XKR8

▎药明康德内容团队编辑最近，匹兹堡大学的科学家们破解了癌细胞抵御化疗的机制和其中的关键蛋白分子Xkr8。据此，他们成功开发了一种抗癌纳米颗粒，可以将Xkr8靶向药物、化疗药物同时递送到肿瘤中。接受这种联合治疗方案的小鼠体内的肿瘤尺寸相比于那些仅接受一种治疗的小鼠显著缩小，而且存活时间延长。这些成果于近期发表在知名学术期刊《自然-纳米技术》中。几十年来，化疗一直是癌症治疗的主流疗法，为无数患者延长了寿命。但它的短板也是显而易见的——化疗药物的选择性差，在杀伤癌细胞的同时会损伤正常的组织细胞，继而引发一系列毒副作用，因此医生在用药时必须在杀死癌细胞和伤害健康细胞之间取得平衡，从化疗中幸存的癌细胞往往会发展出对化疗药物的抵抗性，导致患者之后的化疗效果大打折扣。正如文章的通讯作者Song Li博士在行业媒体Fierce Biotech的采访中所言：“化疗可以杀死肿瘤细胞，但它有着局限性，肿瘤细胞有很多办法活下来。”癌症化疗耐药性背后的机制主要集中在磷脂酰丝氨酸（PS），这是细胞中普遍存在的一种磷脂分子，通常位于细胞膜的内层。健康细胞中的PS参与了细胞凋亡过程，当细胞内的PS移动到外部时，这个细胞就会被免疫系统标记为“摧毁”。当癌细胞暴露于化疗药物中，这一过程发生了异常。癌细胞将PS移动到细胞表面，但PS外露并没有被标记为“摧毁”，反而让免疫系统不破坏它们。在此情形下，即使大部分的癌细胞被化疗药物摧毁，幸存下来的癌细胞最终仍会导致癌症复发。如何阻断PS从细胞膜内部向外转移成为攻克癌症耐药性的关键所在。图片来源：123RF以往曾有研究者尝试过制造针对PS的抗体，一些PS抑制剂药物与其他疗法的治疗组合也已经步入临床研究阶段，但由于PS参与了健康细胞的重要生理过程，这种治疗方法存在着严重副作用的风险。在这篇研究中，研究者们另辟蹊径，与其抑制PS活性，不如阻止PS从细胞内暴露于外部。为此，该团队将目光投向了Xkr8蛋白，这是一种调节PS从细胞内部向表面移动的分子。在本篇研究中，当研究者用常见的化疗药物处理癌细胞系时，Xkr8的水平急剧上升，这一现象启发了他们——如果在化疗时同时阻断Xkr8的产生，或许可以防止癌细胞对化疗产生耐药性。研究人员最终选择将siRNA和化疗药物联合使用，并利用纳米颗粒（直径＜100nm）向体内同时递送这两种药物。当研究人员将纳米粒子注入患有实体瘤的小鼠体内时，约有10%的粒子到达了肿瘤部位。这与其他的纳米颗粒递送技术相比是一个重大改进——根据既往研究报道，其他纳米颗粒的中位传递率仅为1%。此外，抑制Xkr8的siRNA可以有效防止PS驱动的化疗抵抗。经该疗法治疗的癌细胞中的PS蛋白以及和免疫抑制有关的分子水平显著下降，小鼠体内抗肿瘤免疫反应增强、肿瘤生长速度减缓了约3倍。当这种纳米颗粒药物与免疫检查点PD-1抑制剂联合使用时，治疗效果更好：超过一半的胰腺癌和结肠癌小鼠在接受纳米颗粒药物和PD-1抑制剂治疗后达到180天的存活期，而在单独接受纳米粒子治疗的小鼠，仅有60%存活时间达到30天。未接受任何治疗的小鼠在20天左右便已死亡。图片来源：123RF科学家们希望将这些研究发现转化到临床上，但在实现临床应用前仍有一些问题有待阐明，比如除了本研究所用的化疗药物之外，其他的化疗药物是否也会诱导Xkr8的表达？目前相关研究工作正在进行中。Song Li博士在新闻稿中表示，“不能保证肿瘤细胞以同样的机制对所有化疗药物产生抗性。面对不同的化疗药物时肿瘤细胞可能会有不同的反应。”此外，该团队还需要进一步的实验以确保靶向Xkr8不会对健康组织造成伤害，并且纳米粒子没有毒性。尽管还有大量的研究工作要做，但这项研究结果依然前景广阔，它不仅发现了肿瘤治疗的新靶点Xkr8，而且进一步证明了Xkr8靶向疗法与化疗相结合对多种癌症的疗效。此外，本研究所开发的纳米颗粒载体有望将这一联合治疗策略推进到临床。Song Li博士表示，虽然这项工作是一项转化研究，但它也有助于推进我们对基础生物学的理解。药明康德为全球生物医药行业提供一体化、端到端的新药研发和生产服务，服务范围涵盖化学药研发和生产、生物学研究、临床前测试和临床试验研发、细胞及基因疗法研发、测试和生产等领域。如您有相关业务需求，欢迎点击下方图片填写具体信息。▲如您有任何业务需求，请长按扫描上方二维码，或点击文末“阅读原文/Read more”，即可访问业务对接平台，填写业务需求信息▲欲了解更多前沿技术在生物医药产业中的应用，请长按扫描上方二维码，即可访问“药明直播间”，观看相关话题的直播讨论与精彩回放参考资料：[1] Chen, Yuang et al. “Targeting Xkr8 via nanoparticle-mediated in situ co-delivery of siRNA and chemotherapy drugs for cancer immunochemotherapy.” Nature nanotechnology, 10.1038/s41565-022-01266-2. 24 Nov. 2022, doi:10.1038/s41565-022-01266-2[2] Dual drug nanoparticle could curb chemo resistance，Retrieved Nov 30th, 2022, from https://www.fiercebiotech.com/research/dual-drug-nanoparticle-could-curb-chemo-resistance[3] Novel Nanoparticles Deliver Innovative Cancer Chemoimmunotherapy，Retrieved Nov 30th, 2022, from https://hillman.upmc.com/difference/news/112422-li-nanoparticles-cancer免责声明：药明康德内容团队专注介绍全球生物医药健康研究进展。本文仅作信息交流之目的，文中观点不代表药明康德立场，亦不代表药明康德支持或反对文中观点。本文也不是治疗方案推荐。如需获得治疗方案指导，请前往正规医院就诊。版权说明：本文来自药明康德内容团队，欢迎个人转发至朋友圈，谢绝媒体或机构未经授权以任何形式转载至其他平台。转载授权请在「药明康德」微信公众号回复“转载”，获取转载须知。分享，点赞，在看，聚焦全球生物医药健康创新

