張夢欣,于英杰,董 優(yōu),宋 煜
福建中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院,福建 福州 350122
目前,化療仍是臨床治療乳腺癌的主要方式之一[1-4]。臨床研究表明,多藥耐藥(multidrug resistance,MDR)的存在是造成化療失敗和腫瘤復(fù)發(fā)的主要原因[5-10]。MDR[11]是指癌細(xì)胞因接觸一種化療藥物產(chǎn)生耐藥性的同時,對其他多種不同結(jié)構(gòu)、不同作用機(jī)制的化療藥物同樣存在耐藥性。研究表明,乳腺癌MDR 是多種細(xì)胞機(jī)制共同作用的結(jié)果,主要作用機(jī)制包括跨膜蛋白過度表達(dá)[12]、谷胱甘肽及其酶系統(tǒng)[13]、凋亡基因表達(dá)異常[14]、藥物作用靶點改變[15]等,致使癌細(xì)胞對化療藥攝取量減少、外排量增加以及增加了對化療藥凋亡作用的抗性等?;谌橄侔㎝DR 的病理特征,只考慮一種因素?zé)o法解決化療過程中出現(xiàn)的耐藥性問題,因此只有從多途徑、多因素、多靶點、多角度上進(jìn)行逆轉(zhuǎn)才可以更好地尋求合理的解決方案。
本研究所合成聚合物膠束載體還原敏感型透明質(zhì)酸-熊果酸聚合物(hyaluronic acid-cystamineursolic acid,HSU)中的熊果酸除自身具有明顯的抗腫瘤活性外,還具有多靶點逆轉(zhuǎn)MDR 的功能[16];透明質(zhì)酸作為CD44 配體,可通過乳腺癌細(xì)胞表面過度表達(dá)CD44 受體進(jìn)而介導(dǎo)促進(jìn)藥物細(xì)胞內(nèi)吞[17];與正常生理環(huán)境相比,腫瘤環(huán)境下的谷胱甘肽(glutathione,GSH)濃度高至100~1000 倍,而二硫鍵連接臂所構(gòu)建的還原敏感型膠束能夠在腫瘤微環(huán)境高還原響應(yīng)下快速釋放化療藥物進(jìn)而減少藥泵外排[18]。因此,本研究聯(lián)合以上3 種策略所構(gòu)建的還原敏感型載體用于遞送化療藥紫杉醇,考察PTXHSU 的體外釋放行為,并對該載藥膠束的細(xì)胞毒性、細(xì)胞攝取和胞內(nèi)GSH 進(jìn)行研究,以期實現(xiàn)逆轉(zhuǎn)乳腺癌多藥耐藥性的目標(biāo)。
JY92-2D 型超聲波細(xì)胞破碎儀,寧波新芝生物科技公司;Alpha1-2 LD plus 型冷凍干燥機(jī),德國Christ 公司;Nicolet iS5 型傅里葉變換紅外光譜儀,賽默飛世爾科技公司;NicompTM380ZLS 型激光粒徑測定儀(DLS),美國Santa Barbara 公司;Avance III 500 型核磁共振波譜儀,瑞士Bruker 公司;H7650型透射電子顯微鏡(TEM),日本日立公司;DKZ 型系列電熱恒溫振蕩水槽,上海一恒科技公司;Infinite M200 PRO 型酶標(biāo)儀,瑞士Tecan 公司;LC 2030 型高效液相色譜儀,島津公司;DMIi8-M 型倒置熒光顯微鏡,德國Christ 公司。
熊果酸(批號F1928106,質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥98%)、N-羥基琥珀酰亞胺(NHS,質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥98%)、碳二亞胺鹽酸鹽(EDC,質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥98%)、己二酸二酰肼(ADH,質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥98%)、甲酰胺(分析純)、二甲基亞砜(DMSO,分析純)、二甲基甲酰胺(DMF,分析純),阿拉丁生化科技公司;紫杉醇,批號902-1812401,質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥98%,福建南方制藥股份有限公司;胱胺二鹽酸鹽(CYS),質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥97%,梯希愛化成工業(yè)發(fā)展公司;透明質(zhì)酸,相對分子質(zhì)量9850,江蘇海華生物科技有限公司;透析袋,截留相對分子質(zhì)量(MWCO)3500,上海源葉生物科技有限公司;RMPI 