摘要：腫瘤是由細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)及微環(huán)境等多因素組成的復(fù)雜系統(tǒng), 不同因素在腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用. 腫瘤細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)及微環(huán)境的特異性分析對(duì)于腫瘤的精準(zhǔn)診斷和靶向治療至關(guān)重要. 多肽探針具有特異性高、生物相容性好、組織穿透能力強(qiáng)和易于制備等優(yōu)點(diǎn), 已被廣泛用于腫瘤的特異性成像研究. 本文綜述了多肽探針對(duì)腫瘤細(xì)胞、免疫細(xì)胞等細(xì)胞靶點(diǎn)的特異性成像; 并介紹了以膠原蛋白、纖維蛋白等外基質(zhì)蛋白為靶點(diǎn)的腫瘤特異性多肽探針的成像研究. 本文還總結(jié)了對(duì)腫瘤微環(huán)境中弱酸性、高酶活性等因素響應(yīng)的腫瘤特異性多肽探針及其生物成像應(yīng)用. 最后, 本文總結(jié)并討論了腫瘤特異性多肽探針?biāo)媾R的挑戰(zhàn)與機(jī)遇, 展望了其在腫瘤精準(zhǔn)診斷和個(gè)性化治療領(lǐng)域的前景.
腫瘤是包括腫瘤細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)及微環(huán)境等不同組分的復(fù)雜生化系統(tǒng), 不同組分在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用[1-2]. 腫瘤具有區(qū)別于正常組織的病理性細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)、新生血管和淋巴管網(wǎng)絡(luò), 以及異常的細(xì)胞表型[3-4]. 同時(shí), 缺氧、弱酸性和高基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)活性等因素是腫瘤微環(huán)境與正常生理環(huán)境的重要差異[5-6]. 腫瘤細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)及微環(huán)境的組成、結(jié)構(gòu)和生化性質(zhì)的改變已成為影響腫瘤多樣性和侵襲性的關(guān)鍵原因, 并會(huì)影響抗癌藥物的組織滲透和靶細(xì)胞敏感性[7⇓-9]. 因此, 腫瘤細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)及微環(huán)境的可視化分析對(duì)腫瘤的病理分析、早期診斷及治療具有重大意義[10-11].
分子特異性成像探針的開(kāi)發(fā)已逐漸成為腫瘤可視化領(lǐng)域的熱點(diǎn). 抗體、多肽和核酸適體等特異性分子是探針的核心組件, 用于腫瘤標(biāo)志物的特異性識(shí)別[12⇓⇓-15]. 同時(shí), 連接環(huán)境敏感型組件的分子探針能夠特異性的分析腫瘤的pH 值變化、酶活性和氧氣水平[16]. 順磁性物質(zhì)、放射性核素、熒光分子和納米粒子等物質(zhì)作為報(bào)告基團(tuán), 已在磁共振成像(MRI)、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像術(shù)(SPECT)、正電子發(fā)射斷層成像術(shù)(PET)和熒光成像中廣泛應(yīng)用[17⇓⇓⇓⇓⇓-23]. 分子特異性成像探針已成為極具潛力的臨床造影劑.
腫瘤特異性多肽探針的開(kāi)發(fā)為腫瘤的精準(zhǔn)成像提供了更多的機(jī)會(huì)和可能. 我們將以腫瘤相關(guān)細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞外基質(zhì)蛋白以及腫瘤微環(huán)境響應(yīng)因素三個(gè)方面對(duì)腫瘤特異性多肽探針進(jìn)行分類綜述. 本文將系統(tǒng)地介紹腫瘤特異性多肽探針的研究進(jìn)展, 并概述其在生物成像領(lǐng)域的應(yīng)用.
