超聲直接解鎖前藥！南京大學(xué)馬晶、甄敘教授團(tuán)隊(duì)《JACS》：超聲激活前藥用于腫瘤免疫治療

導(dǎo)讀

近日，南京大學(xué)甄敘團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊

Journal of the American Chemical Society

圖1：超聲激活BMBC前藥示意圖

1. 基于超聲激活的掩蔽基團(tuán)的理性設(shè)計(jì)及篩選

研究團(tuán)隊(duì)通過超聲照射驗(yàn)證了羥基自由基（·OH）的產(chǎn)生。體外溶液超聲響應(yīng)釋放結(jié)果表明M9（3,5-雙（甲胺基）芐氧基羰基，BMBC）確立為超聲激活前藥平臺(tái)的最佳骨架，因其具有最高的激活效率和瞬時(shí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

圖2.基于超聲激活的掩蔽基團(tuán)的合理設(shè)計(jì)與篩選

2. BMBC響應(yīng)基團(tuán)性質(zhì)-特異性，靈敏性，普適性

基于BMBC的先導(dǎo)平臺(tái)被激活是一個(gè)純粹的聲化學(xué)反應(yīng)過程，該過程由水聲解產(chǎn)生的·OH自由基特異性介導(dǎo)。

圖3. BMBC響應(yīng)基團(tuán)性質(zhì)

3. 超聲激活前藥的理論機(jī)制研究

M9 被鑒定為最優(yōu)支架，這得益于其具備高自由基捕獲效能和低自消除能壘所賦予的優(yōu)越釋放動(dòng)力學(xué)雙重優(yōu)勢(shì)。基于上述理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果，M9（BMBC）被選定為后續(xù)體外及體內(nèi)生物學(xué)評(píng)價(jià)的材料。

圖4. 活化機(jī)制的理論研究

4. 體外超聲激活前藥納米粒子（UAPN）的表征

為探究超聲激活前藥的調(diào)節(jié)先天免疫應(yīng)答的能力，研究評(píng)估了抗原呈遞細(xì)胞（APC），特別是骨髓來源巨噬細(xì)胞和骨髓來源樹突狀細(xì)胞的表型極化與成熟程度。直接細(xì)胞驗(yàn)證證實(shí)，BMBC在復(fù)雜的細(xì)胞內(nèi)微環(huán)境中對(duì)超聲化學(xué)生成的·OH保持高度響應(yīng)，從而支持其在原位激活方面的效能。綜合這些發(fā)現(xiàn)，表明R837在UAPN中的藥理活性可有效通過超聲照射得以釋放，進(jìn)而引發(fā)強(qiáng)效的APC激活并促進(jìn)免疫刺激性微環(huán)境的形成。

圖5. UAPN介導(dǎo)的抗腫瘤免疫的體內(nèi)機(jī)制研究

5. 超聲激活介導(dǎo)的UAPN抗腫瘤免疫

驗(yàn)證前藥在體內(nèi)的超聲激活效果，首先研究了納米粒子的藥代動(dòng)力學(xué)及生物分布，以確定超聲照射的最佳治療窗口。通過構(gòu)建雙側(cè)CT26腫瘤模型，評(píng)估了超聲激活UAPN誘導(dǎo)的抗腫瘤免疫反應(yīng)。研究表明，超聲激活前體納米顆粒（UAPN）在激活前保持生物惰性，從而在實(shí)現(xiàn)局部腫瘤精準(zhǔn)消融的同時(shí)，能夠引發(fā)強(qiáng)大的系統(tǒng)性免疫反應(yīng)以清除遠(yuǎn)處腫瘤。

圖6. UAPN介導(dǎo)的抗腫瘤免疫

6. 體內(nèi)UAPN介導(dǎo)的抗腫瘤免疫機(jī)制研究

為探究UAPN介導(dǎo)的抗腫瘤免疫機(jī)制，通過免疫熒光染色和流式細(xì)胞術(shù)分析了關(guān)鍵免疫過程，包括巨噬細(xì)胞極化和樹突狀細(xì)胞成熟。綜合來看，這些數(shù)據(jù)表明，通過超聲觸發(fā)的UAPN活化免疫療法能夠通過協(xié)調(diào)一系列免疫事件來增強(qiáng)腫瘤免疫原性：包括使巨噬細(xì)胞極化、促進(jìn)樹突狀細(xì)胞成熟、刺激炎癥細(xì)胞因子釋放，以及增強(qiáng)效應(yīng)T細(xì)胞的浸潤(rùn)。