1640 基礎(chǔ)培養(yǎng)基、胎牛血清,Gibco公司;MTT、香豆素-6(coumarin-6,C6,質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%),Sigma 公司。
人乳腺癌紫杉醇敏感細(xì)胞株MCF-7 細(xì)胞、人乳腺癌紫杉醇耐藥細(xì)胞株MCF-7/ADR 細(xì)胞,上海艾研生物科技有限公司。
合成路徑如圖1 所示。本實驗將熊果酸和透明質(zhì)酸中的-COOH 通過酰胺化反應(yīng)分別連接在CYS或ADH 兩端的-NH2上,得到具有還原敏感型的HSU 和非還原敏感型的HU。
圖1 HSU/HU 的合成路徑圖Fig. 1 Synthesis path diagram of HSU/HU
2.1.1 HSU 的合成 稱取透明質(zhì)酸(0.8 mmoL)置燒瓶中,甲酰胺溶解,加入EDC(1.6 mmoL)和NHS(1.6 mmoL),冰浴0.5 h,加入CYS(8 mmoL),攪拌反應(yīng)24 h 后,冰丙酮沉淀、抽濾,適量水復(fù)溶,0.8 μm 微孔濾膜濾過,超純水透析(MWCO3500)48 h 后,冷凍干燥,即得HA-CYS 純品。
稱取熊果酸(0.1 mmoL),置燒瓶中,30 mL DMF-甲酰胺(1∶1)混合溶劑溶解,加入EDC(0.7 mmoL)和NHS(0.7 mmoL),冰浴4 h,加入HACYS(0.2 mmoL),室溫反應(yīng)24 h 后,冰丙酮沉淀,抽濾,適量水復(fù)溶后,離心,上清液0.8 μm 膜濾過,超純水透析(MWCO3500)48 h 后,冷凍干燥,即得HSU 純品。
2.1.2 HU 的合成 稱取透明質(zhì)酸(0.8 mmoL)置燒瓶中,超純水溶解,加入EDC(1.6 mmoL)和ADH(7.5 mmoL),冰浴1 h,室溫下保持pH 4.75 反應(yīng)2 h,調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液至pH 7.0,0.8 μm 微孔濾膜濾過,超純水透析(MWCO3500)48 h 后,冷凍干燥,即得HA-ADH 純品。
稱取熊果酸(0.5 mmoL),置燒瓶中,40 mL DMF-甲酰胺混合溶劑溶解,加入EDC(4.6 mmoL)和NHS(4.6 mmoL),冰浴4 h,加入0.1 g HA-ADH,室溫反應(yīng)24 h 后,冰丙酮沉淀,抽濾,適量水復(fù)溶后,離心,上清液0.8 μm 膜濾過,超純水透析(MWCO3500)48 h 后,冷凍干燥,即得HU 純品。
2.2.1 FT-IR 分析 分別稱取透明質(zhì)酸、HA-CYS、HA-ADH、HU 和HSU 適量,KBr 壓片法,F(xiàn)T-IR 表征結(jié)構(gòu)。HSU、HU 及反應(yīng)原料的FT-IR 圖譜如圖2所示。1618 cm?1和1715 cm?1兩處吸收峰分別是透明質(zhì)酸和熊果酸結(jié)構(gòu)中-COOH 的對稱伸縮振動峰(νC=O);而在HSU 與HU 圖譜中,并未出現(xiàn)熊果酸的特征峰,推測其已被掩蓋,熊果酸經(jīng)反應(yīng)已生成新鍵;HA-CYS 圖譜中1653、1558 cm?1處吸收峰和HA-ADH 圖譜中1644、1559 cm?1處吸收峰分別對應(yīng)酰胺鍵對稱伸縮振動峰(νC=O,酰胺I 帶)和面內(nèi)彎曲振動峰(βC=O,酰胺II 帶),證明HA-CYS 和HA-ADH 的成功合成;根據(jù)HSU 圖譜中1653 cm?1(νC=O,酰胺I 帶)、1558 cm?1(βC=O,酰胺II 帶)和HU 圖譜中1646 cm?1(νC=O,酰胺I 帶)、1541 cm?1(βC=O,酰胺II 帶)處出現(xiàn)酰胺鍵特征峰,推測HSU 圖譜和HU 圖譜中出現(xiàn)的酰胺鍵可能為熊果酸與2 中間體反應(yīng)生成的新酰胺鍵吸收峰,但與原來中間體酰胺鍵吸收峰重疊。為證實HSU 和HU合成成功,HSU 和HU 的結(jié)構(gòu)需要通過H1-NMR 進(jìn)一步表征。
