终得到了9种可抑制囊肿生长但不影响类器官整体生长的化合物。Pellegrini等[15]报道了可分泌类似脑脊液的大脑脉络丛上皮细胞类器官，该模型具有与体内的血脑屏障相似的高选择性，可用于中枢神经系统药物的预测和筛选。 应用类器官模型不仅可以筛选新药，还可以用于探究不同突变类型细胞的药物敏感性差异。北京大学汤富酬团队利用CRC类器官建立了创新药物筛选和药效评价平台，以实现“老药新用”的目的[16]。这一平台利用基于人类肿瘤的类器官对已批准的药物疗效再评价和筛选，从而识别出潜在药物。该团队已在335种美国食品药品监督管理局（FDA）批准的适应证非CRC的上市药物中成功筛选得到34种潜在靶向CRC的候选药物。 1.2  安全性评价 人PSC衍生得到的类器官可模拟药物产生的毒性，是较为理想的复杂多细胞器官模型。目前，已有肝脏、心脏和肾脏等多种正常组织类器官应用于药物安全性评价。不同来源类器官在药物安全性评价中的应用与特点见表1。 1.2.1  肝脏毒性评价  肝脏类器官在药物毒性风险评价中应用最为广泛。中国科学院丁秋蓉研究团队成功使用人PSC构建肝脏类器官，并验证其可模拟多种表型的药物性肝损伤，如脂肪变性、纤维化和免疫反应等[17]。该模型经乙酰氨基酚、氟尿苷、甲氨蝶呤等致肝损伤阳性化合物处理后，肝脏类器官的表型变化与临床药物安全性研究结果一致。该课题组利用人肝星状细胞建立了抗纤维化药物的高通量筛选系统，并筛选得到SD208和伊马替尼2种抗肝纤维化效果较好的化合物[17]。Leite等[18]同样使用人多能干细胞构建的用于评价药源性肝损伤的类器官模型，并使用促肝纤维化药物丙烯醇和甲氨蝶呤对其评价效果进行验证。Shinozawa等[19]开发了一种基于肝脏类器官的毒性筛选系统，对238种上市药物（包括32种阴性对照和206种已报道的引起药物性肝损伤的药物）进行了评价，结果显示该方法在预测肝毒性方面具有很高的准确性和可靠性。Ouchi等[20]开发了由类肝细胞、类星状细胞和类库普弗细胞等组成的肝脏类器官，这些类器官在转录组水平上与体内肝脏组织高度相似，在游离脂肪酸（FFA）处理下，能够诱导脂质沉积，逐渐表现出代谢相关脂肪性肝病（非酒精性脂肪性肝炎，NASH）的关键特征，包括脂肪变性、炎症反应及纤维化等病理变化。 1.2.2  肾脏毒性评价 肾小球外部包裹着高度特化的足细胞，通过肾小球基底膜与血管内皮细胞相互作用。当前已建立将人iPSC细胞定向分化为肾原代细胞及包含多种肾细胞的类器官的方法，Musah等[21]通过改进分化方法，在26 d内将iPSC细胞定向分化为成熟人类肾细胞的效率提高至90%以上。Hale等[22]研究显示，肾脏微类器官和肾小球类器官培养96 h后，类器官衍生的肾小球仍保留标志物表达，且足细胞标记物NEPHRIN和PODOCIN蛋白可较为灵敏地反映阳性药物阿霉素的毒性作用，该模型可模拟人类足细胞疾病，并用于筛选足细胞毒性。 1.2.3  神经毒性评价 中枢神经系统是人体最复杂、毒性效应最敏感的系统之一。现有的神经毒性研究模型主要有原代神经细胞培养和实验动物模型，存在模型复杂度低或遗传背景、细胞类型与人类中枢神经系统存在巨大差异的缺点。人大脑类器官模型具有10余种神经细胞类型、能够自我组装形成特征性脑室区和大脑皮质的复杂结构，能够模拟胚胎发育过程中人大脑的结构和电生理特性，成为神经毒性评价潜在的理想模型，在毒理学领域应用逐渐广泛。近年来，国内外基于人大脑类器官模型，结合单细胞测序、免疫荧光、流式细胞术技术已开展了甲基苯丙胺、尼古丁、酒精和丙戊酸等多种化合物的神经毒性研究[23]，表明人大脑类器官在药物神经毒性评价中的独特优势。 1.2.4  心脏毒性评价 心脏类器官作为新一代体外模型，很大程度上保留了人类心脏的生物学特性和功能，并可进行高通量检测，以上特点使得心脏类器官适宜作为药物安全性评价工具[24]。目前心脏类器官已较为广泛地应用于心脏疾病机制研究、药物开发与筛选、心脏毒性评价等领域。