中国科学报 2021-06-18
手术、化疗、放疗等是用于治疗肿瘤、癌症等疾病的常见治疗手段。传统化学治疗药物在杀死肿瘤细胞的同时，也引起了正常细胞和组织的损伤，导致脱发、心脏毒性、肾毒性等常见的化疗副作用。
如何降低肿瘤治疗药物的副作用，实现肿瘤的精准治疗？中国科学院深圳先进技术研究院医药所高分子药物研究中心研究员耿晋，博士后张一川与英国爱丁堡大学的Mark Bradley（马克·布莱德利）等人历时4年，探索利用医用放射治疗X射线源激活抗肿瘤前药的可能性，提出了一种全新的前体药物设计方案，为肿瘤精准治疗提供了一种新思路。其最新研究成果于6月10日发表于《自然—化学》。耿晋、张一川为论文共同第一作者；耿晋、Bradley为共同通讯作者。
把肿瘤治疗药物变为“糖衣炮弹”
如何降低肿瘤药物的副作用？前药技术被认为是一种可以有效解决该问题的方法。
通过化学合成或生物合成的方式，对原本用于治疗肿瘤的药物裹上一层“外衣”，使其变为无毒性或低毒性的前药，就像“糖衣炮弹”一样，当前药到达肿瘤区域时，通过内部刺激或外部刺激的方式，刺激前药转化为原型药分子，即可在保证对正常组织和细胞影响最小化的同时杀伤肿瘤，实现肿瘤精准治疗的目的。
“放射治疗作为一种有效抑制肿瘤生长的治疗手段，常与药物治疗联合使用来治疗晚期癌症。恶性肿瘤同期放化疗的综合治疗方式目前已成为一些临床常见肿瘤的标准治疗模式，用于延长患者生存期。然而目前的联合治疗方法通常是利用化学药物促进放射治疗效果。利用放射治疗射线源，即X射线作为外部刺激能量源，以激活前药的研究目前还极为有限。”耿晋表示。
既要保证前药具备无毒性或低毒性，又要保证前药在接受X射线的外部刺激后，脱下“糖衣”，有效转化为肿瘤治疗药物，这却不是一件容易的事。
“在化学合成，或生物合成前药的过程中，前药中的一些药物分子，无法很好地还原为原型药，难以达到很好地治疗效果。”耿晋指出，想要去除前药的“糖衣”，使前药更好地转化为治疗肿瘤的药物，需要找到能够完美还原为治疗肿瘤药物的前药分子模式。
对此，研究团队对32种药物小分子进行了筛选，发现包括磺酰叠氮、氟代芳基叠氮等几类分子可以在低剂量X射线辐射下高效转化为磺酰胺和芳香胺。
进一步地，研究人员将发现的这几类活性基团引入抗肿瘤药物中，成功制备出能够在X射线刺激下，有效转化为阿霉素、帕唑帕尼等常见抗肿瘤药物的相应的前药分子模式和荧光标记物，并在细胞实验和小鼠实验层面上分别验证了其药理活性以及生物安全性。
肿瘤精准治疗的新思路
阿霉素是一类抗生素类药物，常作为恶性淋巴瘤、乳腺癌、膀胱癌、甲状腺癌、前列腺癌、头颈部鳞癌、胃癌、肝癌等各类肿瘤、癌症的治疗药物。在验证实验中。研究人员将与阿霉素对应的前药分子与荧光标记物，运用在HeLa细胞中，通过X射线进行外部刺激后发现，构建的前药分子能够在细胞中有效转化为阿霉素，对肿瘤细胞进行杀伤。
在进一步的小鼠实验中，研究人员通过将HeLa细胞和HT-29细胞分别植入小鼠体内，建立宫颈癌模型与结肠癌模型，团队发现结合X射线激活前药的方式有效降低了阿霉素对小鼠产生的副作用。
“常规用药的小鼠，在给药后通常出现体态瘦、不进食等副作用反应。通过运用构建的前药分子，通过X射线激活治疗肿瘤药物后，小鼠给药后状态良好，无明显副作用。”耿晋表示，研究团队所构建的前药分子相比于原型药能够在保持药效的同时有效降低系统毒性，显著延长了实验动物的生存期。
基于上述成果，研究团队提出一种结合医学放射治疗X射线刺激抗肿瘤前药的策略。一方面，前药的无毒性或低毒性，降低了肿瘤治疗药物的副作用，扩大了肿瘤治疗放化疗药物的选择性，另一方面，结合X射线激活抗肿瘤前药的方式，为肿瘤精准治疗提供了新思路。
“当前用于医学放射治疗的X射线技术发展迅速，能够精确到毫米级别的肿瘤部位，尽管X射线有一定的穿透性，利用X射线定点激活抗肿瘤前药能较大程度上减少对正常细胞的杀伤。我们相信通过这种 X 射线可激活的前药系统可以增加患者在放化疗联合治疗中的药物选择，并为精准肿瘤治疗开辟靶向和定向癌症放化疗的新时代。当然，与具备高精度放射源的仪器相结合，也是未来肿瘤精准治疗的发展方向之一。”耿晋表示。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41557-021-00711-4