圖2 合成原料及聚合物FT-IR 圖Fig. 2 FT-IR diagram of synthetic materials and polymers
2.2.2 H1-NMR 分別將適量透明質(zhì)酸、HA-CYS、HA-ADH、HSU 和HU 溶于D2O,熊果酸溶于DMSO-d6,H1-NMR 表征結(jié)構(gòu),并計算CYS、ADH以及熊果酸的取代度(degree of substitution,DS,定義為每100 個透明質(zhì)酸單體上CYS 和ADH 的嫁接個數(shù))。HSU(D2O)、HU(D2O)及反應(yīng)原料透明質(zhì)酸(D2O)、HA-CYS(D2O)、HA-ADH(D2O)、熊果酸(DMSO-d6)的H1-NMR 圖如圖3 所示。透明質(zhì)酸特征峰出現(xiàn)在δ2.03(3H,-NH-CO-CH3)處和δ3.25~4.78(2H-CH2-、H、-OH);與透明質(zhì)酸相比,合成中間體HA-CYS 和HA-ADH 分別在δ2.84(2H,-CH2CH2NH2-,CYS 特征峰)和δ1.69(2H,-NHNHCOCH2CH2-CH2-,ADH 特征峰)、δ2.18~2.33(2H,-NHNHCOCH2CH2-,ADH 特征峰)處出現(xiàn)的吸收峰,證明中間體合成成功,與FT-IR結(jié)果一致。按照透明質(zhì)酸(δ2.0)、CYS(δ2.9)和ADH(δ2.6)的特征峰面積,計算出中間體CYS 和ADH 的DS,分別為(31.13±1.13)%和(50.75±2.63)%;在此基礎(chǔ)上,HSU H1-NMR 圖在δ0.97~1.10、1.28~1.29 和HU H1-NMR 圖在δ1.28~1.29(HU H1-NMR 圖中δ0.97~1.10 處吸收峰由于磁各向異性的緣故,向低場移動,被HA-ADH 中δ1.14覆蓋,因此消失)處出現(xiàn)的吸收峰歸屬于熊果酸角甲基的特征吸收峰,結(jié)合FT-IR 推測的結(jié)果,判斷熊果酸已成功接枝,HSU 和HU 合成成功。通過熊果酸角甲基氫(δ1.28)與透明質(zhì)酸中N-乙?;屑谆鶜洌é?.0)的吸收峰面積比值,計算出HSU 和HU 中熊果酸的取代度分別為(3.12±0.17)%和(3.33±0.47)%,除了中間化學(xué)連接臂結(jié)構(gòu)不同,二者取代度相差不大,因此,HU 可以做HSU 的對比參照。
圖3 合成原料及聚合物的H1-NMR 圖Fig. 3 H1-NMR diagram of synthetic materials and polymers
固定HSU 載體投料量為18 mg,紫杉醇與HSU質(zhì)量比為 1 ∶1.8,以粒徑、 多分散指數(shù)(polydispersity index,PDI)、包封率、載藥量為考察指標(biāo)。精密稱取HSU 載體18 mg,加水3 mL,室溫溶解30 min,逐滴滴加25 mg/mL 的紫杉醇乙醇溶液400 μL 于載體水溶液中,劇烈攪拌15 min,冰浴探頭超聲30 min,重蒸水透析過夜,0.8 μm 濾膜濾過,即得載藥膠束溶液。PTX-HU 同法可制得。
取500 μL 膠束溶液稀釋至5 mL,通過激光粒度測定儀分別測定PTX-HSU 及PTX-HU 的平均粒徑、PDI 和ζ 電位。結(jié)果見表1。PTX-HSU 和PTXHU 膠束ζ 電位穩(wěn)定在?18~?20 mV,這是因為透明質(zhì)酸結(jié)構(gòu)中的-COOH 在水中解離為帶負(fù)電荷COO?,較大的ζ 電位表明粒子間存在較大的斥力,說明該膠束制劑物理穩(wěn)定性良好。
表1 粒徑及分布、ζ 電位 (±s, n = 3)Table 1 Particle size and distribution, ζ potential (±s, n = 3)
