核酸適體（aptamer）：一種具有潛力的腫瘤藥物“靶向配基”

郝 蘭 袁耿彪 王志剛

1.重慶醫科大學超聲影像學研究所，重慶 400010；2.重慶醫科大學附屬第二醫院核醫學科，重慶 400010

腫瘤的靶向療法是利用特異性“靶向配基”的介導，將藥物或其他殺傷腫瘤的物質選擇性地運送到腫瘤部位、選擇性地殺傷腫瘤細胞以提高治療效果的一種治療方法。近年來國內外核酸適體（aptamer）介導的主動靶向給藥研究成為熱點。核酸適體（aptamer）是經過一種新的體外篩選技術（systematic evolution of ligands by exponential enrichment，SELEX）， 從隨機單鏈寡聚核苷酸文庫中得到的能特異結合蛋白或其他小分子物質的單鏈寡聚核苷酸，可以是RNA，也可以是DNA，長度一般為25～60個核苷酸[1]。SELEX技術自Tuerk等[2]1990年發明以來，在臨床診斷、靶向藥物研制方面得以廣泛應用。首個核酸適配體藥物“Macugen”[3]由美國FDA在2005年批準上市，成為核酸適配體領域的一個里程碑。美國Achemix、SomaLogic，德國Noxxon AG等多個公司正在開發核酸適配體藥物和診斷試劑。腫瘤細胞靶向給藥是提高腫瘤治療效果減少毒副作用的有效途徑。將藥物偶聯于腫瘤細胞特異性配體上是靶向給藥的主要方法。核酸能特異性結合細胞并且隨之內化，是理想的靶向細胞輸送劑。核酸適體“靶向配基”介導或修飾的藥物及藥物納米制劑，為主動靶向腫瘤細胞給藥系統構建開拓了新方向。本文簡要綜述適體作為腫瘤藥物“靶向配基”的應用研究。

1 核酸適體作為腫瘤藥物“靶向配基”的優勢

具有高特異性與親和性“靶向配基”的篩選，是制約主動靶向給藥系統研究的瓶頸[4-5]。以往修飾腫瘤藥物的“靶向配基”是抗體、多肽和葉酸等分子，但這些配基修飾的靶向藥物在實際應用中均存在著難以克服的缺陷。單克隆抗體潛在的免疫原性和制備的困難大大限制了其臨床的應用和產業化的進程[4]；葉酸等小分子雖然有諸多優點，但要求病變組織細胞過多表達葉酸受體，靶向作用才得以實現[4-5]，而核酸適體卻具有以下優點：

1.1 高親合力、強特異性

隨著體外高通量篩選技術SELEX的發展，篩選出的適體與配體間的親合力很高。單鏈寡核苷酸只識別與其互補的空間結構，幾乎可以完全避免非特異性結合。

1.2 靶標普適性

適體與靶標的識別不是堿基配對，而是與靶標在空間結構和構象的匹配，是主動靶向顯像及主動靶向治療的優選分子探針。

1.3 成本低廉、篩選制備技術成熟

目前細胞-SELEX技術成熟，適體篩選過程已實現自動化[6]；篩選出的適體通過化學合成，純度高、準確性和重復性好。適體經適當的化學修飾[7]，穩定性提高，可在常溫下長期保存及運輸。

1.4 無免疫原性

適體在生物體系中不會引發免疫原性，在治療中無毒性[8]。在“靶向配基”修飾方面更優于抗體等。

1.5 受體范圍廣泛

核酸適體結構的多樣性導致其具有從小分子到蛋白質，甚至到細胞的受體[9-10]。

核酸不但是生物體基因信息的儲存與傳遞的載體，而且也具有與蛋白類似的功能。越來越多的研究結果表明功能化核酸參與重要生命過程的調控。

2 核酸適體在藥物“靶向配基”中的應用

2.1 核酸適體作為靶向藥物

首先核酸適體作為抑制劑能抑制腫瘤生長過程中的相關靶蛋白。適體AS1411是首先進入臨床研究的抑制癌癥適體藥物，它對腫瘤細胞的作用主要是調節核酶活性，損傷DNA，導致細胞凋亡。Laber等[11]進行了AS1411 又稱為ARG001 臨床用藥劑量研究，實驗表明從 1 mg/（kg·d）到 10 mg/（kg·d）晚期腫瘤患者都有治療效果而且沒有任何副作用。應用SELEX篩選技術，Chen等[12]成功得到針對人表皮生長因子受體-3（HER-3）的細胞外部分適體。研究指出其中的適體A30 可抑制MCF7 人乳腺癌細胞的生長。