2 腫瘤相關(guān)細(xì)胞靶向多肽探針
腫瘤的發(fā)展是極其復(fù)雜的過(guò)程, 涉及不同類型細(xì)胞的共同作用. 腫瘤細(xì)胞是腫瘤發(fā)展的執(zhí)行者, 其增殖、遷移等過(guò)程直接反映了腫瘤的發(fā)展階段. 免疫細(xì)胞通過(guò)分泌不同的細(xì)胞因子, 執(zhí)行抗腫瘤或促腫瘤的雙向作用. 腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞位于腫瘤血管或淋巴管中, 控制物質(zhì)與腫瘤組織的傳輸交互, 參與腫瘤的轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散[2,32-33]. 因此, 腫瘤細(xì)胞、免疫細(xì)胞和腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞的特異性檢測(cè), 對(duì)腫瘤的精準(zhǔn)診斷和預(yù)后分析具有重要意義.
Zhang等[29]開(kāi)發(fā)了多肽探針FITC-CSDSWHYWC (FITC-P1), 用于VEGFR的特異性檢測(cè). FITC-P1的細(xì)胞成像表明FITC-P1與表達(dá)VEGFR-3的HT29細(xì)胞特異性結(jié)合, 但不能結(jié)合EVC304細(xì)胞. Sun等[44]利用低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白1的特異性多肽Angiopep-2修飾的Ag2S 量子點(diǎn), 構(gòu)建了近紅外二區(qū)分子成像探針用于腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞的靶向成像. p32蛋白在多種腫瘤中高表達(dá), 與癌癥的惡性程度相關(guān). Yan等[45]通過(guò)將p32靶向肽CGNKRTRGC (LyP-1)與生物合成的GVs結(jié)合, 開(kāi)發(fā)出由LyP-1修飾的氣體囊泡LyP-1-GVs, 并實(shí)現(xiàn)了荷瘤小鼠的超聲成像.
葉酸受體(FRα)是卵巢癌檢測(cè)中常用的腫瘤標(biāo)志物. Wang等[28]開(kāi)發(fā)了FRα特異性多肽探針FITC-MHTAPG- WGYRLS (FITC-C7). 在腫瘤細(xì)胞成像的研究中, FITC-C7特異性識(shí)別FRα表達(dá)陽(yáng)性的人卵巢癌細(xì)胞SKOV3, 而與FRα表達(dá)陰性的肝癌細(xì)胞HepG2無(wú)結(jié)合. 轉(zhuǎn)鐵蛋白受體(Tf-R)是人膠質(zhì)母細(xì)胞瘤檢測(cè)中常用的腫瘤標(biāo)志物[46]. Tf-R的環(huán)狀靶向多肽CRTIGPSVC被用于膠質(zhì)母細(xì)胞瘤小鼠組織中Tf-R的特異性成像[47].
CD44和CD133是腫瘤進(jìn)展中常見(jiàn)的糖蛋白標(biāo)志物, 已經(jīng)成為惡性腫瘤檢測(cè)的重要靶點(diǎn)[48-49]. Lu等[50]開(kāi)發(fā)了CD44靶向多肽探針FITC-WHPWSYLWTQQA, 該探針與高表達(dá)CD44的胃癌細(xì)胞SGC-7901和BGC-823特異性結(jié)合. Xu等[51]開(kāi)發(fā)了CD44 靶向的多肽自組裝探針, 用于膀胱癌的穩(wěn)定成像. DBCO修飾的CD44v6靶向多肽首先與腫瘤結(jié)合; RAP多肽隨后發(fā)生點(diǎn)擊反應(yīng)與靶向多肽連接并驅(qū)動(dòng)自組裝形成納米網(wǎng)絡(luò). Li等[52]開(kāi)發(fā)了CD133靶向多肽探針FITC-LQNAPRS (FITC-LS-7). FITC-LS-7與CD133抗體成像小鼠結(jié)腸癌細(xì)胞CT-26, 兩者幾乎重合的熒光信號(hào)表明了FITC-LS-7特異性地定位CT-26細(xì)胞中的CD133.
免疫細(xì)胞是腫瘤微環(huán)境的重要組成部分, 參與腫瘤進(jìn)展的不同階段. 免疫細(xì)胞的浸潤(rùn)是腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移的重要標(biāo)志, 常見(jiàn)的免疫細(xì)胞包括腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAMs)、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Tregs)和樹(shù)突狀細(xì)胞等. 它們通過(guò)消除細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞(CTL)介導(dǎo)的免疫反應(yīng), 促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)[32].
