分享一篇发表在 Nature Communications 上的文章“Cholesterol-modified sphingomyelin chimeric lipid bilayer for improved therapeutic delivery”。
在囊泡(脂质体)介导的药物递送中，胆固醇(Chol)强化了包装并降低了脂质双分子层的流动性和通透性。然而，在生理环境下，Chol被生物膜快速从脂质双分子层中提取，破坏了膜的稳定性，导致有效载荷过早泄漏，临床效果不理想。
在此，作者报道了一种通过共价偶联Chol与SM (SM-Chol)修饰的鞘磷脂(SM)脂质双分子层，它保留了Chol的膜凝聚能力。系统结构活性关系筛选表明，具有二硫键和更长的连接体的SM-Chol在阻断Chol转移和有效载荷泄漏方面优于其他同类和传统磷脂/Chol混合物系统，增加了越新碱的最大耐受剂量，同时降低了全身毒性，改善了药代动力学和肿瘤传递效率，增强了雌性小鼠SUDHL-4弥散大B细胞淋巴瘤异种移植模型的抗肿瘤效果。此外，与FDA批准的纳米治疗药物或脂质组合物相比，SM-Chol改善了结构多样化的治疗药物(伊立替康、阿霉素、地塞米松)或靶向多药耐药基因(p-糖蛋白)的siRNA在晚期转移性原位KPC-Luc胰腺癌、4T1-Luc2三阴性乳腺癌、肺部炎症和CT26结直肠癌动物模型中的治疗递送。为了防止Chol交换，并研究不同连接剂化学桥接SM和Chol的影响，设计并合成了五种不同的SM-Chol共轭物(图1a)，一种是碳酸酯键(SM-C-Ester-Chol)，一种是酯键(SM-Ester-Chol)，一种是甘氨酸键(sm -甘氨酸- chol)，一种是二硫键和较长的连接体(SM-CSS-Chol)，一种是硫酮键和较长的连接体(SM-SCS-Chol)，在癌症和炎症疾病中，它们分别可以被高水平的水解酶、组织蛋白酶B、谷胱甘肽(GSH)或活性氧物质切割，SM-Chol嵌合膜形成的Lipo在动态光散射(DLS)尺寸、zeta电位和稳定性方面与SM/Chol (lipoo -SM/Chol)相似(图1b-d)。为了评估二硫交换对SM-CSS-Chol释放Chol的影响以及包被药物在肿瘤/疾病部位的释放，作者使用钙黄蛋白(一种荧光染料)评估了有效载荷释放动力学，SM-CSS-Chol在PBS或谷胱甘肽(GSH)41中随时间保留在lipop -SM-CSS-Chol中。钙黄素在PBS (pH = 7.4)中的释放非常低且控制良好。SM-CSS-Chol在PBS (pH = 7.4)中相当稳定，而当GSH存在时，SM-CSS-Chol降解迅速(图1e)。进一步的研究表明，硫化物连接的鞘磷脂是在GSH存在的情况下产生的，并通过高分辨率LC-MS (HRMS)得到了证实，这证实了Lipo-SM-CSS-Chol由于二硫键而对GSH有反应。
图1
SM-CSS-Chol比其他SM-Chol、SMLs和各种磷脂/Chol体系在内容保留和最小泄漏方面表现更好(图1g)。此外，作者的Chol交换研究揭示了由CSS或SCS键桥接的SM-Chol比sml和磷脂/Chol混合物具有更低的Chol转移，证实了胆源性SM可以更有效地阻断生物膜之间的Chol交换(图1)。为了阐明Lipo-SM-Chol是否能有效地包封和递送具有不同化学结构和极性的药物，作者按照FDA批准的相应脂质体纳米疗法Onivyde (TEA8SOS溶液为pH梯度)或Doxil(硫酸铵为pH梯度)所使用的远程加载方法，将IRI或DOX包装到lipop - sm -Chol的核心中，并分别与Onivyde或Doxil在晚期转移性原位PDAC或TNBC模型中的抗肿瘤活性进行比较。观察到，具有C-Ester或Ester键的含有IRI的lipom - sm -Chol具有与lipom - sm /Chol和lipop - pchcpc相似的DLC和DLE (IRI含量通过HPLC测量)，在具有CSS或SCS键的lipm -Chol中，IRI含量进一步增加，特别是在lipom - sm -CSS-Chol中(图2a)，在将KPC-Luc细胞接种到小鼠胰腺后的11天内，原发肿瘤生长到~400 mg，并明显转移到其他器官(图2b)。对照(VC, 5%葡萄糖)对控制肿瘤发展没有作用，两只小鼠分别在第20天和第24天死亡(图2c)，显示了该肿瘤类型的侵袭性和侵袭性。VC相比，IRI/ lip - sm /Chol显示出一定程度的肿瘤缩小和转移减少，揭示了使用纳米载体治疗IRI的益处;fda批准的IRI脂质体Onivyde能够进一步提高治疗效果(图2c-g)。
