肿瘤对化疗药物产生的多药耐药性和交叉耐药性仍然是癌症治愈的主要障碍。目前，单一疗法只能暂时缓解肿瘤的进展，无法避免抗癌药物耐药性的出现。为了解决肿瘤耐药性难题，一种有效策略是将现有的两种或多种化疗药物联合使用，以减少药物用量并获得更好的治疗效果。然而，由于单个化疗药物固有的耐药性以及肿瘤细胞对多种药物组合的交叉耐药性，现有的药物组合也出现了耐药性问题。因此，迫切需要寻求新型治疗药物和现有化疗药物的协同组合能逆转化疗药物的耐药性并减轻耐药性的产生。
近期，刘润辉教授课题组提出了一种通用和有效的新型抗癌协同策略，即利用化疗药物与膜裂解抗肿瘤β-多肽聚合物分子的协同组合逆转化疗药物耐药性，以解决肿瘤耐药性难题。膜裂解抗肿瘤β-多肽聚合物与多种化疗药物对多种多药耐药肿瘤细胞具有高效协同活性，并在小鼠多药耐药肿瘤中展示出显著的治疗效果。更重要的是，重复使用这类协同组合不会导致癌细胞产生耐药性，这标志着在耐药肿瘤治疗方面取得了突破性进展。该成果以“Reversing Anticancer Drug Resistance by Synergistic Combination of Chemotherapeutics and Membranolytic Antitumor β-Peptide Polymer”为题发表在Journal of the American Chemical Society（DOI: 10.1021/jacs.4c00434）。
导致肿瘤细胞耐药性的最主要的原因之一是药物外排泵导致的药物外流增加，使药物在肿瘤细胞内的积累浓度有限，因而不能有效地杀死肿瘤细胞。促进药物的细胞摄取和减少药物外排这两种策略都能增加细胞内的药物积累，从而克服这种耐药机制。宿主防御肽可以通过增加细胞膜的通透性并导致细胞裂解，诱导癌细胞死亡。其中一些宿主防御肽还有可能增强化疗药物对癌细胞的活性。因此，宿主防御肽可能成为传统化疗药物的重要辅助药物。
刘润辉教授课题组在前期研究中通过设计宿主防御肽的合成模拟物，开发出了一类抗多药耐药肿瘤的β-多肽聚合物（J. Am. Chem. Soc. 2022, 144(16): 7283-7294）。这些β-多肽聚合物对多药耐药癌细胞具有高效且广谱的抗癌活性，并且通过膜裂解机制杀死癌细胞，因此重复使用不会导致癌细胞产生耐药性。这启发作者提出设想：β-多肽聚合物可以通过增加细胞膜的通透性来促进化疗药物的跨膜转运，从而增加药物摄取和细胞内药物积累。因此，作者进一步探索抗肿瘤β-多肽聚合物和多种化疗药物的协同作用。研究发现抗肿瘤β-多肽聚合物和多种化疗药物具有广谱且高效的协同作用，逆转多药耐药癌细胞对多种化疗药物的耐药性。β-多肽聚合物和阿霉素的协同组合在小鼠多药耐药黑色素瘤和耐药原位乳腺癌模型中都显著改善了阿霉素的治疗效果。值得注意的是，癌细胞不会对β-多肽聚合物和阿霉素的协同组合产生耐药性。因此，β-多肽聚合物和化疗药物的协同策略为耐药肿瘤治疗和逆转肿瘤耐药性提供了新思路（图1）。
图1 化疗药物与膜裂解抗肿瘤β-多肽聚合物的协同组合逆转化疗药物耐药性示意图。
本研究首先测试了β-多肽聚合物MM60CO40与多种化疗药物的协同作用。MTT测试表明，MM60CO40?化疗药物组合可显著降低阿霉素（DOX）、表阿霉素（EPI）、多烯紫杉醇（DOC）以及紫杉醇（PTX）对耐药癌细胞B16/DOX、MCF-7/DOX和4T1/DOX的IC50（图2a-e），提高化疗药物对耐药癌细胞的活性，逆转化疗药物耐药性。值得注意的是，在多次重复使用后，B16/DOX细胞对MM60CO40?DOX组合没有产生耐药性，IC50保持不变；相反，B16/DOX细胞对单独DOX产生了严重的耐药性，IC50急剧上升（图2f）。并且，MM60CO40?DOX组合对多次刺激后的B16/DOX细胞依然保持高效的协同抗癌活性（图2g,h）。
图2 MM60CO40和化疗药物组合对多药耐药癌细胞的协同作用。
根据Chou-Talalay方法计算得到协同指数（CI）值，如果CI值小于1，则认为药物组合具有协同作用。结果表明，MM60CO40与四种化疗药物DOX、EPI、DOC和PTX对多种耐药癌细胞在广泛的抑制率（Fa）范围内的CI值小于1（图3），表明MM60CO40与多种化疗药物具有广谱且高效的协同作用。
图3 MM60CO40和化疗药物组合对多药耐药癌细胞的协同指数（CI）。
机理研究表明，MM60CO40通过作用于癌细胞膜，造成细胞膜扰动，增加细胞膜的通透性，显著提高了多药耐药癌细胞对化疗药物的胞内摄取，进而增强了化疗药物对多药耐药细胞的抗癌活性（图4）。这得益于MM60CO40的膜裂解作用机制，并与作者的前期设想一致。
图4 MM60CO40和化疗药物组合的协同机制研究。
动物实验结果表明，相比单独的DOX治疗组，β-多肽聚合物MM60CO40和DOX的协同组合能够显著抑制小鼠多药耐药黑色素瘤（B16/DOX）和耐药原位乳腺癌（4T1/DOX）的生长，对多药耐药黑色素瘤的平均抑制率达到94%。肿瘤组织切片的H&E染色结果也证明了协同组合治疗组显示出更严重的肿瘤组织坏死（图5）。
图5 MM60CO40和DOX的协同组合显著抑制小鼠多药耐药黑色素瘤
华东理工大学材料科学与工程学院博士研究生邵宁是该论文的第一作者，刘润辉教授为通讯作者。该成果得到了国家自然科学基金委等基金的资助。
论文链接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c00434