圖7. 體內(nèi)UAPN介導(dǎo)的抗腫瘤免疫功能機(jī)制研究

7. UAPN介導(dǎo)的長(zhǎng)期免疫記憶

為評(píng)估超聲觸發(fā)UAPN激活是否能夠誘導(dǎo)長(zhǎng)效免疫記憶效應(yīng)以預(yù)防腫瘤復(fù)發(fā)，進(jìn)行了一項(xiàng)腫瘤再挑戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)。在第1次治療后15天，定量分析了脾臟中效應(yīng)記憶T細(xì)胞的數(shù)量。為進(jìn)一步驗(yàn)證該免疫記憶的保護(hù)功效，將UAPN+US組中完全腫瘤消退的小鼠與同齡的未免疫小鼠于第30天皮下重新接種CT26細(xì)胞進(jìn)行攻擊。與初次再接觸組相比，UAPN+US組的存活期得到了顯著延長(zhǎng)。這些結(jié)果表明，超聲觸發(fā)的UAPN激活能夠產(chǎn)生一種強(qiáng)大且持久的免疫記憶效應(yīng)，從而有效預(yù)防腫瘤復(fù)發(fā)。

圖8. UAPN介導(dǎo)的長(zhǎng)期免疫記憶

8. 總結(jié)

本研究通過苯甲氧基羰基系列庫的合理設(shè)計(jì)，建立了一種穩(wěn)健且具有普適性的超聲介導(dǎo)的前藥激活策略。通過系統(tǒng)闡明構(gòu)效關(guān)系，我們確定了3,5-雙甲基胺取代的連接臂（BMBC）為最佳的超聲響應(yīng)性觸發(fā)基團(tuán)。機(jī)理研究揭示，BMBC優(yōu)異性能源于協(xié)同效應(yīng)：其一，高的最高占據(jù)分子軌道（HOMO）使其對(duì)自由基攻擊具有最大敏感性；其二，自消除步驟的能壘最小化確保瞬時(shí)藥物釋放，這一關(guān)鍵特性對(duì)于克服藥物在體內(nèi)的快速清除至關(guān)重要。BMBC掩蔽的R837前藥展現(xiàn)出強(qiáng)大的抗腫瘤免疫活性，同時(shí)顯著拓寬了治療窗。該研究通過克服現(xiàn)有系統(tǒng)中存在的效率低下和動(dòng)力學(xué)緩慢的雙重挑戰(zhàn)，不僅為自由基介導(dǎo)的過程提供了深刻化學(xué)機(jī)理洞察，也為開發(fā)時(shí)空可控的精準(zhǔn)藥物提供了強(qiáng)大的下一代工具箱。

9. 作者簡(jiǎn)介

甄敘，男，南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院高分子化學(xué)與物理學(xué)科教授，博士生導(dǎo)師，國(guó)家級(jí)青年人才項(xiàng)目入選者。2019年獲得南京大學(xué)“登峰計(jì)劃”B層次人才引進(jìn)，入職南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院高分子化學(xué)與物理學(xué)科。2020年入選國(guó)家級(jí)青年人才項(xiàng)目。研究方向?yàn)樯镝t(yī)用高分子材料的設(shè)計(jì)合成及其在疾病診斷和治療中的應(yīng)用。目前已在

Chem.Soc.Rev., J.Am.Chem.Soc., Angew.Chem.Int.Ed., Adv.Mater.

10. 參考文獻(xiàn)：

Wenhao Tan. et al，Ultrasound-Activated Prodrugs for Tumor-Specific Immunotherapy. J. Am. Chem. Soc. 2026，DOI：10.1021/jacs.6c00735.

https://doi.org/10.1021/jacs.6c00735