2.2 核酸適體為“靶向配基”的Aptmer-siRNA藥物

利用RNA干擾技術通過siRNA給藥能特異性抑制致病基因的表達，盡管作為藥物，siRNA在多種疾病治療領域有些許研究進展[13]。但siRNA本身不具備對組織或細胞的靶向能力，靶向性仍然是影響該技術應用到臨床治療上的主要障礙[14]。將核酸適體作為“靶向配基”介導siRNA輸送，能提高siRNA藥物的靶向性。Mcnamara等[15]將核酸適體A10 與siRNA連接建立適配體介導的靶向輸送siRNA藥物，干擾PSMA陽性表達的前列腺腫瘤細胞LNCaP生存所需基因的表達，并且體外觀察到，A10-siRNA結合體明顯抑制腫瘤細胞的生長。Chu等[16]成功制備了適配子A9，適配子A9 較A10 具有更強的特異性識別前列腺癌變細胞表面抗原PSMA能力。將A9 適配體用生物素-親和素方法偶聯到siRNA鏈上，構建靶向復合體A9-siRNA，能特異性抑制PSMA陽性表達的前列腺腫瘤細胞LNCaP生長。研究同時指出A9-siRNA偶合體對基因表達抑制作用與A9-脂質體偶合體類似。

2.3 核酸適體為“靶向配基”的納米粒

時下不同材料納米粒因其諸多特點：可控釋，易修飾，載藥性及可工業化生產等，在靶向藥物傳遞系統研究得到關注。Chen等[17]將巰基修飾的核酸適配子（aptmer）偶聯到金納米粒子（AuNPs）表面，制備出朊蛋白特異性的Apt-AuNPs納米光學探針，并成功應用到細胞表面朊蛋白的光散射成像和電子透射顯微成像分析，通過對Apt-AuNPs探針進入細胞的途徑研究表明，窖蛋白核酸適配子介導的內吞作用可能是其進入細胞的一個重要途徑。Lili等[18]所在課題組首次成功地用 （PAH/PSS）2 多層膜以及PAH-g-PEG-COOH修飾了BSA納米粒子，并在粒子表面偶聯適體AS1411，得到了同時具有靶向功能和pH響應包埋釋放抗癌藥物的納米載體。細胞培養實驗證明這種粒子對肝癌細胞靶向性明顯，載藥后對肝癌細胞毒性增強。將核酸適配體共價結合到納米藥物載體上可顯著提升腫瘤靶細胞對納米載體的吞噬，增強所載抗癌藥在體外對腫瘤細胞的殺傷作用。

2.4 核酸適體為“靶向配基”的脂質體

脂質體作為藥物載體是通過細胞的高滲透和高保留效應（enhanced permeability and retention，EPR effect）進行被動靶向。以核酸適體為靶向配基的脂質體藥物主動靶向運輸系統既克服了脂質體被動靶向的低選擇性，同時提高了藥物的療效。Cao等[19]將核仁蛋白適體（nucleolin，NCL）偶聯到順鉑脂質納米囊上。用連接NCL-適體的順鉑脂質體制劑作用MCF-7 人乳腺癌細胞，存活率僅為40.5%，而未連接NCL-適體的順鉑脂質制劑作用MCF-7 細胞，存活率高達88.9%。“靶向配基”NCL-適體大大地提高了藥物的化療效果。Kang等[20]篩選得到了sgc8 適體，將適體與包裹了熒光素-右旋糖酐（FITC-Dextran，FD）的脂質體相連構成適體靶向脂質體，用其處理有sgc8 受體表達的CEM-CCRF細胞和無sgc8 受體表達的NB4 細胞共同培養，實驗表明該適體靶向脂質體對白血病CEM-CCRF細胞具有高度選擇性。

