紫杉烷类药物（例如紫杉醇和多西他赛）是目前临床上广泛使用的抗肿瘤化疗药物，这些药物主要通过抑制细胞内微管蛋白解聚来促进细胞凋亡和抑制有丝分裂。然而，药物反复使用易引起耐药，极大地限制了这类药物的临床使用效果。卡巴他赛（cabazitaxel）是一类新的紫杉烷类衍生物，因其能够克服紫杉醇的耐药性以及临床上表现出较好的疗效，于2010年6月经美国FDA批准上市用于治疗激素抵抗的转移性前列腺癌[1]。但是该药物的水溶性差，需要通过添加表面活性剂（如吐温80）并配合13%的乙醇水溶液来助溶，由此在体内会导致一定的过敏反应及其他生理毒性。此外卡巴他赛本身也具有较强的系统毒性，如骨髓抑制。临床研究表明该药物的最大耐受剂量（MTD）仅为25 mg/m²，远低于其同族药物紫杉醇(175 mg/m²)及多西紫杉醇(60-100 mg/m²)的最大耐受剂量[2]，这些不足导致了卡巴他赛的临床应用受到了很大限制。因此，为降低药物的毒副作用，延长其在体内的循环周期，需要对卡巴他赛进行结构设计和递送方式的改进[3]。
作为经典的药物递送载体，脂质体具有成分相对简单，生物安全性高，能高效物理包裹各类亲水和疏水性药物，临床转化价值高等特点受到工业界和科学界的广泛关注[4]。然而，一些小分子药物，例如卡巴他赛虽然能够直接被包裹于脂质体中，但是形成的制剂不稳定，药物存在“突释”效应，不利于药物及制剂的长循环和肿瘤积蓄。针对上述问题，浙江大学医学院附属第一医院卫生部多器官联合移植研究重点实验室王杭祥课题组联合浙江大学医学院附属邵逸夫医院肿瘤内科韩卫东课题组在药剂学顶级期刊《Journal of Controlled Release》2020年第324期上发表研究性文章Transforming a Toxic Drug into an Efficacious Nanomedicine Using a Lipoprodrug Strategy for the Treatment of Patient-Derived Melanoma Xenografts.
该研究结合前药构建的多不饱和脂肪酸化（PUFAylation）概念[5, 6]以及脂质体技术来高效安全地递送卡巴他赛。课题组先将卡巴他赛偶联多不饱和脂肪酸DHA（二十二碳六烯酸）合成DHA-卡巴他赛前药，再利用脂质体技术递送卡巴他赛（图1）。通过该方法，可较简易地制备获得稳定的粒径约为130 nm大小的前药脂质体（lipoprodrug）。该脂质体能显著改善卡巴他赛的水溶性，可用于静脉注射给药。而且该脂质体在体外被证明可以实现有效成分的缓释效果，而在肿瘤细胞内酯酶的作用下，可高效释放具有生物活性的卡巴他赛。该结果说明了该递送方式能有效降低药物在血液循环时的释放，并实现其在肿瘤细胞内的快速释放。该机制可望降低药物的系统毒性，增加药物的治疗指数。

图1.卡巴他赛前药脂质体（lipoprodrug）设计与抗肿瘤治疗示意图。
药物的体内组织分布实验证明了该脂质体具有很好的肿瘤靶向性，能有效地提高其在肿瘤部位蓄积，从而降低药物对其他正常器官的毒性（图2a, b）。此外，药代动力学分析证明了对比于卡巴他赛临床注射液，该技术明显延长了卡巴他赛在体内的半衰期和血药浓度（图2c）。

图2.卡巴他赛前药脂质体的体内分布和药代动力学研究。a.载DiR荧光素的卡巴他赛前药脂质体在DU145移植瘤小鼠的活体成像图。b.给药后24 h和48 h的肿瘤药物积蓄。c.临床卡巴他赛注射液和前药卡巴他赛脂质体的药代动力学参数。
课题组在前列腺癌细胞（DU145）来源的移植瘤小鼠模型（CDX）上证明了前药脂质体相比于目前的卡巴他赛临床注射液显著提高了治疗效果，并降低了系统毒性。例如：15 mg/kg的前药脂质体能在对小鼠体重无影响的前提下将7只小鼠中的5只鼠的肿瘤完全消除。相反，8 mg/kg卡巴他赛临床注射液不仅不能消除肿瘤，还在小鼠中产生较大毒性，使体重降低~20%。为进一步评价前药脂质体的疗效，课题组在免疫缺陷裸鼠上建立了更接近病人肿瘤特征的黑色素瘤PDX模型（图3a-d）。前药脂质体相比于临床注射液具有更优越的疗效和安全性（图3e-h）。该脂质体还可诱导肿瘤相关巨噬细胞从M2向M1型转化，并抑制肿瘤血管新生等，通过调节肿瘤微环境来发挥抗肿瘤效果。

