腫瘤異質性為癌癥治療帶來了持續的障礙，它描述了一個實體腫瘤中含有多種細胞，這些細胞具有不同的表型特征，對治療具有不同的敏感性。腫瘤干細胞樣細胞（Cancer stem-like cells，CSCs）又稱為腫瘤起始細胞，具有自我更新、高致瘤性、侵襲性以及對傳統化療和放療的耐受性等特點，是腫瘤異質性的決定性因素之一。腫瘤干細胞的存在是多種惡性腫瘤進展、復發和轉移的罪魁禍首。CSCs作為典型的未分化癌細胞表型，在惡性程度高、預后差的低分化腫瘤中也明顯高于高分化腫瘤。研究人員在開發有前景的抗CSC策略方面已經做出了相當大的努力，包括阻斷表面生物標志物和抑制自我更新信號通路。
目前在臨床上有一種叫做分化療法，通過使用比常規化療藥物毒性更小的分化誘導劑，誘導惡性細胞分化為更成熟的表型，具有更少的干細胞樣未分化狀態。其標志性成果是應用全反式維甲酸（ATRA）和砷，誘導急性早幼粒細胞白血病患者完全緩解。越來越多的證據證實，分化治療能降低各種實體瘤中CSC的比例。
然而，實體瘤的分化治療存在腫瘤大小不縮小和大量腫瘤細胞殘留的問題。那么，聯合分化療法和化學療法有望實現同時清除腫瘤細胞和腫瘤干細胞，但是，考慮到它們的獨特抗癌機制，分化誘導劑和化學治療劑共同遞送的改進策略仍然難以實現最佳的組合功效。
成果簡介
于此，中國藥科大學莫然教授等人報告了一種納米治療策略，該策略使用與分化誘導劑全反式維甲酸和化學治療藥物喜樹堿共同負載的納米顆粒殺死腫瘤中的CSC，從而能降低與干性相關的耐藥性，從而增強化療反應，抑制了腫瘤的生長，并防止了手術后腫瘤的復發和轉移。成果以題為“A nanotherapeutic strategy to overcome chemotherapeutic resistance of cancer stem-like cells”發表在Nature Nanotechnology上。
聚合物-藥物共軛物實現順序性藥物釋放
研究人員選擇ATRA和CPT分別作為模型誘導分化和細胞毒性藥物。通過順序性藥物釋放，從而把協同效應最大化。即，首先需要從納米載體中釋放ATRA，以誘導CSC分化為非CSC，其干性和化學抗性降低，這增加了CSCs對隨后釋放的CPT的敏感性，并阻止了CPT作用下對干細胞的上調。于此，研究人員合成了一種聚合物-藥物共軛物，即硝基咪唑改性的透明質酸-草酸酯-CPT共軛物（n-HA-oxa-CPT），可以組裝成納米顆粒并物理封裝ATRA以獲取ATRA / CPT-NP。
圖|ATRA / CPT-NP的組成和結構式
圖| ATRA / CPT-NP的制備和表征
納米藥物在細胞內作用大概為以下三大要點：
1）乏氧致ATRA釋放
在CSC分化過程中，ATRA/CPT-NP可以自適應地區分兩種藥物的釋放。首先，ATRA/CPT-NPs被CSCs攝取后，通過缺氧引起的由疏水性硝基咪唑基向親水性氨基咪唑基的結構變化，迅速釋放ATRA。釋放的ATRA作用于視黃酸受體，因此誘導CSC分化。
2）低ROS，CPT不釋放
CSC中由于自由基清除劑的表達增加，具有低ROS水平，而通過ROS不穩定草酸鍵結合的CPT在未分化的CSC中高度穩定并且最小程度地從ATRA/CPT NP泄漏，這避免了CSC的CPT的流出和CPT誘導的CSC干細胞增加。
3）分化程度高，ROS增加，CPT釋放
當CSCs分化時，由于線粒體生物發生的增加，細胞內ROS水平隨著線粒體超氧化物的產生而升高，這與分化程度正相關。上升的ROS水平導致草酸鹽連接體降解，從而導致CPT釋放為原始藥物分子，并增強了對分化后代細胞的細胞毒性，降低了干性和抵抗力。相反，在被較高的ROS水平的低氧性大量腫瘤細胞內吞后，CPT迅速釋放以引起細胞死亡，同時ATRA的釋放也促進了CPT的死亡。
圖|如何釋放藥物
該藥物組合在消除大量腫瘤細胞方面表現出更有效的作用。此外，釋放的CPT可通過抑制缺氧誘導因子-1α（HIF-1α）來增強化療反應，從而緩解腫瘤缺氧。研究人員表明，ATRA / CPT-NPs在小鼠模型中有效抑制了富含CSC的異質乳腺腫瘤的生長、復發和轉移。
圖|ATRA / CPT-NPs的體內聯合抑制原發性腫瘤生長的作用
小結：
通過納米顆粒介導的誘導分化藥物和化療藥物的聯合給藥，開發了一種納米治療策略，以克服腫瘤內異質性相關的治療障礙。所獲得的ATRA/CPT納米粒統一了兩種藥物的藥代動力學，在循環過程中維持了固定的協同藥物比例。此外，ATRA/CPT-NPs可以通過對特定細胞生物信號的反應，自適應地調節ATRA和CPT在不同細胞表型（包括CSCs和非CSCs）中的釋放特性。這種差異釋放滿足了促進兩種藥物最大化協同抗癌功效的需求，這兩種藥物具有不同的作用機制，可同時消除治療耐藥的腫瘤干細胞和大塊腫瘤細胞，以抑制富含腫瘤干細胞的乳腺腫瘤模型中的腫瘤生長、復發和轉移。這些發現為探索克服CSC相關的化療耐藥性的納米治療方法提供了一個有希望的前景。
參考文獻：
Shen, S., Xu, X., Lin, S. et al. A nanotherapeutic strategy to overcome chemotherapeutic resistance of cancer stem-like cells. Nat. Nanotechnol. 16, 104–113 (2021). https://doi.org/10.1038/s41565-020-00793-0
