米托蒽醌的分子锚定剂：提高其与白蛋白的结合亲和力，从而增强抗肿瘤疗效和安全性

《Journal of Colloid and Interface Science》：A molecular anchor for mitoxantrone: improving binding affinity to albumin for enhanced antitumor efficacy and safety

基于人血清白蛋白（HSA）的长链烷醇修饰米托兰 tern（MTO-C16）纳米颗粒通过增强HSA结合能力显著提高MTO的肿瘤靶向性和疗效，在5 mg/kg剂量下实现高效抗肿瘤且低毒性。

　　

戴月斌|李凌霄|孙楠|张静轩|黄云龙|黄明龙|方宏凯|邢家琳|孙炳军|孙进

沈阳药科大学创新学院，中国沈阳110016

摘要

米托蒽醌（MTO）在临床应用中的风险-效益特性受到剂量限制毒性及其狭窄的治疗指数的显著影响。人血清白蛋白（HSA）是一种有吸引力的化疗药物载体，但其对MTO的亲和力较弱，这影响了制剂的稳定性和疗效。为了解决这一问题，我们通过二硫键将脂肪酸（C₈、C₁₂、C₁₆）与MTO结合，开发了一种HSA结合基团工程策略，从而引入了对HSA的高亲和力“分子锚”，同时确保了药物的选择性释放。这些结合物与HSA以不同的质量比进行配制，以优化纳米粒子的组装。结构-活性分析表明，延长脂肪酸链显著提高了与白蛋白的亲和力、纳米粒子的稳定性以及治疗效果。主要候选物MTO-C₁₆表现最佳，形成了稳定的HSA纳米粒子，具有更好的药代动力学、肿瘤积聚能力和抗肿瘤活性。在MTO等效剂量5 mg/kg下，MTO-C₁₆@HSA纳米粒子表现出强大的肿瘤抑制作用，并且副作用最小。本研究提出了一种增强MTO治疗效果的通用方法，为面临类似临床挑战的化疗药物提供了一个广泛适用的平台。

引言

全球癌症负担持续存在，其发病率和死亡率都在上升[1]。2023年，全球约有1850万新发癌症病例和1040万癌症相关死亡病例。据预测，到2050年，全球癌症病例和死亡人数将分别比2023年增加60.7%和74.5%，对人类健康构成严重威胁[2]。这一趋势不仅由人口老龄化和遗传倾向驱动，还受到环境和化学污染物（如氯吡硫磷和二嗪农）、具有遗传毒性的合成染料以及水体中的抗生素残留物的广泛影响[3]、[4]、[5]、[6]。

目前的癌症治疗方法包括靶向治疗、免疫治疗、基因治疗和化疗。其中，化疗由于其广谱抗肿瘤活性、良好的可及性和显著的成本效益，仍然是临床实践中最常用和最有效的策略之一[7]。然而，其成功往往受到肿瘤选择性不足和快速药代动力学清除的阻碍，导致剂量限制毒性和治疗效果不佳[8]、[9]、[10]、[11]。米托蒽醌（MTO）作为一种代表性的蒽环类化疗药物，就体现了这些局限性[12]、[13]、[14]。尽管MTO具有广谱抗肿瘤活性，但其市售制剂（米托蒽醌盐酸盐注射液Novantrone?）在静脉注射后会在体内广泛分布，导致剂量依赖性的心脏毒性和骨髓抑制[15]、[16]。值得注意的是，累积剂量超过140–160 mg/m²与心肌损伤密切相关，严重限制了其临床应用。这些局限性凸显了迫切需要先进的递送策略，以提高MTO的递送效率并减轻全身毒性。

纳米药物递送系统（NDDS）[17]、[18]、[19]、[20]、[21]作为一种有前景的策略，通过延长全身循环时间和促进肿瘤特异性积聚而发挥作用。然而，许多合成纳米载体（如聚合物纳米粒子、DNA水凝胶和金/银等离子体纳米结构）面临制备复杂、稳定性不足和潜在的载体毒性等挑战，这些因素共同限制了它们的临床转化[22]、[23]。这些挑战促使人们利用人血清白蛋白（HSA）作为多功能的药物载体。HSA的优势在于其良好的药代动力学特性，包括延长的循环时间、固有的生物相容性和几乎无免疫原性[24]、[25]。值得注意的是，快速增殖的肿瘤细胞会主动内化细胞外蛋白质（包括白蛋白）作为营养来源，从而进一步促进白蛋白及其药物载药的肿瘤内积聚。一个典型的成功案例是Abraxane?[26]、[27]，这是一种与HSA结合的紫杉醇纳米粒子，显著改善了紫杉醇的安全性和疗效[28]、[29]、[30]。目前，基于白蛋白的递送平台已扩展到核酸和抗体药物领域。例如，白蛋白偶联脂质纳米粒子（EB-LNP）能够实现mRNA疫苗的淋巴靶向递送，既提高了安全性又增强了免疫原性[31]。尽管取得了这些进展，但基于HSA的纳米药物的广泛应用仍受限于具有足够疏水性和强白蛋白结合亲和力的药物。对于MTO而言，这是一个明显的障碍，因为它的疏水性较弱且与白蛋白的亲和力较差。因此，开发增强药物-白蛋白相互作用的策略是开发稳定高效的白蛋白基纳米制剂的关键前提。