表1 粒徑及分布、ζ 電位 (±s, n = 3)Table 1 Particle size and distribution, ζ potential (±s, n = 3)
樣品 粒徑/nm PDI ζ 電位/mV 載藥量% 包封率%PTX-HSU 152.8±8.5 0.105±0.010 ?20.98±3.44 33.11±2.36 89.27±9.52 PTX-HU 183.4±3.7 0.176±0.009 ?18.69±2.79 30.40±1.90 85.00±10.10
精密量取100 μL PTX-HSU 和PTX-HU 膠束溶液,甲醇稀釋定容至10 mL,參照本研究前期所建立的方法學(xué),采用HPLC 法進(jìn)行測定[19]。
紫杉醇含量測定色譜條件:色譜柱為Agilent 5 TC-C18(250 mm×4.6 mm,5 μm);流動相為甲醇-水(75∶25);體積流量為1 mL/min;進(jìn)樣量為20 μL;柱溫為30 ℃;檢測波長為227 nm。分別按照以下公式計算紫杉醇的載藥量和包封率。
所制備的PTX-HSU 和PTX-HU 均具有較高的紫杉醇包封率(表1),分別為(89.27±9.52)%和(85.00±10.10)%;同時具有良好的負(fù)載效果,其載藥量分別為(33.11±2.36)%和(30.40±1.90)%。
稱取紫杉醇、HSU、紫杉醇與HSU 的物理混合物(含量比與PTX-HSU 相同)及PTX-HSU 適量,分別進(jìn)行DSC 分析和XRD 測試。
2.5.1 DSC 紫杉醇、HSU、紫杉醇與HSU 物理混合物、PTX-HSU 凍干粉針的DSC 圖譜如圖4 所示。219.9 ℃(吸熱峰)和240.8 ℃(放熱峰)分別為紫杉醇的熔融峰和降解峰,說明紫杉醇是以結(jié)晶態(tài)存在;241.3 ℃放熱峰為HSU 中修飾的熊果酸降解峰;紫杉醇的2 個特征峰(222.75、242.5 ℃)出現(xiàn)在紫杉醇和HSU 的物理混合物中,而未在PTXHSU 載藥膠束圖譜中出現(xiàn);PTX-HSU 載藥膠束圖譜中僅出現(xiàn)了HSU 中熊果酸的降解峰(241.4 ℃);說明紫杉醇可能以分子狀態(tài)或無定形形式存在于HSU 膠束骨架中。
圖4 DSC 圖譜Fig. 4 DSC patterns
2.5.2 XRD 紫杉醇、HSU、紫杉醇與HSU 物理混合物、PTX-HSU 載藥膠束的XRD 圖譜如圖5 所示。XRD 圖譜中5°、9°和12°處3 個強(qiáng)吸收峰以及15°~30°若干弱雜峰為紫杉醇特征峰;HSU 的XRD圖譜在5°~30°無任何吸收峰;紫杉醇與HSU 物理混合物則在XRD 圖譜中出現(xiàn)了紫杉醇的特征峰,而PTX-HSU 載藥膠束圖譜與HSU 圖譜相似,在5°~30°無任何吸收峰。綜合以上圖譜數(shù)據(jù),說明紫杉醇以分子狀態(tài)或無定形存在于納米膠束骨架中。
圖5 XRD 圖譜Fig. 5 XRD patterns
配制紫杉醇質(zhì)量濃度為0.5 mg/mL的PTX-HSU和PTX-HU 溶液,分別取1 mL 置于透析袋(MWCO14 000)內(nèi),放入50 mL 含有不同GSH 濃度(0、10 mmol/L)的水楊酸鈉(1 mol/L)的PBS(pH 7.4)緩沖液中,100 r/min 恒定振速和37 ℃溫度下,考察紫杉醇制劑的體外釋放特性。分別在0、1、3、6、8、10、12 h 用相同體積的新鮮釋放介質(zhì)更新釋放介質(zhì),HPLC 測定釋放介質(zhì)中的紫杉醇質(zhì)量濃度,計算各取樣時間點紫杉醇的累積釋放量。
