密苏里大学堪萨斯分校程坤Sci. Adv：杂合纳米复合物共同递送IKBKE siRNA和卡巴他赛可抑制三阴性乳腺癌的侵袭性和生长

tt 4年前 (2020-08-07) 3687浏览

【引言】

三阴性乳腺癌（TNBC）被定义为缺乏雌激素受体（ER），孕激素受体（PR）和人表皮生长因子受体2（HER2）的表达，约占所有乳腺癌的12％至17％。TNBC比非TNBC更具侵略性，增殖性，难以预测且生存率较差。核因子活化B细胞κ轻链增强子（NF-κB）是TNBC中的关键调节剂。在正常细胞中，NF-κB位于细胞质中且与抑制蛋白IκB结合形成复合体； 在癌细胞中，IκB激酶（IKKs）被激活并转而磷酸化IκBs并诱导其降解，从而导致NF-κB易位至细胞核内。激活的NF-κB信号通路显著增强了乳腺癌，尤其是ER阴性乳腺癌（例如TNBC）中细胞的增殖，侵袭和转移并减少其细胞凋亡。

【成果简介】

        IKBKE是乳腺癌中的致癌基因，最近科学家们发现IKBKE在乳腺癌三阴性乳腺癌（TNBC）中也扮演重要角色。通过小干扰RNA（siRNA）来抑制IKBKE因而成为一个潜在的TNBC治疗方案。尽管针对肝脏的siRNA治疗药物最近取得了成功，但如何将siRNA递送至实体瘤仍然存在巨大挑战。密苏里大学堪萨斯分校的程坤教授（通讯作者）报道了一种混合纳米复合物，可将IKBKE siRNA和卡巴他赛共同递送至TNBC以实现最佳的抗肿瘤作用。该团队通过使用透明质酸（HA）修饰纳米复合物用于靶向TNBC细胞上的CD44，并显示出较高的细胞摄取和更好的肿瘤渗透效果。在小鼠原位TNBC肿瘤模型中，纳米复合物还显示出高肿瘤蓄积性和抗肿瘤活性。此外，该纳米复合物中包裹的卡巴他赛能够进一步增强IKBKE siRNA对于TNBC的治疗效果。该杂合纳米复合物为使用siRNA和化学疗法的联合用药方案提供了一种新颖且通用的平台。该成果以题为“Co-delivery of IKBKE siRNA and cabazitaxel by hybrid nanocomplex inhibits invasiveness and growth of triple-negative breast cancer”发表在Science Advances上。

【图文导读】

图1.IKBKE siRNA在MDA-MB-231细胞中的生物学活性

（A）IKBKE siRNA在mRNA水平上的基因沉默作用

（B）IKBKE siRNA在蛋白质水平的基因沉默活性

（C-G）IKBKE siRNA对MDA-MB-231细胞迁移，侵袭和增殖的抑制作用

（H）IKBKE siRNA对MDA-MB-231细胞凋亡和坏死的影响

（I,J）IKBKE siRNA在皮下异种移植TNBC小鼠模型中的体内抗肿瘤功效

图2.HA修饰的siRNA纳米复合物的示意图，表征及体外基因沉默

（A）胆固醇修饰多肽（CP）自组装成胶束状结构，用于包封卡巴他赛，并进一步与IKBKE siRNA结合，并敷上胆固醇修饰HA（CHA）以形成杂化siRNA纳米复合物

（B）不同N/P比值下siRNA纳米复合物的凝胶阻滞测定结果

（C-F）不同N/P比值下siRNA纳米复合物的Zeta电位，粒径结果，以及在mRNA及蛋白水平的基因沉默活性

（G-H）敷载不同百分比的CHA时， siRNA纳米复合物的凝胶阻滞测定和zeta电位结果

图3.HA修饰的siRNA纳米复合物的细胞摄取

（A-C）转染2、4和6小时后，细胞摄取游离siRNA，CP/siRNA纳米复合物和CHA/CP/siRNA纳米复合物流式细胞仪图像及分析结果

（D-E）siRNA纳米复合物转染2小时和6小时后细胞共聚焦图像

图4.装载卡巴他赛的siRNA纳米复合物的表征

（A）CP，CP/siRNA纳米复合物和CHA/CP/siRNA纳米复合物的临界胶束浓度

（B-C）CHA/CP/siRNA和CHA/CP/siRNA/CTX纳米复合物的粒径和TEM图像

（D）纳米复合物在蛋白质水平的基因沉默活性

（E-F）CHA/CP/siRNA/CTX纳米复合物在50％人血清和小鼠血清中的血清稳定性

图5.HA修饰的siRNA纳米复合物的3D肿瘤球体渗透、侵袭和凋亡研究

（A-F）孵育1小时和2小时后，CP/Cy5-siRNA/Coumarin 6和CHA/CP/Cy5-siRNA/Coumarin 6纳米复合物在3D类球体上的z-stack共聚焦图，以及Cy5-siRNA以及Coumarin 6的平均荧光强度量化分析图像