用白蛋白结合基团修饰药物是一种有效的克服递送障碍的方法。脂肪酸作为白蛋白的天然配体，具有很强的结合亲和力，已被用于多种FDA批准的产品中，如利拉鲁肽和塞马鲁肽[32]、[33]、[34]。从机制上讲，脂肪酸的烷基链插入白蛋白的疏水口袋中，形成稳定的非共价相互作用，确保了强结合[35]、[36]、[37]、[38]。我们之前的研究表明，将药物与烷基链结合可以显著提高与白蛋白的亲和力。然而，过短的链会导致结合不足，而过长的链可能会引起不利的构象限制。因此，合理优化链长对于实现稳定的白蛋白基制剂至关重要。此外，活性药物的选择性释放对于治疗效果至关重要。二硫键在富含谷胱甘肽（GSH）的肿瘤微环境中能够有效断裂，提供了一种按需释放药物的多功能方法[39]、[40]、[41]。

在这里，我们通过二硫键将1-辛醇（C₈）、1-十二醇（C₁₂）或1-十六醇（C₁₆）与MTO结合，设计了一系列MTO前体药物（MTO-FAs），分别得到MTO-C₈、MTO-C₁₂和MTO-C₁₆。这些结合物与HSA以不同的质量比（1:1、1:2、1:3）共组装，以优化制剂（MTO-FAs@HSA纳米粒子）（图1）。我们发现，增加烷基链长度可以提高与HSA的结合亲和力。与MTO-C₈相比，MTO-C₁₂和MTO-C₁₆表现出更好的共组装效率，生成的粒子大小均匀（约140 nm），包封效率高于95%，药物装载量高于15%。值得注意的是，MTO-C₁₆@HSA纳米粒子表现出优异的稳定性和良好的药代动力学特性。此外，即使在高剂量（5 mg/kg，MTO等效剂量）下，它们也显示出强大的抗肿瘤活性和最小的不良反应。这些令人信服的结果凸显了该制剂的临床转化潜力。总体而言，这项工作提出了一种新的递送策略，显著提高了MTO的疗效和肿瘤选择性，为面临类似临床挑战的药物提供了一个广泛适用的平台。

材料

1-辛醇（C₈）、1-十二醇（C₁₂）和1-十六醇（C₁₆购自上海麦克林生化有限公司（中国上海）。4-二甲基氨基吡啶（DMAP）、N,N-二异丙基乙胺（DIPEA）、2-(7-氮杂苯并三唑-1-基)-N,N,N,N'-四甲基脲六氟磷酸盐（HATU）、二甲基亚砜（DMSO）和二甲form酰胺（DMF）购自阿拉丁生化科技有限公司（中国上海）。人血清白蛋白（HSA）购自Orcutt Fama Pharmaceutical

MTO-FAs的合成

通过二硫键将MTO与结构不同的脂肪酸共价连接，设计并制备了三种MTO-FAs（MTO-C₈、MTO-C₁₂、MTO-C₁₆，如补充图1和图2a所示。MTO-FAs的结构通过一系列光谱数据得到明确确认，特别是¹H NMR和HRMS（补充图2–4）。此外，HPLC测定所有合成前体的纯度均超过97%，符合质量要求

结论

为了解决MTO与白蛋白之间亲和力不足的问题，这一问题阻碍了稳定白蛋白基纳米粒子的形成，我们引入了一种白蛋白结合基团修饰策略。常用的修饰基团包括马来酰亚胺、白蛋白结合抗体和脂肪酸。马来酰亚胺修饰的药物可以与白蛋白上的自由巯基共价结合；然而，药物与白蛋白的结合比例限制在1:1 M，导致药物装载能力有限[52]。

CRediT作者贡献声明

戴月斌：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，监督，资源提供，方法学设计，实验设计，数据管理，概念构思。李凌霄：撰写 – 审稿与编辑，可视化，验证，监督，资金筹集。孙楠：可视化。张静轩：可视化。黄云龙：可视化。黄明龙：可视化。方宏凯：监督。邢家琳：监督。孙炳军：撰写 – 审稿与编辑，

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了国家重点研发计划（2021YFA0909900）、辽宁振兴人才计划（编号XLYC22202019和XLYC2203083）、国家自然科学基金（编号82504720）、辽宁省重点研发计划（2024JH2/102500061）、CPSF博士后奖学金计划（编号GZB20250824）、辽宁省自然科学基金（编号2025-BS-0734）等项目的财政支持