在3D培养系统中，药物或小分子的扩散动力学更能代表药物摄取和扩散的体内屏障[25]。由iPSC来源的心肌细胞、原代内皮细胞和成纤维细胞组成的微心脏组织在经超过10 μmol舒尼替尼处理后表现出细胞毒性，而在2D培养体系中较低浓度的药物则会因药物生物利用度和摄取率更高而产生严重毒性[26]。可见，复杂的体外心脏模型系统适合于高通量平台，通过迭代方法可测量数百个参数。Mills等[27]开发了一种高通量生物工程人心脏类器官系统，对105种具有促进再生潜力的小分子进行功能筛选，发现此系统和传统的2D分析方法之间存在很大的差异，并且功能分析揭示了许多筛选得到的化合物的毒性作用，并鉴定了2种对心脏功能没有有害影响的促增殖小分子。2023年5月，恒瑞医药开发的拟用于治疗肥厚型心肌病以及心肌肥厚导致的心力衰竭的HRS-1893片获批开展临床试验。这是国内第1个使用基于心脏类器官研究数据获批开展临床研究的新药，标志着心脏类器官模型在药物研发中的应用获得了监管机构的认可。随着生物工程和组织工程技术的进步，心脏类器官模型的复杂性和功能性不断提高，能够更好地模拟人类心脏的生理和病理状态。 1.2.5  生殖毒性评价 当前环境暴露和药物的潜在生殖毒性评价方法主要基于动物实验数据，研究周期长且对人体生殖毒性风险预测效果欠佳。TOs是近年来发展的体外3D培养体系，可通过水凝胶、细胞外基质、微流控等技术模拟睾丸组织的复杂结构与生理功能，从而可研究精子发生动态和间质细胞激素分泌过程。Pendergraft等[28]构建人体TOs，并比较其对4种具有生殖毒性化合物白消安、顺铂、多柔比星和依托泊苷的评估效果。未分化（培养2 d）和已分化（培养23 d）的TOs分别暴露于不同浓度的受试物中48 h后测定半数抑制浓度（IC50）值。在所有药物处理条件下的类器官，无论是未分化还是已分化存活率都呈现出剂量相关性下降，证实其作为睾丸毒性筛选工具的应用潜力。 1.2.6  多类器官毒性评价 iPSC衍生的多类器官芯片系统可以反映人类特定器官功能，有效重现多器官水平上的药物代谢和反应的复杂过程。近年来，复杂的多类器官芯片系统也取得重大的进展。Yu等[29]将基于Caco-2和HT29-MTX-E12细胞系构建的肠类器官和基于HepG2、HUVEC-T1和经诱导的THP-1以及人肝星状细胞构建的3D肝脏球体串联在二联器官芯片上，开发了一种可重复的肠-肝脏的二联器官芯片，研究拟合了毒代动力学参数，成功模拟了对乙酰氨基酚（APAP）过量后的肝脏毒性过程。该研究探讨了药物代谢产物对远端器官的毒性传导的作用，从而拓展多器官互作机制探索的可行性。Soltantabar等[30]构建的肝脏和心脏类器官共培养芯片中，2种组织均可保持较好的活力和人类器官特异性功能：肝脏类器官中白蛋白、尿素合成功能较好，且CYP450酶呈高表达；心脏类器官可在一定节律下跳动。除心脏-肝脏类器官芯片外，也有关于使用人类器官模型（如大脑、视网膜、心脏、肝脏、肾脏、肺和肠道类器官模型）评价不同组织/器官在暴露于药物化合物、重金属、持久性有机污染物、纳米材料和环境空气污染物后的发育毒性和致畸性的研究报道[31]。 1.3  药动学研究 1.3.1  肠道药物代谢 肠道类器官模型在药物代谢，以及肠道和微生物、免疫系统的相互作用研究中具有重要价值。Kwon等[32]由人PSC诱导得到了一种功能性人类小肠上皮细胞（hIECs）模型，用于预测口服药物在人体中的吸收。该模型具有肠道分子特征、细胞类型多样性，且肠转运蛋白和代谢酶（如CYP3A4）呈高活性，比传统的Caco-2细胞2D培养模型更适合预测由CYP3A4代谢并在肠道中吸收的化合物，药动学数据与临床吸收代谢表现一致性更高。Onozato等[33]将人iPS细胞诱导分化为中肠后再接种在EZSPHERE培养板并利用小分子化合物进行后续分化，所形成类器官中包含肠上皮细胞、肠干细胞、杯状细胞、肠内分泌细胞、潘氏细胞、平滑肌细胞和成纤维细胞，以及微绒毛和紧密连接结构，具备外排转运活性和CYP3A4代谢功能。