體外釋藥結(jié)果如圖6 所示。當(dāng)GSH 濃度為0 mmol/L 時,PTX-HSU 和PTX-HU 在12 h 時累積釋藥量分別為76.31%和67.24%,二者釋藥趨勢一致,均無快速釋藥的趨勢;而在GSH 濃度為10 mmol/L時,PTX-HU 累積釋放量僅為61.17%,而PTX-HSU累積釋放量則已經(jīng)達(dá)到89.18%;PTX-HU 載藥膠束無論是0 μmol/L 或是10 mmol/L 的GSH 釋放介質(zhì)中,累積釋放量相差不大;相對來說,PTX-HSU 在0 μmol/L 的GSH 釋放介質(zhì)中的12 h 累積釋放量與PTX-HU 釋放趨勢一致,但是在10 mmol/L 的GSH釋放介質(zhì)中在3 h 內(nèi)釋放量急劇增加,呈現(xiàn)出快速釋放現(xiàn)象,推測原因可能是因為HSU 分子結(jié)構(gòu)中的二硫鍵被釋放介質(zhì)中的GSH 切斷,促使處于PTXHSU 載藥膠束核心的紫杉醇快速釋放,證明HSU具有還原響應(yīng)快速釋藥的能力。
MCF-7 和MCF-7/ADR 細(xì)胞分別以1×104個/孔接種于96 孔板,細(xì)胞貼壁24 h 后,棄去培養(yǎng)基,不同紫杉醇質(zhì)量濃度(0.001、0.01、0.1、1、10、100 μg/mL)的不同組(對照、紫杉醇、PTX-HSU、PTXHU)含藥培養(yǎng)基培養(yǎng)48 h 后,棄去含藥培養(yǎng)基,100 μL/孔加入MTT 溶液(1 mg/mL),37 ℃培養(yǎng)4 h 后,棄去培養(yǎng)液,加入150 μL DMSO,570 nm 波長測定吸光度。計算紫杉醇各制劑的半抑制濃度(50% inhibiting concentration,IC50),按照公式和分別計算耐藥倍數(shù)和逆轉(zhuǎn)倍數(shù)[20]。結(jié)果表明(表2),紫杉醇各制劑組對2 種乳腺癌細(xì)胞均呈現(xiàn)出濃度相關(guān)性的細(xì)胞毒性,且PTX-HSU 制劑組的IC50明顯低于PTX-HU 和紫杉醇組,說明HSU 膠束作為載體可增強(qiáng)紫杉醇對腫瘤細(xì)胞的殺傷作用。
表2 體外逆轉(zhuǎn)MDR 細(xì)胞毒性結(jié)果 (±s, n = 3)Table 2 Results of in vitro reversal of MDR cytotoxicity (±s, n = 3)
表2 體外逆轉(zhuǎn)MDR 細(xì)胞毒性結(jié)果 (±s, n = 3)Table 2 Results of in vitro reversal of MDR cytotoxicity (±s, n = 3)
與紫杉醇組比較:*P<0.05**P<0.01***P<0.001;與PTX-HU 組比較:#P<0.05##P<0.01###P<0.001*P<0.05**P<0.01***P<0.001 vs paclitaxel group;#P<0.05##P<0.01###P<0.001 vs PTX-HU group
質(zhì)量濃度/(μg?mL?1)MCF-7 細(xì)胞存活率/% MCF-7/ADR 細(xì)胞存活率/%紫杉醇 PTX-HU PTX-HSU 紫杉醇 PTX-HU PTX-HSU 0.001 85.59±1.46 80.34±1.36 76.34±0.63* 99.11±1.68 97.63±1.49 96.37±3.20 0.01 72.81±3.59 52.94±0.97* 41.11±1.20**# 98.16±1.22 97.55±3.64 94.62±1.11 0.1 30.20±1.90 25.46±0.29 24.23±1.04* 94.00±1.00 93.15±2.18 93.33±0.78 1 24.39±0.17 21.41±0.15* 20.62±0.96* 87.03±2.19 84.74±0.39 66.32±3.63**##10 19.72±0.14 13.48±0.41*** 11.93±0.07***# 72.93±3.01 70.97±1.09 41.88±4.50***##100 12.98±0.20 9.64±0.36* 9.30±0.18** 42.18±0.27 41.46±0.95 30.14±0.94***###
