2024年12月24日，南京医科大学药学院徐华娥教授团队与合作者团队在Advanced Science在线发表了题为“Pyruvate Kinase M2-Responsive Release of Paclitaxel and Indoleamine 2,3-Dioxygenase Inhibitor for Immuno-Chemotherapy of Nonsmall Cell Lung Cancer”的研究论文。
肺癌在我国发病率和死亡率居首，其中非小细胞肺癌（Non-small cell lung cancer，NSCLC）占85%。对于靶向治疗无效或驱动基因阴性的NSCLC患者，化疗仍是主要治疗手段。紫杉醇（Paclitaxel，PTX）虽为一线化疗药物，但疗效有限。随着免疫治疗研究的进步，免疫联合化疗成为新选择。PTX能触发肿瘤免疫原性细胞死亡（Immunogenic cell death，ICD），增强免疫治疗效果，成为研究热点。然而，肿瘤免疫抑制微环境限制了疗效，促使探索新治疗模式。近期研究发现，吲哚胺2,3-双加氧酶（Indoleamine 2,3-dioxygenase，IDO）削弱免疫系统抗肿瘤能力。因此，团队开始探索IDO抑制剂（如GDC0919）与PTX协同治疗，但面临药物性质、溶解度及毒副作用等挑战。因此，本研究旨在探索新型响应性释放药物递送载体，优化化免联合治疗效果并减少毒性。
本研究基于NSCLC组织中高表达的丙酮酸激酶M2（Pyruvate kinase M2，PKM2）设计了可酶解的底物多肽分子序列Nap–Phe–Phe–Phe–Lys–Ser–Thr–Gly–Gly–Lys–Ala–Pro–Arg–OH（Nap-T）。该多肽（Nap-T）可自组装形成具有“智能”响应性释放功能的水凝胶载体（Gel Nap-T），用于递送GDC0919和PTX（GP@Gel Nap-T）。在瘤内给药（GP@Gel Nap-T）后，PKM2会特异性地磷酸化Nap-T中的KSTGGKAPR肽段，触发水凝胶Gel Nap-T的解体，并随之实现药物（GDC0919和PTX）的持续释放。PTX诱导一系列连锁反应，包括降低细胞内p-AKT水平、触发自噬机制、阻断细胞分裂并诱导NSCLC细胞凋亡。同时，PTX还能引发线粒体氧化应激，促进ICD的发生，进一步激发免疫反应。而GDC0919通过抑制IDO活性，改变肿瘤微环境中的免疫细胞构成，增强PTX的抗肿瘤免疫能力。
该研究主要创新点包括：
1. PTX通过触发ICD来激活免疫系统，为免疫治疗奠定了坚实的基础。前期研究表明，单独使用PTX的效果存在局限性，会诱发IDO的活性增强。鉴于此，本研究将IDO抑制剂与PTX的联合应用，旨在通过有效抑制IDO介导的免疫抑制作用，进一步提升治疗效果。
2. 肽水凝胶作为一种创新的药物载体，展现出良好的生物相容性、可降解性和强大的载药能力。此外，这种水凝胶还具备高度的定制化潜力，能够针对特定的病理信号（例如酶）作出精准的“智能”响应。本研究中，作者设计了一种由十二肽Nap–Phe–Phe–Phe–Lys–Ser–Thr–Gly–Gly–Lys–Ala–Pro–Arg–OH（Nap-T）构成的肽水凝胶。其中，Nap-FFF作为自组装的核心骨架，而KSTGGKAPR则作为响应PKM2激酶的特定序列。
3. 作为肿瘤代谢的核心调控酶，PKM2的活性与肿瘤的发生、发展紧密相连。最新的研究成果揭示，PKM2在NSCLC中显著高表达，并伴随明显的胞外分泌现象。本研究巧妙地利用PKM2磷酸化水凝胶中的KSTGGKAPR肽段，这一过程导致水凝胶的亲水性显著增强，进而诱导水凝胶的解体。随着水凝胶的逐步解体，GDC0919和PTX被有效地持续释放出来，从而在肿瘤部位发挥强大的治疗作用。该研究以PKM2为靶点设计“智能”响应型肽水凝胶，展现出了高度的特异性和敏感性。
总之，这项研究为“智能”响应型肽水凝胶的制备提供了一种新策略，并达到了化学药物和小分子免疫抑制剂在肿瘤组织中高效递送和特异性释放的效果，为调控肿瘤免疫抑制微环境、提升NSCLC化免联合抗肿瘤疗效提供了一种新的思路。
示意图1. GP@Gel Nap-T的组成成分、PKM2触发的转变及其作用机制的示意图。
该论文通讯作者为南京医科大学药学院徐华娥教授、东南大学生物科学与医学工程学院梁高林教授、南京医科大学第一附属医院李晓林教授和陈旭锋教授；第一作者为徐华娥教授课题组吴海斯博士生；共同第一作者为东南大学生物科学与医学工程学院孙先宝副研究员，以及徐华娥教授课题组李凯明博士后、李金昱硕士生和江荟硕士生。
该研究得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省重点研发计划（社会发展）面上项目、南京医科大学高层次人才启动基金等项目的资助。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202409790
（撰稿/徐华娥课题组；审核/陈宏山）