調(diào)節(jié)性T (Treg)細(xì)胞誘導(dǎo)的腫瘤微環(huán)境中的免疫抑制被認(rèn)為是腫瘤免疫逃逸的關(guān)鍵機(jī)制, 是癌癥免疫治療的主要障礙. 神經(jīng)皮素-1 (Nrp1)是研究Tregs的重要標(biāo)志物, Kim等[57]構(gòu)建了Nrp1的靶向多肽納米探針Cy5.5-CGNKRTRGC-hNPs (Cy5.5-tLyp1-hNPs). 人前列腺癌細(xì)胞DU145的細(xì)胞成像和B16BL/6荷瘤小鼠腫瘤的單細(xì)胞懸液實(shí)驗(yàn)證明Cy5.5-tLyp1-hNPs與Treg細(xì)胞特異性結(jié)合.
樹(shù)突狀細(xì)胞(DCs)是腫瘤免疫中最重要的抗原呈遞細(xì)胞, Mohamadzadeh等[58]通過(guò)噬菌體展示技術(shù)篩選了DCs靶向多肽序列FYPSYHSTPQRP, 并與鏈霉親和素- Alexa488偶聯(lián)用于DCs的特異性成像. CD11c是一種在DCs 表面高度表達(dá)的膜蛋白. Gahmberg等[59]篩選出了CD11c的高親和力多肽P-D2, 其序列為GGVTLTYQF- AAGPRDK.
Plectin-1在胰腺癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲過(guò)程中具有重要作用. Tian等[68]構(gòu)建了整合素和Plectin-1雙特異性的多肽探針Gd-Cy7-KTLLPTPKRGDFKK (Gd-Cy7-PTP/RGD). Gd-Cy7-PTP/RGD被用于高水平表達(dá)Plectin-1和整合素的胰腺導(dǎo)管腺癌(PDAC)小鼠模型的磁共振和近紅外雙模成像, 雙重靶向有效提高了探針對(duì)胰腺癌的檢測(cè)能力(圖2c). Liu等[69]構(gòu)建了89Zr標(biāo)記的整合素和VEGFR雙特異性的多肽探針并用于U87MG荷瘤小鼠的PET成像.
3 腫瘤細(xì)胞外基質(zhì)靶向多肽探針
ECM中蛋白質(zhì)含量和結(jié)構(gòu)的變化, 調(diào)控腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移. 在腫瘤發(fā)展過(guò)程中, I型膠原蛋白的交聯(lián)增加了ECM密度和硬度, 為腫瘤的侵襲提供“高速通道”[70-71]. 腫瘤中高表達(dá)的MMPs通過(guò)降解細(xì)胞外基質(zhì)蛋白構(gòu)成的生理屏障, 促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[1,5,31]. 同時(shí), 纖維蛋白、纖維連接蛋白(FN)和腱生蛋白(TN)等外基質(zhì)蛋白通過(guò)調(diào)控細(xì)胞外基質(zhì)與腫瘤細(xì)胞的粘附作用, 參與腫瘤的發(fā)展過(guò)程[72⇓⇓-75]. 腫瘤細(xì)胞外基質(zhì)已成為腫瘤病理研究和早期診斷的重要靶點(diǎn).
Xiao等[79]通過(guò)靜電排斥策略, 構(gòu)建了室溫單鏈的多肽探針ROX-Ahx-(Gly-Pro-Hyp)7-(Asp)6-NH2, 并用于腫瘤病理組織中病變膠原蛋白的熒光成像. Xiao等[80]使用Pro替代(Gly-Pro-Hyp)n序列中的Hyp, 構(gòu)建了4 ℃時(shí)仍是穩(wěn)定單鏈結(jié)構(gòu)的多肽探針FAM-(Gly-Pro-Pro)8 (FAM-GPP). FAM-GPP被用于平滑肌瘤、胃癌和直腸癌的組織成像. 通過(guò)交換(Gly-Pro-Hyp)n序列中Pro和Hyp的位置, Xiao等[81]首次構(gòu)建了完全單鏈的病變膠原蛋白靶向探針FAM-(Gly-Hyp-Pro)10 (F-GOP-10), 實(shí)現(xiàn)胃癌、肺癌、結(jié)直腸癌和乳腺癌等腫瘤組織中病變膠原蛋白的靶向成像(圖3c).