在MCF-7 的細(xì)胞毒性結(jié)果中,紫杉醇、PTXHU 以及PTX-HSU 組的IC50分別為0.028、0.013、0.006 μg/mL,其中PTX-HU 制劑組IC50是紫杉醇組的2.15 倍,推測這可能是MCF-7 細(xì)胞表面過度表達(dá)CD44 受體(透明質(zhì)酸靶向受體),MCF-7 細(xì)胞通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用增加對PTX-HU 的攝取,使得更多的紫杉醇進(jìn)入細(xì)胞內(nèi);而PTX-HSU 組IC50分別是PTX-HU 組和紫杉醇組的2.17 倍和4.67 倍,推測一方面可能是由于在受體介導(dǎo)的主動靶向攝取載藥膠束后腫瘤細(xì)胞內(nèi)強(qiáng)還原敏感環(huán)境切斷了HSU 膠束中還原感二硫鍵,使得PTX-HSU 中紫杉醇相對紫杉醇組更多進(jìn)入細(xì)胞的基礎(chǔ)上,快速從膠束內(nèi)釋放出來,顯著提高了抗腫瘤活性;另一方面,熊果酸自身就具有殺傷腫瘤細(xì)胞的能力,可能是HSU 膠束斷裂后的疏水端熊果酸起到了殺傷MCF-7 細(xì)胞的作用。
在MCF-7/ADR 的細(xì)胞毒性結(jié)果中,紫杉醇、PTX-HU 以及PTX-HSU 組的IC50分別為15.01、13.09、1.39 μg/mL。為考察MCF-7/ADR 細(xì)胞對紫杉醇的耐藥強(qiáng)度以及是否可以作為體外逆轉(zhuǎn)MDR的細(xì)胞模型,通過計算得到MCF-7/ADR 細(xì)胞對紫杉醇的耐藥倍數(shù)為533,表明此細(xì)胞對紫杉醇呈現(xiàn)出較強(qiáng)的耐藥性,可以作為逆轉(zhuǎn)MDR 的細(xì)胞模型。MTT 結(jié)果表明,紫杉醇各制劑組均顯示出濃度依賴性的細(xì)胞毒性,通過各組制劑的IC50值計算MDR逆轉(zhuǎn)倍數(shù)發(fā)現(xiàn),PTX-HSU 組和PTX-HU 組相對紫杉醇組逆轉(zhuǎn)倍數(shù)分別為10.79 倍和1.15 倍,且PTXHSU 組是PTX-HU 組的9.41 倍,表明HSU 載藥系統(tǒng)在逆轉(zhuǎn)乳腺癌MDR 方面呈現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。原因推測一方面可能是由于HSU 通過透明質(zhì)酸受體介導(dǎo)的內(nèi)吞和連接臂CYS 還原敏感快速釋藥增效紫杉醇;另一方面可能與HSU 中疏水端熊果酸具有多靶點殺傷腫瘤耐藥細(xì)胞的活性有關(guān)。
2.8.1 HSU/HU 對細(xì)胞定性攝取的影響 MCF-7/ADR 細(xì)胞以1×105個/孔接種于24 孔板,按照0.5 mL/孔接種于24 孔板,37 ℃培養(yǎng)24 h 后,棄去培養(yǎng)基,分別加入含有C6-HSU 和C6-HU(膠束質(zhì)量濃度為80 μg/mL)的培養(yǎng)基,37 ℃孵育0.5 h 后,棄去培養(yǎng)基,PBS 洗5 次,于倒置熒光顯微鏡下成像。結(jié)果如圖7 所示,在相同條件下,給以C6-HSU干預(yù)的細(xì)胞內(nèi)熒光強(qiáng)度顯著強(qiáng)于給以C6-HU 干預(yù)的細(xì)胞。據(jù)文獻(xiàn)報道[17],透明質(zhì)酸的結(jié)構(gòu)中羧基是透明質(zhì)酸靶向受體(CD44 受體)的識別位點,其羧基的修飾程度與其靶向性有關(guān);因此,推測可能是由于HU 結(jié)構(gòu)中透明質(zhì)酸骨架上的羧基修飾程度大于HSU,影響了其靶向效率,導(dǎo)致用C6-HU 干預(yù)的細(xì)胞內(nèi)綠色熒光強(qiáng)度較弱;進(jìn)一步推測,HSU 很可能可以通過增加乳腺癌耐藥細(xì)胞對其的攝取量,以增加進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)化療藥物的量,相對于單純的化療藥,在耐藥細(xì)胞同步外排的作用下,HSU 干預(yù)的細(xì)胞內(nèi)化療藥有望具有更多的有效積累藥量,來發(fā)揮部分逆轉(zhuǎn)MDR 的作用。
圖7 定性考察細(xì)胞對HSU 與HU 的攝取情況 (×400)Fig. 7 Qualitative examination of cellular uptake of HSU and HU (× 400)