这项研究发现铂类药物能显著诱导肿瘤细胞表达促翻转酶Xkr8的表达，进而开发了一种新型纳米载体PMBOP-CP，它可以特异性靶向肿瘤组织，同时递送铂类药物和Xkr8-siRNA 乒乓球是中国的国球，为中国带来了无数的荣誉，想要打好乒乓球，正确运用球拍两面的正胶与反胶是其中关键，这样才能精确控制乒乓球的运动轨迹和旋转方向。 有趣的是，癌细胞也深谙“乒乓绝技”，它们通过翻转细胞膜的磷脂酰丝氨酸（phosphatidylserine，PS），在细胞膜上产生类似于“正胶与反胶”的效果，以此应对免疫系统的疯狂“扣杀”。因此，如果我们能控制癌细胞膜上的PS的翻转，就能开发出一种新型癌症免疫疗法，为广大癌症患者带来新的希望。 美国匹兹堡大学黎松教授团队联合卢斌峰教授在 Nature Nanotechnology 期刊发表了题为：Targeting Xkr8 via nanoparticle-mediated in situ co-delivery of siRNA and chemotherapy drugs for cancer immunochemotherapy 的研究论文。 该研究发现，肿瘤细胞中的促翻转酶（scramblase）Xkr8在铂类化疗药物治疗后显著高表达，并基于此开发了一种能共载铂类化疗药物和Xkr8-siRNA的新型纳米载体——PMBOP-CP。该载体在体内能高效靶向肿瘤细胞、阻断磷脂酰丝氨酸（PS）翻转，显著抑制结肠癌和胰腺癌模型中的肿瘤生长。 黎松教授 该论文的通讯作者黎松教授表示，这项研究与两个创新之处：一个是发现了新的治疗靶点，另一个是开发了新的纳米载体，这种纳米载体在在免疫疗法和化疗药物的选择性递送方面非常有效。这项研究令人兴奋，因为它具有很高的转化价值和应用潜力。 磷脂酰丝氨酸（PS）是一类普遍存在于哺乳动物细胞中的磷脂，作为膜结构的重要组成部分，PS通常仅分布于细胞膜磷脂双分子层的内侧。然而，在细胞凋亡过程中，内侧的PS会被暴露在磷脂双分子层的外侧，这个由内而外的翻转过程依赖PS促翻转酶（scramblase）——Xkr8。 值得注意的是，在癌症治疗过程中，常规放化疗会使PS在肿瘤细胞凋亡时被Xkr8不可逆地外翻。外翻的PS会与免疫细胞上的受体结合，引起严重的免疫抑制，从而使得放化疗的临床效果大打折扣。因此，抑制Xkr8或许是一种改善肿瘤微环境、达到更好治疗效果的新途径。 在这项最新研究中，研究团队首先发现，经铂类化疗药物治疗后，癌细胞系和小鼠肿瘤中的促翻转酶Xkr8在转录和蛋白水平上均显著增加。由于目前尚无Xkr8的小分子抑制剂，研究人员开发了一种新型纳米载体PMBOP-CP，用于小鼠肿瘤模型中Xkr8-siRNA和铂类药物（FuOXP）的共递送。 铂类药物治疗促进Xkr8的转录和表达 PMBOP聚合物具有两亲性：其脂质链能帮助铂类药物更有效地加载到疏水核心中，并促进聚合物与细胞膜的融合；其阳离子双胍基团能增强与siRNA形成的离子相互作用，从而使siRNA稳定地结合在聚合物表面。 众所周知，具有阳离子表面的药物载体不适合全身递送到远处实体肿瘤。因此，为了适用于静脉注射，研究团队还是用了带有大量负电的硫酸软骨素（CS）和聚乙二醇化-CS（PEG-CS）的混合物包覆PMBOP聚合物表面，最终形成了PMBOP-CP纳米载体。 值得一提的是，CS是CD44（在各类肿瘤细胞及肿瘤内皮细胞上有很高的表达）的一种重要天然配体。通过调节PMBOP、CS和PEG-CS的比例，不仅可以中和载体表面的正电荷，还能精准靶向肿瘤细胞。 新型纳米载体——PMBOP-CP的制备流程 基于上述提到的这些要点，研究团队通过一系列的筛选确定了PMBOP-CP纳米载体各组分的最优比例，在静脉给药后，小鼠肿瘤中铂的浓度随着时间的推移而增加，且肿瘤中的铂浓度比肝脏高约3.7倍。更重要的是，PMBOP-CP纳米载体不仅对超过5种不同类型的皮下肿瘤模型有靶向作用，在原位肿瘤和肺部转移灶中也有很高的累积。 PMBOP-CP具有肿瘤组织靶向性 与预期一致，PMBOP-CP纳米载体将Xkr8-siRNA递送到肿瘤细胞中，降解了Xkr8的mRNA，降低了Xkr8的蛋白水平，从而明显减少了肿瘤细胞膜外表面磷脂酰丝氨酸的含量。不仅如此，研究人员还发现，在肿瘤细胞与巨噬细胞的共培养实验中，Xkr8-siRNA可以阻断免疫抑制类细胞因子IL-10的分泌，并诱导巨噬细胞向M1群体（免疫激活表型）的分化。 Xkr8-siRNA诱导巨噬细胞的M1极化 最后，研究团队利用PMBOP-CP纳米载体给药结肠癌/胰腺癌小鼠模型，以测试联合用药方案的治疗效果。研究人员发现，相较于单个递送，同时递送铂类药物和Xkr8-siRNA，既能明显减缓小鼠肿瘤的生长速度，又能显著改善肿瘤微环境，大幅增加淋巴细胞、功能性T细胞、M1型巨噬细胞等抗肿瘤免疫细胞的浸润，增强免疫系统对肿瘤细胞的杀伤作用。 研究模式图 在安全性方面，小鼠对静脉注射PMBOP-CP纳米载体具有良好的耐受性，其在体重、肝肾功能以及几个主要器官的正常组织学等指标均表现正常，证实了PMBOP-CP纳米载体在体内实验中的安全性。 总而言之，这项研究发现铂类药物能显著诱导肿瘤细胞表达促翻转酶Xkr8的表达，进而开发了一种新型纳米载体PMBOP-CP，它可以特异性靶向肿瘤组织，同时递送铂类药物和Xkr8-siRNA，阻断磷脂酰丝氨酸外翻，显著抑制结肠癌和胰腺癌的发展，预示着癌症免疫治疗的新方向。 鉴于他们的目标是将他们的新疗法转化为临床，该团队现在正在寻求通过额外的实验来验证他们的发现，并进一步评估潜在的副作用。