MMPs調(diào)控腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移, 已成為腫瘤檢測(cè)中重要的細(xì)胞外基質(zhì)靶點(diǎn). Weber等[82]通過(guò)噬菌體展示技術(shù)成功篩選出環(huán)肽yCTTHWGFTLC (CTT), 用于MMP-2和MMP-9的特異性識(shí)別. Anderson等[83]通過(guò)引入同位素標(biāo)簽64Cu-DOTA, 構(gòu)建了microPET成像探針64Cu-DOTA-CTT. 64Cu-DOTA-CTT對(duì)MMP-2和MMP-9具有高親和力, 成功用于荷瘤小鼠的microPET體內(nèi)成像. Chen等[84]構(gòu)建了MMP-14特異性的多肽探針Cy5.5-HWKHLHNTKTFL (Cy5.5-MT1-AF7p), 并實(shí)現(xiàn)了探針Cy5.5-MT1-AF7p對(duì)MDA-MB-435移植瘤小鼠的體內(nèi)成像. Fang等[85]通過(guò)噬菌體展示技術(shù)篩選出MMP-14特異性的多肽探針Cy5.5-HSVEDVS (Cy5.5-HS7). 與Cy5.5-MT1-AF7p相比, Cy5.5-HS7具有更高的MMP-14親和力, 且Cy5.5-HS7展現(xiàn)出更長(zhǎng)的體內(nèi)成像半衰期. Fang等[86]構(gòu)建了靶向MMP-16的量子點(diǎn)-多肽探針QD@MT3-AF4p及對(duì)照探針QD@MT-scr. 相比于QD@MT-scr染色的HT-1080細(xì)胞無(wú)明顯熒光, QD@MT3-AF4p染色的HT-1080細(xì)胞顯示強(qiáng)烈的熒光, 表明其對(duì)MMP-16過(guò)量表達(dá)的HT-1080細(xì)胞的特異性.
纖維連接蛋白的B結(jié)構(gòu)域(EDB-FN)是腫瘤特異性成像的常見(jiàn)靶點(diǎn). Lu等[89]構(gòu)建了EDB-FN的特異性多肽探針Cy5-CTVRTSADC (Cy5-ZD2). Cy5-ZD2被用于前列腺癌細(xì)胞PC3荷瘤小鼠和良性前列腺增生小鼠的體內(nèi)熒光成像. 與良性前列腺增生相比, Cy5-ZD2對(duì)前列腺腫瘤表現(xiàn)出更強(qiáng)的結(jié)合能力. Lu等[90-91]進(jìn)一步構(gòu)建了靶向纖維連接蛋白-纖維蛋白復(fù)合物的多肽探針Cy5.0-PEG-CREKA, 并分別與纖維連接蛋白抗體和纖維蛋白抗體共定位染色4T1腫瘤組織.
4 腫瘤微環(huán)境響應(yīng)型多肽探針
腫瘤微環(huán)境具有區(qū)別于正常生理環(huán)境的弱酸性和高酶活性, 同時(shí)腫瘤微環(huán)境中內(nèi)源性谷胱甘肽(GSH)表達(dá)量過(guò)高, 這些特征為腫瘤的特異性檢測(cè)提供了理想靶點(diǎn)[5,31,92]. 基于腫瘤微環(huán)境的特征, pH響應(yīng)、酶響應(yīng)和氧化還原響應(yīng)的腫瘤特異性多肽探針體系被相繼開(kāi)發(fā). 腫瘤微環(huán)境響應(yīng)型多肽探針通過(guò)熒光、磁共振以及PET等成像方法, 實(shí)現(xiàn)腫瘤轉(zhuǎn)移、侵襲和分期的精準(zhǔn)檢測(cè).