2.8.2 HSU/HU 對細(xì)胞定量攝取的影響 細(xì)胞以5×105個/孔的細(xì)胞量接種于6 孔板中,按照2 mL/孔接種于6 孔板,37 ℃培養(yǎng)24 h 后,棄去培養(yǎng)基,分別加入含有C6-HSU 和C6-HU(膠束質(zhì)量濃度為100 μg/mL)的培養(yǎng)基,37 ℃孵化4 h 后,移去上層供試液,加入預(yù)冷PBS 洗3 遍終止攝取。往6 孔板中加入消化液,收集細(xì)胞,2000 r/min 離心3 min,棄去上清液,用預(yù)冷PBS 洗3 遍后加入0.7 mL PBS重懸,在流式細(xì)胞儀的FL2 通道(Ex488 nm)檢測C6 含量,分析結(jié)果。在競爭性抑制實驗中,預(yù)先用質(zhì)量濃度為10 mg/mL 的透明質(zhì)酸溶液孵育2 h,再重復(fù)上述實驗步驟。結(jié)果如表3 所示,在相同質(zhì)量濃度下,HSU-C6 和HU-C6 組的熒光強(qiáng)度均大于游離C6(P<0.001),說明C6 探針經(jīng)膠束包載后,在透明質(zhì)酸的主動靶向作用下促進(jìn)了細(xì)胞對C6 的攝取。HSU-C6 和HU-C6 相比,還原敏感型HSU 膠束組的熒光強(qiáng)度更強(qiáng),推測是因為HSU 含有二硫鍵,可以使C6 快速釋放從而促進(jìn)C6 在細(xì)胞內(nèi)的累積。同時,實驗結(jié)果也表明,隨著膠束濃度的增加,熒光強(qiáng)度也隨之增加,說明細(xì)胞對膠束攝取呈現(xiàn)一定的質(zhì)量濃度相關(guān)性。
表3 定量考察細(xì)胞對HSU 與HU 的攝取情況 (±s, n = 3)Table 3 Quantitative examination of cellular uptake of HSU and HU (±s, n = 3)
表3 定量考察細(xì)胞對HSU 與HU 的攝取情況 (±s, n = 3)Table 3 Quantitative examination of cellular uptake of HSU and HU (±s, n = 3)
與C6 組比較:***P<0.001;與HU-C6 組比較:###P<0.001;與透明質(zhì)酸+HSU-C6 組比較:ΔΔP<0.01***P<0.001 vs C6 group;###P<0.001 vs HU-C6;ΔΔP<0.01 vs HA +HSU-C6 group
組別 劑量/(μg?mL?1) 熒光強(qiáng)度C6 ? 265.06±6.54 HU-C6 80 677.61±30.84***透明質(zhì)酸+HSU-C6 80 727.17±22.23***HSU-C6 80 824.15±13.24***###ΔΔ
為進(jìn)一步闡明膠束攝取機(jī)制,采用10 mg/mL 的透明質(zhì)酸溶液先與細(xì)胞孵育,再加入HSU 膠束孵育。結(jié)果發(fā)現(xiàn),HSU 膠束的攝取被顯著抑制,熒光強(qiáng)度均顯著低于不加透明質(zhì)酸孵育的HSU 組(P<0.01),此結(jié)果表明HSU 膠束是通過透明質(zhì)酸受體介導(dǎo)的內(nèi)吞而被攝取的。
2.8.3 HSU 對胞內(nèi)GSH 濃度的影響 MCF-7/ADR細(xì)胞以1×106個/孔接種于6 孔板,37 ℃培養(yǎng)24 h后,棄去培養(yǎng)基,用含有HA-CYS、HSU、HU 的培養(yǎng)基干預(yù)48 h 后,還原型谷胱甘肽測定試劑盒檢測細(xì)胞內(nèi)GSH 水平。結(jié)果表明(表4),相對于對照組,HA-CYS 均可顯著(P<0.05)降低細(xì)胞內(nèi)的GSH表達(dá)水平,推測可能是由于HA-CYS 中的二硫鍵與細(xì)胞內(nèi)GSH 相互作用,胞內(nèi)GSH 在此過程中得到消耗;HSU 在HA-CYS 的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步降低了細(xì)胞內(nèi)的GSH 表達(dá)水平(P<0.001),也可能與HSU釋放的熊果酸有關(guān),此結(jié)果與文獻(xiàn)中報道熊果酸可以在一定程度上抑制細(xì)胞內(nèi)GSH 表達(dá)結(jié)果一致[21]。