图3.黑色素肿瘤病人来源的移植瘤（PDX）模型的建立以及前药脂质体在该模型中的疗效评估。a.黑色素病人原位瘤和淋巴结转移灶的H&E和IHC染色。b.黑色素病人骨盆CT。c. PDX模型的建立以及1代，2代，3代肿瘤的H&E染色。d.第三代PDX模型肿瘤的melan-A以及S100-β染色。e.不同给药方式后的裸鼠肿瘤体积变化。f.给药后裸鼠体重变化。g.治疗结束后各组肿瘤照片。h. g图中各组肿瘤的重量。
最后，课题组详细评估了该脂质体的体内毒性。研究表明相比于卡巴他赛临床注射液，该脂质体显著提高了药物在动物体内的最大耐受剂量，降低了肝肾毒性，免疫毒性和骨髓抑制效果。这些研究结果显示该脂质体递送技术使得药物在体内有很高的安全性。
综上所述，本文构建的卡巴他赛前药脂质体明显改善了卡巴他赛的药代动力学特性，提高了抗肿瘤疗效，降低了药物毒性，具有极好的临床转化前景。该递送策略不仅能够提高卡巴他赛的临床应用，而且可望为其他难溶性或者药代动力学较差的药物的临床应用提供新策略。
浙江大学医学院博士生石林林为论文第一作者。浙江大学医学院附属第一医院王杭祥研究员为论文的通讯作者，医学院附属邵逸夫医院韩卫东副主任医师为共同通讯作者。王杭祥课题组聚焦小分子药物递送系统研究，迄今已在J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，Cancer Res.，Adv. Funct. Mater., Molecular Cancer Therapeutics，Theranostics等学术期刊发表论文50多篇。本研究在国家自然科学基金、浙江省****基金等项目支持下完成。
参考文献：
[1]M.D. Galsky, D. Argyris, K. Peter, W.K. Oh, Cabazitaxel, Nat. Rev. Drug Discov., 9 (2010) 677-678.
[2]M.D. Wissing, J.L.L.M. Coenen, V.D.B. Pieter, H.M. Westgeest, A.J.M. Eertwegh, Van Den, I.M. Oort, Van, M.M. Bos, A.M. Bergman, H. Paul, A.J. Tije, Ten, CAST: A retrospective analysis of cabazitaxel and abiraterone acetate sequential treatment in patients with metastatic castrate-resistant prostate cancer previously treated with docetaxel, Int. J. Cancer, 136 (2015) E760-E772.
[3]J. Wan, Y. Qiao, X. Chen, J. Wu, L. Zhou, J. Zhang, S. Fang, H. Wang, Structure-guided engineering of cytotoxic cabazitaxel for an adaptive nanoparticle formulation: Enhancing the drug safety and therapeutic efficacy, Adv. Funct. Mater., 28 (2018), 1804229.
[4]W.T. Al-Jamal, K. Kostarelos, Liposomes: from a clinically established drug delivery system to a nanoparticle platform for theranostic nanomedicine, Acc. Chem. Res., 44 (2011) 1094-1104.
[5]H. Wang, Z. Lu, L. Wang, T. Guo, J. Wu, Z. Li, D. Jiang, P. Song, H. Xie, L. Zhou, X. Xu, S. Zheng, New generation nanomedicines constructed from self-assembling small-molecule prodrugs alleviate cancer drug toxicity, Cancer Res., 77 (2017), 6963-6974.
[6]L. Wu, F. Zhang, X. Chen, J. Wan, Y. Wang, T. Li, H. Wang, Self-assembled gemcitabine prodrug nanoparticles show enhanced efficacy against patient-derived pancreatic ductal adenocarcinoma, ACS Applied Mater. Interfaces, 12 (2020), 3327-3340.