腫瘤微環(huán)境的顯著特征之一是弱酸性的pH, 能夠作為腫瘤特異性檢測(cè)的靶點(diǎn)[5,93]. 在腫瘤微環(huán)境中, 由于腫瘤細(xì)胞的乏氧性糖酵解, 乳酸在腫瘤區(qū)域的大量積累造成腫瘤微環(huán)境呈現(xiàn)弱酸性的pH. 低pH值響應(yīng)的插入肽(pHLIPs)和組氨酸pH響應(yīng)探針已被開(kāi)發(fā)用于腫瘤的特異性成像.
pHLIPs包括極性末端和含有天冬氨酸殘基的中央跨膜結(jié)構(gòu)域. pHLIPs在中性pH下與細(xì)胞膜間的相互作用很弱; 而在腫瘤的弱酸性pH值下, 跨膜結(jié)構(gòu)域中酸性氨基酸殘基的質(zhì)子化導(dǎo)致pHLIPs形成α-螺旋構(gòu)象, 從而具有了插入腫瘤細(xì)胞膜的能力[94]. Andreev等[95]構(gòu)建了pHLIPs探針AAEQNPIYWARYADWLFTTPLL- LLDLALLVDADEGTCG, 并用于腫瘤的特異性成像. 轉(zhuǎn)移性黑色素瘤細(xì)胞系M4A4和非轉(zhuǎn)移性人乳腺導(dǎo)管癌細(xì)胞NM2C5腫瘤小鼠模型的活體成像結(jié)果證明, 腫瘤中pHLIPs的積累與腫瘤的侵襲性緊密相關(guān). Reshetnyak等[96]通過(guò)使用Lys和Asn取代原序列的Asp, 分別構(gòu)建變體探針ACEQNPIYWARYANWLFTTPLLLL- NLALLVDADEGTG (N-pHLIP)和ACEQNPIYWARYA- KWLFTTPLLLLKLALLVDADEGTG (K-pHLIP). Asp的取代導(dǎo)致探針插入腫瘤細(xì)胞膜能力降低, 進(jìn)而影響探針對(duì)腫瘤的特異性.
組氨酸多肽體系能夠特異性地響應(yīng)腫瘤微環(huán)境pH (6.5~7.0), 組氨酸的咪唑基團(tuán)在腫瘤微環(huán)境下由無(wú)電荷轉(zhuǎn)變?yōu)檎姾苫鶊F(tuán), 實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的靶向檢測(cè). 基于此原理, Stupp等[99]構(gòu)建了包含H6序列和兩親性多肽序列(PAs)的pH響應(yīng)型自組裝多肽探針PA1和PA2, 兩種多肽探針?lè)謩e自組裝成纖維狀和球形. PA1和PA2對(duì)MDA-MB-231腫瘤模型小鼠離體成像的結(jié)果表明, 纖維狀探針比球形探針具有更高的腫瘤特異性. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明自組裝多肽探針的形態(tài)會(huì)影響探針對(duì)腫瘤的靶向效果.
MMPs和組織蛋白酶通過(guò)降解腫瘤ECM, 促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和腫瘤血管的生成. 在腫瘤微環(huán)境中高表達(dá)的MMPs和組織蛋白酶已經(jīng)成為腫瘤特異性檢測(cè)的靶點(diǎn). MMPs和組織蛋白酶的響應(yīng)型多肽探針已被用于腫瘤的特異性成像.
MMP-2通過(guò)調(diào)節(jié)多種細(xì)胞信號(hào)通路影響著腫瘤的浸潤(rùn)、轉(zhuǎn)移及預(yù)后. Nagano等[100]設(shè)計(jì)了無(wú)磺基熒光基團(tuán)修飾的MMP-2響應(yīng)型探針(BODIPY)650/665-PLGLAG (BODIPY-MMP), 并構(gòu)建含有磺基熒光基團(tuán)的SulfoCy5-PLGLAG (SulfoCy5-MMP)作為對(duì)照探針. HT-1080小鼠移植瘤模型的近紅外成像結(jié)果證明, BODIPY-MMP探針具有比SulfoCy5-MMP更長(zhǎng)的腫瘤停留時(shí)間和更高的信噪比. Wang等[101]構(gòu)建了包含MMP-2響應(yīng)肽GPLGVRGK和神經(jīng)皮素-1 (Nrp-1)靶向肽CRGDK的納米囊泡N-G-C, 實(shí)現(xiàn)了HT29腫瘤模型小鼠的特異性近紅外成像.