表4 胞內(nèi)GSH 的測定結(jié)果 (±s, n = 3)Table 4 Determination results of intracellular GSH (±s,n = 3)
表4 胞內(nèi)GSH 的測定結(jié)果 (±s, n = 3)Table 4 Determination results of intracellular GSH (±s,n = 3)
與對照組比較:*P<0.05**P<0.01***P<0.001;與HA-CYS 組比較:###P<0.001;與HU 組比較:ΔP<0.05*P < 0.05**P < 0.01***P < 0.001 vs control group;###P < 0.001 vs HA-CYS group;ΔP < 0.05 vs HU group
組別 GSH/(mmol?L?1) 組別 GSH/(mmol?L?1)對照 43.3±4.7 HU 19.2±1.7**HA-CYS 30.0±8.2* HSU 7.5±0.7***###Δ
HU 干預(yù)細(xì)胞48 h 后,相對對照組也顯著性降低了細(xì)胞內(nèi)GSH 表達(dá)水平(P<0.01),推測也可能是HU 釋放了熊果酸有關(guān);但是經(jīng)HU 干預(yù)后的胞內(nèi)GSH 表達(dá)水平顯著性地高于HSU(P<0.05),可能是由于HU 結(jié)構(gòu)中沒有二硫鍵,既不能像HACYS 一樣消耗細(xì)胞內(nèi)GSH,也不能像HSU 一樣快速釋放熊果酸所致;文獻(xiàn)報道[22],與GSH 相關(guān)的耐藥機(jī)制主要包括:(1)GST-π 可以催化GSH 與化療藥物結(jié)合,使化療藥物易于從尿液中排出或代謝為無毒性的醇類物質(zhì);(2)GSH 的結(jié)構(gòu)可以作為細(xì)胞外排MRP 泵的底物,GST-π 可以通過調(diào)節(jié)GSH 而控制MRP 的耐藥程度。以上機(jī)制均表明胞內(nèi)GSH濃度下降后均能減少化療藥外排。因此,推測HSU中的還原敏感二硫鍵與熊果酸共同作用,通過降低癌細(xì)胞內(nèi)GSH 的水平,進(jìn)一步降低了腫瘤細(xì)胞對紫杉醇的外排和代謝,來發(fā)揮逆轉(zhuǎn)乳腺癌MDR 的作用。
本研究成功合成了還原敏感型和非還原敏感型透明質(zhì)酸-熊果酸聚合物HSU 和HU。其中熊果酸以藥載兩用的形式,成功改善了其腫瘤靶向特異性低、水溶性差的缺點,提高了其生物利用度和臨床應(yīng)用。以HSU/HU 為載體成功制備了可高效負(fù)載紫杉醇的載藥膠束PTX-HSU 和PTX-HU,在體外還原性環(huán)境中,PTX-HSU 制劑顯示出還原響應(yīng)快速釋放藥物的能力。PTX-HSU 和PTX-HU 均呈現(xiàn)出濃度依賴性的細(xì)胞毒性,其中HSU 不僅可以增強(qiáng)紫杉醇對MCF-7 細(xì)胞的抗腫瘤活性,而且可以增強(qiáng)紫杉醇對MCF-7/ADR 細(xì)胞的殺傷作用,在逆轉(zhuǎn)乳腺癌MDR 方面呈現(xiàn)出一定的優(yōu)勢,實現(xiàn)了HSU 對乳腺癌MDR 的逆轉(zhuǎn)目標(biāo)。
通過對體外逆轉(zhuǎn)耐藥的細(xì)胞研究推測出,HSU是通過:(1)受體介導(dǎo)的胞吞作用進(jìn)入MCF-7/ADR細(xì)胞內(nèi),增加MCF-7/ADR 細(xì)胞對HSU 的攝取量,以增加細(xì)胞內(nèi)藥物的有效積累來逆轉(zhuǎn)MDR;(2)顯著性地降低MCF-7/ADR 細(xì)胞中的GSH 表達(dá)水平,從而減少GSH 相關(guān)的藥物外排以逆轉(zhuǎn)MDR。
利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突