药物在临床中测得的IC50与最大血浆浓度（Cmax）之比可作为安全系数，用于预测药物对肠道的毒性。Kourula等[34]指出在伊立替康临床前评估中，与毒物相关的Cmax值在大鼠体内比在犬体内高出17倍，其大鼠和犬肠道类器官毒性评估得到的IC50分别为（4.8±1.0）、（15.4±5.0）µmol·L−1，且体内研究验证了大鼠和犬的消化道损伤，提示基于类器官的模型可正确捕捉相关敏感种属。以上类器官为口服药物的药动学评估提供有效手段。 1.3.2  肝脏药物代谢 尽管肝细胞体外评价模型在药动学中应用广泛，但由于传统模型中CYP450酶的表达和活性不足，对药物代谢研究价值有限。Ueyama-Toba等[35]由原代人肝细胞衍生的类器官中分离得到肝细胞Org-HEPs，后者的CYP1A2、CYP2C8、CYP2E1和CYP3A4的代谢活性与原代人肝细胞衍生的类器官相当，明显高于未经培养的原代人肝细胞。Ryu等[36]分化诱导人PSC构建具有高药物代谢能力的肝类器官，该模型由多种细胞组成，并展示了细胞极性、肝胆结构和显著的CYP450活性。Ryu等[36]使用该模型评价单萜类天然产物薄荷醇的肝脏代谢机制，显示薄荷醇可抑制CYP2A6和CYP2B6，但激活CYP3A4。Skottvoll等[37]专门开发了一种用于研究肝脏类器官药物代谢特性的新技术——基于直接电膜提取的质谱分析（dEME-MS），该技术可能成为类器官自动化药物代谢检测一个有价值的工具。 2  类器官的表征标准化体系建立 尽管类器官技术已从模拟简单的细胞结构发展到重现器官复杂的生理功能，应用场景也得到丰富拓展。但如何评价和验证类器官模型的可靠性、科学性和适用性，推动其在新药评价中的应用，是目前国内外监管机构面临的监管科学难题和挑战。 类器官的质量也受到多种因素的影响，如细胞来源、培养条件、传代次数等。类器官构建标准化涉及组织采集、3D细胞培养、传代、冷冻保存、复苏、废弃处理以及分子特征分析和质量控制等环节，确保类器官产品的质量与稳定性[38]。有研究表明，短期传代类器官基因突变漂移率低，而长期传代可显著增加基因突变漂移率[39]。基因组学方法如全基因组测序、全外显子测序、RNA-seq和scRNA-seq等技术可用于分子分析，核型分析和短串联重复序列检测用于鉴定类器官系[39-40]。评估类器官质量的方法包括形态学观察、多种染色技术和ATP含量检测等。因类器官的培养方法和鉴定标准尚未统一，不同实验室之间的培养结果存在差异，这为药物筛选的结果带来了不确定性，这极大程度上限制了研究的可重复性和可比性。如何保证类器官的质量和稳定性，是类器官在药物筛选中应用的关键问题。 同时，类器官的培养效率和稳定性有待进一步提高，特别是对于一些难以培养的组织来源的类器官（如心脏类器官等）[41]。从实验成本角度看，类器官的培养需要使用特殊的培养基、生长因子和基质等昂贵的试剂，限制其大范围及大规模应用。此外，类器官的培养过程较为复杂，需要专业的技术和设备，对研究人员的要求较高，也在一定程度上阻碍了类器官技术的推广。 因缺乏适宜的动物模型，双特异性抗体MCLA-158的临床前研究数据完全基于类器官模型获得，其研究数据获FDA受理并批准临床研究，是目前基于类器官数据获批的领先药物。2022年9月美国参议院通过了《FDA现代化法案2.0》，鼓励药企采用动物替代模型如类器官模型开展非临床研究。2025年美国FDA在《减少临床前安全性研究中动物试验路线图》中计划逐步淘汰单克隆抗体疗法等药物研发中的传统动物实验，推动类器官、器官芯片、人工智能（AI）模型等新方法学的应用。而标准化体系是替代技术转化落地的重要基石。当前需对类器官的质量控制参数进行规范统一，以推进国际监管机构建立非动物实验数据库，实现数据互认。