（G-H）MDA-MB-231细胞在3D类球体中侵袭作用图像及量化处理结果

（I-J）在不同给药条件下，使用流式细胞仪对肿瘤细胞凋亡过程研究图像及百分比分析结果

图6.HA修饰的siRNA纳米复合物在小鼠原位TNBC肿瘤模型中的生物分布和抗肿瘤活性

（A）用Cy5标记IKBKE siRNA后，不同时间间隔的小鼠活体成像结果

（B）注射后48小时，小鼠不同组织的荧光图像（肝脏，脾脏，肿瘤，肺，肾，心脏和肌肉）

（C）注射后48小时，小鼠不同器官的平均荧光强度（对比心脏）

（D）静脉注射不同制剂后，记录MDA-MB-231原位移植荷瘤小鼠肿瘤体积生长曲线 （每组n=7）

（E-F）收获不同制剂给药后肿瘤的图像以及肿瘤重量分析结果

（G）静脉注射不同制剂后，IKBKE蛋白在肿瘤组织中的表达分析结果

（H-I）TUNEL分析不同制剂给药后肿瘤标本中凋亡细胞的荧光图像以及定量分析结果

【小结】

作者发现使用siRNA沉默IKBKE基因可明显抑制TNBC细胞的增殖，迁移和侵袭。在MDA-MB-231皮下异种移植肿瘤模型中，瘤周环境中直接注射IKBKE siRNA可显著抑制肿瘤生长。作者开发了一种HA修饰，基于胆固醇修饰多肽的杂合纳米复合物，将IKBKE siRNA和卡巴他赛共同包封以达到最佳的抗肿瘤效率。该纳米复合物显示出较高的细胞摄取率，并且包裹的siRNA和卡巴他赛有着良好的肿瘤穿透性。用HA对纳米复合物进行表面修饰可增强纳米复合物在原位TNBC肿瘤中的积累。siRNA纳米复合物通过静脉注射给药后在小鼠原位TNBC肿瘤模型中显示出有效的抗肿瘤作用。实验结果清楚地表明，以siRNA靶向IKBKE是TNBC的潜在治疗策略。卡巴他赛在混合纳米复合物中的包裹也进一步增强了IKBKE siRNA的抗肿瘤活性。此外，联合疗法已成为癌症疗法的主要手段，但由于siRNA和化学治疗剂的理化性质差异很大，因此难以在同一制剂中联合使用。因此，基于胆固醇修饰多肽的杂合纳米复合物为使用siRNA和化学治疗剂的联合疗法提供了一种新颖而通用的平台。

文献链接：Co-delivery of IKBKE siRNA and cabazitaxel by hybrid nanocomplex inhibits invasiveness and growth of triple-negative breast cancer. Sci. Adv., 2020, DOI: 10.1126/sciadv.abb0616

本文由tt供稿。 

作者团队介绍：

程坤教授团队由程坤教授以及若干博士生和博士后所组成，属于美国密苏里大学堪萨斯城分校药学院中的一支重要科研力量。

近年来致力于大分子生物药物的开发及其剂型的研究工作，研究包括抗肿瘤小干扰siRNA及相关递送系统的开发，肿瘤免疫治疗检查位点阻断剂多肽的开发等。

相关领域的其他论文还有：

  1. Ashutosh Barve, Akshay Jain, Hao Liu, Zhen Zhao, Kun Cheng. (2020) Enzyme-Responsive Polymeric Micelles of Cabazitaxel for Prostate Cancer Targeted Therapy. Acta Biomaterialia.
  2. Yuanke Li, Zhen Zhao, Hao Liu, John Peter Fetse, Akshay Jain, Chien-Yu Lin, Kun Cheng. (2019) Development of a Tumor-Responsive Nanopolyplex Targeting Pancreatic Cancer Cells and Stroma. ACS Applied Materials & Interfaces. 11(49):45390-45403
  3. Hao Liu, Zhen Zhao, Li Zhang, Yuanke Li, Akshay Jain, Ashutosh Barve, Wei Jin, Yanli Liu, John Fetse, Kun Cheng (2019) Discovery of Low-Molecular Weight Anti-PD-L1 Peptides for Cancer Immunotherapy. Journal for ImmunoTherapy of Cancer 7(1):270
  4. Zhen Zhao, Yuanke Li, Ravi Shukla, Hao Liu, Akshay Jain, Ashutosh Barve, Kun Cheng (2019) Development of a Copolymer Nanocomplex to Deliver VEGF siRNA for Triple Negative Breast Cancer. Theranostics. 9(15):4508-4524
  5. Zhen Zhao, Yuanke Li, Akshay Jain, Zhijin Chen, Hao Liu, Wei Jin, Kun Cheng (2018) Development of a Peptide-Modified siRNA Nanocomplex for Hepatic Stellate cells. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine. 14(1):51-61

 

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