Yang等[102]開(kāi)發(fā)了具有腫瘤細(xì)胞穿透能力的MMP-2響應(yīng)型磁性納米探針. 該探針由紅色熒光蛋白mCherry、低分子量魚精蛋白、MMP-2的特異性底物肽PLGVR和聚組氨酸(His6)組成. 鎳鐵氧體納米顆粒(MIONs)通過(guò)鎳離子和His6之間的螯合作用, 合成了自組裝多肽探針rCCMH. 探針rCCMH在高表達(dá)MMP-2的HT-1080荷瘤小鼠中實(shí)現(xiàn)了體內(nèi)成像. Zhang等[103]制備了以樹(shù)枝狀大分子聚酰胺-胺(PAMAM)為核心、PEG為外殼的MMP-2響應(yīng)探針. 探針的PEG層通過(guò)響應(yīng)MMP-2的酶切作用與PAMAM分離, 實(shí)現(xiàn)MCF-7和L02細(xì)胞成像以及腫瘤模型小鼠的體內(nèi)成像.
MMP-14在膠質(zhì)瘤中過(guò)表達(dá), 而在正常大腦中表達(dá)可以忽略不計(jì), 是膠質(zhì)瘤檢測(cè)的生物標(biāo)志物. Warram 等[104]構(gòu)建了具有MMP-14響應(yīng)序列RSCitG-HPhe-YLY和MMP-14結(jié)合序列為HWKHLHNTKTFL的PET/近紅外雙模成像多肽探針. U87膠質(zhì)瘤小鼠模型的近紅外熒光-PET雙模成像結(jié)果證明, 多肽探針通過(guò)響應(yīng)MMP-14實(shí)現(xiàn)膠質(zhì)瘤的特異性成像.
組織蛋白酶B和組織蛋白酶S參與腫瘤細(xì)胞外基質(zhì)的異常降解, 促進(jìn)腫瘤新生血管的形成和腫瘤的轉(zhuǎn)移, 與肺癌、乳腺癌等腫瘤的發(fā)展密切相關(guān). Yoon等[105]通過(guò)GFLG序列連接氰化酶CyA和CyB, 構(gòu)建了組織蛋白酶B響應(yīng)型NIR熒光多肽探針CyA-P-CyB. Shabat等[106]基于GFLG序列合成了分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移(ICT)激活機(jī)制和熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)激活機(jī)制的組織蛋白酶B響應(yīng)的多肽探針. 兩種探針的4T1腫瘤模型小鼠體內(nèi)熒光成像表明, 兩種探針在被組織蛋白酶B酶切時(shí)均表現(xiàn)出熒光增強(qiáng), 但I(xiàn)CT探針在OFF狀態(tài)下的近紅外熒光明顯低于FRET探針. 成像結(jié)果證明ICT探針實(shí)現(xiàn)了更高的信噪比.
Garrison等[107]將響應(yīng)組織蛋白酶S的多肽連接物(CSLs)與N-(2-羥丙基)-甲基丙烯酰胺(HPMA)相連, 制備出可裂解的共聚物CSCs. CSCs中的CSLs由DOTA螯合物、組織蛋白酶S響應(yīng)序列PMGLP、清除序列G-(D)S-SD(S)以及連接基團(tuán)四個(gè)部分組成. 177Lu修飾的CSCs被用于人胰腺腺泡上皮癌(HPAC)模型小鼠的SPECT/CT成像, 結(jié)果表明CSCs通過(guò)響應(yīng)腫瘤微環(huán)境中的組織蛋白酶S, 實(shí)現(xiàn)腫瘤的特異性成像.