为推动类器官技术的标准化和规范化，近年来中国学术组织已积极制定一系列类器官构建标准（表2），对多种类器官模型的构建的伦理、来源、培养技术和特性等均提出规范化要求。此外，iPSC在类器官构建中的应用也得到了相关标准的发布支持。指南和专家共识，如《肿瘤精准治疗临床应用专家共识》和《肿瘤类器官诊疗平台质量控制标准中国专家共识》为类器官平台的药敏试验提供了指导和建议[42]。 3  类器官技术的前景与挑战 当前类器官构建技术已取得里程碑式的进展，为药物研发提供更精确、更高效的工具，还有望大幅缩短药物研发周期并降低成本。近年来使用类器官/器官芯片研究数据获批临床研究的药物如表3所示。2022年美国FDA宣布取消新药临床前进行动物实验的强制要求，并推荐了以类器官技术为代表的非动物的检测手段。2025年4月10日，美国FDA进一步宣布计划逐步淘汰传统动物实验，转而采用实验室培养的类器官和器官芯片技术评价药物安全性。 在药物筛选方面，虽然类器官可提供更接近人体生理环境的模型，但目前类器官与药物相互作用的机制研究尚不够深入，难以全面、准确地预测药物在人体内的复杂反应过程。此外，类器官模型在高通量药物筛选的应用中，诸如实现类器官的大规模自动化培养和检测等，还面临一些技术挑战。类器官在药物筛选中的应用还面临着伦理和法律方面的挑战。类器官的来源主要是人体组织，涉及到患者的隐私和知情同意等问题[43]。如何在保证患者权益的前提下，合理地获取和使用人体组织用于类器官的培养，是需要解决的伦理问题。目前，关于类器官在药物筛选中的应用还缺乏相关的法律法规和监管标准，这也给类器官技术的发展和应用带来了一定的风险[44]。 值得注意的是，类器官与体内真实器官仍然存在一定的差异，这可能会影响药物筛选的准确性。虽然类器官能够模拟体内器官的部分结构和功能，但它并不能完全等同于真实器官，在细胞组成、微环境等方面还存在一定的差距。如，类器官在长期培养过程中可能会发生遗传变异和表型改变，这也会影响药物筛选的结果。此外，类器官缺乏血管系统，这可能会影响药物的运输和分布，导致药物在类器官中的作用效果与在体内真实器官中的作用效果存在差异。目前有许多学者尝试构建血管化的人脑、肝、肾、肠、心脏等类器官[45]。微流控技术的应用推进了血管化类器官的构建，但已有的血管化类器官中的血管尺寸和密度与体内的血管结构相差较大，试验体系的稳定性和长期性尚有待改进。此外，新型3D生物打印技术和基于AI的自动化装置则有助于构建体外循环系统，并实现循环和代谢系统的智能化、可视化调控。 尽管如此，类器官模型已为研究者提供了更为接近体内环境的研究平台，还在药物筛选和安全性评价中展现出了一定高效性和准确性。通过结合人PSC诱导分化、3D细胞培养和器官芯片技术等，研究者们可模拟更为复杂的人体器官功能，从而更好地预测药物在真实体内环境中的反应。相信随着技术的进步和完善，类器官在药物研发中的前景会越来越广阔，为个性化治疗的深入推进提供有力的支撑。 利益冲突  所有作者均声明不存在利益冲突 参考文献（略） 来  源：汪  祺，邵子轩，文海若．类器官在药物筛选及安全性评价中的应用进展  [J]. 药物评价研究, 2025, 48(8): 2065-2074. END 文章内容仅供思路参考，不代表本刊观点，非中医药专业人员请勿试药 文章来源:中草药杂志社，本草全球转载仅为传播行业信息，不做商业用途。若转载不当，请联系：28331285@163.com删除，感谢原作者的辛劳付出。文中插入广告与本公众号无关。 本草全球服务内容  包括但不限于:  中药新药、经典名方、配方颗粒、中药CMC、美国FDA IND、中药保护品种临床试验申报、中药上市再评价、药物经济学评价、新药研发及中药类注册备案全过程咨询与委托服务;可为有关单位疑难问题提供解决方案与技术支持、开展内训等服务。凡提交至本草全球的疑难问题,均可协助解决。  联系人:田先生 13801667235