图2
与Lipo-SM/Chol和Lipo-PChcPC一样，Lipo-SM-Chol能够有效包装DOX, DLC和DLE的理化特征相似大小、PDI等(图3a)，鉴于DOX是转移性乳腺癌治疗的标准护理，作者研究了不同DOX/Lipo在转移性原位4T1-Luc2 TNBC中的抗肿瘤效果，因为它与人类乳腺癌非常相似，是IV期人类乳腺癌的理想动物模型。在第4乳腺脂肪垫注射4T1-Luc2细胞后第15天，小鼠出现原发肿瘤~200 mmm3，并静脉注射单剂量DOX/Lipo。Doxil, fda批准的DOX脂质体作为对照。vc处理小鼠的肿瘤在第35天迅速生长并严重转移到肺部(图3c-f)。图3
除了将化疗药物(VCR, IRI, DOX)包装在管腔中外，作者还研究了lipop - sm - chol通过薄膜水合法直接包封到脂质双分子层，从而增强疏水药物的治疗递送。证明了所有的lipop -SM-Chol都可以提高DEX的DLE，特别是酯、CSS和scs键合的SM-Chol，其DLE增加了4到5.2倍(图4a)。为了测试DEX/Lipo的抗炎作用，我们通过气管内给药LPS进入BALB/c小鼠肺部，建立小鼠肺部炎症模型(图4b)10,74。小鼠注射LPS后6 h，再静脉注射游离DEX或DEX/Lipo 1剂量。12 h后，分离肺组织，采用酶联免疫吸附法(ELISA)测定IL-6、TNF-α、IL-1β水平。如图4c-e所示，与假手术组(未注射LPS)相比，没有治疗组(注射LPS) IL-6、TNF-α和IL-1β水平明显升高，表明炎症肺模型建立成功。用苏木精和伊红对肺切片进行了染色(图6f)。我们发现，用脂质包裹的DEX，特别是DEX/ lipom - sm - csschool处理的小鼠，显著抑制了白细胞募集和支气管周围增厚，而用未包裹的DEX处理的小鼠，并没有阻止支气管周围增厚和白细胞募集到肺部(图6f)。这些研究结果表明，脂质sm - css -Chol系统比脂质sm /Chol和脂质pchcpc系统在向炎症肺输送DEX方面效果更好。
图4
除了小分子治疗剂，我们还想了解SM-Chol是否也能提高基因在体内的传递效率，作者选择测试靶向P-gp基因(Abcb1a)的siRNA，是因为P-gp在包括癌症和炎症性疾病在内的多种疾病中是一个强大的药物外排泵，并且一直困扰着各种小分子药物(如IRI, VCR, DOX等)，长期产生多药耐药且治疗效果差，我们将IRI/ lipop -SM-CSS-Chol与siRNA/LNP-DMA/SM-CSS-Chol联合治疗CT26肿瘤小鼠，并与IRI/ lipop -SM-CSS-Chol单独进行比较。三次静脉注射IRI/ lipop -SM-CSS-Chol可显著降低肿瘤，与siRNA/LNP-DMA/SM-CSS-Chol联合可进一步降低肿瘤(图4i, j)。与IRI/ lipop -PChcPC联合siRNA/LNP-DMA/PChcPC相比，IRI/ lipop -PChcPC的抗癌效果也有所增强，IRI/ lipop - sm - csschool联合siRNA/LNP-DMA/SM-CSS-Chol的抗癌效果明显优于IRI/ lipop -PChcPC。与单独使用IRI/Lipo相比，这种抗癌效果的提高是由于siRNA/LNP的结合显著提高了肿瘤中的IRI浓度，从而提高了肿瘤的药物递送效率(图4k)。本文作者：MLF
责任编辑：TZM
DOI：10.1038/s41467-024-46331-7
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-46331-7
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