腫瘤微環(huán)境呈現(xiàn)高氧化還原水平, 直接影響腫瘤細(xì)胞代謝, 促使腫瘤細(xì)胞的增殖和遷移[5,31]. GSH是調(diào)控細(xì)胞氧化還原平衡的主要分子, 在腫瘤組織中的含量遠(yuǎn)高于正常組織. 因此, 基于腫瘤微環(huán)境中GSH的高水平表達(dá), 氧化還原響應(yīng)的多肽探針被設(shè)計(jì)并用于腫瘤的特異性成像. 二硫鍵結(jié)構(gòu)連接的多肽探針在富含GSH的腫瘤微環(huán)境下發(fā)生斷裂, 這一反應(yīng)成為腫瘤檢測(cè)的新策略. Choi等[108]通過(guò)二硫鍵將光敏劑與腫瘤標(biāo)志物EGFR的靶向多肽YHWYGYTPQNVI (GE11)連接以構(gòu)建多肽探針RedoxT. 三陰性乳腺癌小鼠的體內(nèi)成像證明, 探針在小鼠腫瘤部位特異性積累.
腫瘤是一個(gè)復(fù)雜的生物體系, 對(duì)腫瘤微環(huán)境中多種異常特征的同時(shí)檢測(cè)能夠有效地提高腫瘤檢測(cè)的特異性和準(zhǔn)確性[109]. 腫瘤微環(huán)境的多重響應(yīng)多肽探針體系被開(kāi)發(fā), 以實(shí)現(xiàn)腫瘤的精準(zhǔn)檢測(cè). MMP-2和MMP-7在肝癌細(xì)胞中的表達(dá)水平高于正常肝細(xì)胞. Tang等[110]通過(guò)半胱氨酸殘基將同時(shí)響應(yīng)MMP-2和MMP-7的多肽序列GPLGVRG-VPLSLTMG連接在金納米粒子表面, 構(gòu)建了MMP-2和MMP-7雙響應(yīng)的金納米粒子多肽探針. 鑭系配合物BCTOT-Eu111和7-氨基-4-甲基香豆素(AMC)分別修飾在多肽的N端和C端. 在350 nm的單波長(zhǎng)激發(fā)下, 探針具有449 nm (AMC)和613 nm (BCTOT-Eu111)兩個(gè)完全分開(kāi)的發(fā)射峰. 該探針對(duì)人正常肝細(xì)胞HL7702和人肝癌細(xì)胞HepG2的細(xì)胞成像證明, 多肽探針通過(guò)同時(shí)響應(yīng)腫瘤細(xì)胞分泌的MMP-2和MMP-7, 特異性識(shí)別人肝癌細(xì)胞.
基于腫瘤微環(huán)境中酸性pH和高活性MMPs的特性, pH和MMPs雙重響應(yīng)的多肽探針被開(kāi)發(fā)并用于腫瘤的檢測(cè). Gao等[16]設(shè)計(jì)了雙響應(yīng)的比率探針用于腫瘤微環(huán)境pH和MMP-9活性的定量檢測(cè). 該探針是由pH敏感染料ANNA、MMP-9響應(yīng)多肽GGKGPLGLPG、近紅外染料Cy5.5以及四氧化三鐵納米顆粒組成的熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)系統(tǒng). 探針被用于人結(jié)腸癌LS180小鼠腫瘤模型的近紅外和磁共振雙模成像. 結(jié)果證明了MMP-9在腫瘤微環(huán)境中的高表達(dá)在時(shí)間和位置上都與pH的異常密切相關(guān), 并且MMP-9和pH的協(xié)同作用控制了惡性腫瘤的異質(zhì)性侵襲(圖4c).