Researchers have designed cancer-fighting nanoparticles that co-deliver a chemotherapy drug and a novel immunotherapy, according to a new study. University of Pittsburgh researchers have designed cancer-fighting nanoparticles that co-deliver a chemotherapy drug and a novel immunotherapy, according to a new Nature Nanotechnologystudy published today. The new immunotherapy approach silences a gene that the researchers discovered was involved in immunosuppression. When combined with an existing chemotherapy drug and packaged into tiny nanoparticles, the therapy shrunk tumors in mouse models of colon and pancreatic cancer. "There are two innovative aspects of our study: the discovery of a new therapeutic target and a new nanocarrier that is very effective in selective delivery of immunotherapy and chemotherapeutic drugs," said senior author Song Li, M.D., Ph.D., professor of pharmaceutical sciences in the Pitt School of Pharmacy and UPMC Hillman Cancer Center investigator. "I'm excited about this research because it's highly translational. We don't know yet whether our approach works in patients, but our findings suggest that there is a lot of potential." Chemotherapy is a pillar of cancer treatment, but residual cancer cells can persist and cause tumor relapse. This process involves a lipid called phosphatidylserine (PS), which is usually found inside the tumor cell membrane's inner layer but migrates to the cell surface in response to chemotherapy drugs. On the surface, PS acts as an immunosuppressant, protecting remaining cancer cells from the immune system. The Pitt researchers found that treatment with chemotherapy drugs fluorouracil and oxoplatin (FuOXP) led to increased levels of Xkr8, a protein that controls distribution of PS on the cell membrane. This finding suggested that blocking Xkr8 would prevent cancer cells from shunting PS to the cell surface, allowing immune cells to mop up cancer cells that lingered after chemotherapy. In an independent study that was recently published in Cell Reports, Yi-Nan Gong, Ph.D., assistant professor of immunology at Pitt, also identified Xkr8 as a novel therapeutic target to boost anti-tumor immune response. Li and his team designed snippets of genetic code called short interference RNA (siRNA), which shuts down production of specific proteins -- in this case, Xkr8. After packaging siRNA and FuOXP together into dual-action nanoparticles, the next step was targeting them to tumors. Nanoparticles are typically too large to cross intact blood vessels in healthy tissue, but they can reach cancer cells because tumors sometimes have poorly developed vessels with holes that allow them passage. But this tumor-targeting approach is limited because many human tumors do not have large enough holes for nanoparticles to pass through. "Like a ferry carrying