Jiang等[111]設(shè)計(jì)了同時(shí)響應(yīng)pH和MMPs的活細(xì)胞穿透肽探針dtACPPD. 該探針由聚陽(yáng)離子的細(xì)胞穿透肽R9 (CPP)、帶負(fù)電以掩蔽CPP內(nèi)化功能的pH響應(yīng)肽和MMP-2響應(yīng)多肽組成, 其中MMP-2響應(yīng)多肽插入到pH響應(yīng)肽和細(xì)胞穿透肽R9之間, 形成“分子內(nèi)發(fā)夾結(jié)構(gòu)”. dtACPPD在生理環(huán)境中帶負(fù)電荷; 而在腫瘤微環(huán)境中, 多肽探針同時(shí)響應(yīng)弱酸性pH和MMP-2, 變?yōu)椴粠щ娀蛘姾傻男问胶蟊荒[瘤細(xì)胞攝取. dtACPPD探針的神經(jīng)膠質(zhì)瘤小鼠模型體內(nèi)成像證明, 探針響應(yīng)腫瘤微環(huán)境的pH和MMPs后, 在小鼠腫瘤部位特異性積累. Wang等[112]設(shè)計(jì)了同時(shí)響應(yīng)腫瘤微環(huán)境弱酸性pH和MMPs的自組裝多肽探針P-S-H, pH響應(yīng)序列(HLA)2HHLAHLAH和MMP-2響應(yīng)序列GPLGIAGQC與PEG末端偶聯(lián). 人神經(jīng)膠質(zhì)瘤U87細(xì)胞成像和U87腫瘤小鼠體內(nèi)成像結(jié)果證明, P-S-H在響應(yīng)腫瘤細(xì)胞高表達(dá)的MMP-2和腫瘤弱酸性pH后發(fā)生重組, 重組后的P-S-H識(shí)別人神經(jīng)膠質(zhì)瘤U87細(xì)胞并在U87腫瘤小鼠體內(nèi)特異性積累.
5 結(jié)論與展望
腫瘤特異性多肽探針具有出色的腫瘤成像能力, 有望成為腫瘤的手術(shù)導(dǎo)航工具. 多肽探針?lè)肿恿枯^小, 在人體中的半衰期短, 代謝速度快. 這一特點(diǎn)使腫瘤特異性多肽探針能在手術(shù)過(guò)程中進(jìn)行即時(shí)注射和手術(shù)導(dǎo)航, 提高了手術(shù)效率; 然而, 這一特點(diǎn)也造成了手術(shù)窗口期短的問(wèn)題. 因此, 提高腫瘤特異性多肽探針的穩(wěn)定性和生物可用性成為本領(lǐng)域的關(guān)鍵挑戰(zhàn). 高穩(wěn)定性和寬手術(shù)窗口期將使腫瘤特異性多肽探針的臨床手術(shù)導(dǎo)航成為可能.
面對(duì)不同腫瘤類型間的差異性以及新興腫瘤靶點(diǎn)的產(chǎn)生, 靶點(diǎn)的多樣性成為腫瘤特異性多肽探針的另一挑戰(zhàn). 新靶點(diǎn)的特異性多肽的篩選是提高多肽探針多樣性的重要環(huán)節(jié). 新靶點(diǎn)多肽探針的開(kāi)發(fā)將推動(dòng)不同種類腫瘤的精準(zhǔn)診斷. 同時(shí), 基于新靶點(diǎn)的腫瘤特異性多肽探針的生物成像與免疫療法等新型腫瘤治療方法的聯(lián)用, 能夠?yàn)槟[瘤診療一體化方法的開(kāi)發(fā)提供新契機(jī).
總之, 隨著材料科學(xué)、分子生物學(xué)、腫瘤藥理學(xué)等學(xué)科的跨學(xué)科發(fā)展, 我們相信腫瘤特異性多肽探針的生物成像將成為腫瘤臨床診斷的重要方法. 同時(shí), 腫瘤特異性多肽探針將逐步突破阻礙, 進(jìn)入腫瘤的臨床應(yīng)用, 為腫瘤的精準(zhǔn)治療提供工具. 腫瘤特異性多肽探針的發(fā)展, 將服務(wù)于腫瘤的精準(zhǔn)診斷和個(gè)性化治療, 進(jìn)一步提升人類生命的長(zhǎng)度和質(zhì)量.
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