people from one side of the river to the other, we wanted to develop a mechanism that allows nanoparticles to cross intact blood vessels without relying on holes," said Li. To develop such a ferry, the researchers decorated the surface of the nanoparticles with chondroitin sulfate and PEG. These compounds help the nanoparticles target tumors and avoid healthy tissue by binding to cell receptors common on both tumor blood vessels and tumor cells and prolonging the length of time they remain in the bloodstream. When injected into mice, about 10% of the nanoparticles made their way to their tumor -- a significant improvement over most other nanocarrier platforms. A previous analysis of published research found that, on average, only 0.7% of nanoparticle doses reach their target. The dual-action nanoparticles dramatically reduced the migration of immunosuppressing PS to the cell surface compared to nanoparticles containing the chemodrug FuOXP alone. Next, the researchers tested their platform in mouse models of colon and pancreatic cancer. Animals treated with nanoparticles containing both FuOXP and siRNA had better tumor microenvironments with more cancer-fighting T cells and fewer immunosuppressive regulatory T cells than animals that received placebo or FuOXP doses. As a result, mice that received the siRNA-FuOXP nanoparticles showed a dramatic decrease in tumor size compared to animals that received those carrying just one therapy. According to Li, the study also pointed to the potential of combining the FuOXP-siRNA nanoparticles with another type of immunotherapy called checkpoint inhibitors. Immune checkpoints such as PD-1 act like brakes on the immune system, but checkpoint inhibitors work to release the brakes and help immune cells to fight cancer. The researchers found that FuOXP nanoparticles with or without siRNA increased PD-1 expression. But when they added a PD-1 inhibitor drug, the combination therapy had drastic improvements in tumor growth and survival in mice. With their sights set on translating their novel therapy to the clinic, the team is now looking to validate their findings with additional experiments and further evaluate potential side effects. Other researchers who contributed to this study were Yuang Chen, M.S., Yixian Huang, Ph.D., Qinzhe Li, M.S., Zhangyi Luo, B.S., Ziqian Zhang, M.S., Haozhe Huang, M.S., Jingjing Sun, Ph.D., LinXinTian Zhang, B.S., Runzi Sun, Ph.D., Daniel J. Bain, Ph.D., James F. Conway, Ph.D., and Binfeng Lu, Ph.D., all of Pitt or UPMC. This work was supported by the National Institutes of Health (R01CA219399, R01CA223788 and R01CA219716).