2.5 核酸適體為“靶向配基”的藥物

核酸適體修飾藥物是一種理想的靶向腫瘤藥物制備策略。適體A10 能特異性靶向結合前列腺癌變細胞表面抗原（PSMA）。Bagalkot等[21]將多柔比星扁平的芳香環與核酸適體A10 三維構象中的短鏈結構通過非共價作用連接，得到了適體-多柔比星靶向藥物。該適體-多柔比星靶向藥物對PSMA有陽性表達的前列腺癌LNCaP細胞具有高度的特異靶向作用。Chu等[22]將細胞毒蛋白gelonin與anti-PSMA適體連接，發現其對PSMA陽性的LNCaP表達細胞的毒性比PSMA陰性的PC-3 細胞大600 多倍。

3 展望

由于核酸適體獨有的特點，適體技術及其應用成為時下研究的熱點，并在腫瘤的分子水平顯像及應用于腫瘤靶向治療（核酸適體做“靶向配基”），取得令人鼓舞的成果。國內譚蔚泓等[23]對適體的研究也贏得國內外關注。將適體技術嫁接到微納米泡的靶向修飾中，有望實現分子水平的靶向顯像與靶向治療。總之，對核酸適體專家學者一致認為：①核酸適體是潛在靶向藥物配基，同時能做干擾蛋白質靶標的靶向藥物，在創新藥物的研制方面具有很大的發展空間。②核酸適體與抗體相比免疫原性小；與基因治療相比，它可以細胞外或膜蛋白作為靶標，避免必須輸運到細胞內的問題。③核酸適體在體內的特異性有待驗證，改變篩選條件提高適體特異性。

目前核酸適體的腫瘤醫學應用國際上還在發展初期，挑戰與機遇并存，期盼適體技術在腫瘤的診斷與靶向治療方面發揮更大的作用。

[1] Ellington AD，Szostak JW.In vitro selection of RNA molecules that bind specific-ligands[J].Nature，1990，346（6287）：818-822.

[2] Tuerk C，Gold L.Systematic evolution of ligands by exponential enrichment：RNA ligands to bacteriophage T4 DNA polymerase [J].Science，1990，249（4968）：505-510.

[3] Khati M.The future of aptamers in medicine[J].J Clin Pathol，2010，63（6）：480-487.

[4] Parker N，Turk MJ，Westrick E，et al.Folate receptor expression in carcinomas and normal tissues determined by a quantitative radioligand binding assay[J].Anal Biochem，2005，338（2）：284-293.

[5] Yuan Y，Nymoen DA，Dong HP，et al.Expression of the folate receptor genes FOLR1 and FOLR3 differentiates ovarian carcinoma from breast carcinoma and malignant mesothelioma in serous effusions [J].Hum Pathol，2009，40（10）：1453-1460.

[6] Hybarger G，Bynum J，Williams RF，et al.A microfluidic SELEX p-prototype[J].Anal Bioanal Chem，2006，384（1）：191-198.

[7] Chelliserrykattil J，Ellington AD.Evolution of a T7RNA polymerase variant that transcribes 2-O-methyl RNA[J].Nat Biotechnology，2004，22：1155-1160.

[8] Lopesde WR，Coopusamy D，Morris L，et al.Cytotoxicological analysis of a gp120 binding aptamer with cross-clade human immunodeficiency virus type 1entryinhibition properties：Comparison to conventional antiretroviral[J].Antimicrobial Agents Chemotherapy，2009，53（7）：3056-3064.

[9] Mallikaratchy P，Tang Z，Meng L，et al.Aptamer directly evolved from live cells recognizes membrane bound immunoglob in heavy mu chain in Burkitt's lymphoma cells[J].Mol Cell Proteomics，2007，6（12）：2230-2238.

[10] Nery AA，Wrenger C，Ulrich H.Recognition of biomarkers and cellspecific molecular signatures：aptamers as capture agents[J].J Sep Sci，2009，32（10）：1523-1530.

[11]Laber DA，Sharma VR，Bhupalam L，et al.Update on the first phase 1 study of AGR100 in advanced cancer[J].J Clin Oncol，2005，23：3064.

[12] Chen CH，Chernis GA，Hoang VQ，et al.Inhibition of heregulin signaling by an aptamer that preferentially binds to the oligomeric form of human epidermal growth factor recetor-3[J].Proc Acad Sci USA，2003，100（16）：9226-9231.

[13] Keller M.Nanomedicinal delivery approaches for therapeutic siRNA[J].Int J Pharm，2009，379（2）：210-211.

[14] Rowe W，Platt M，Day PJ.Advances and perspectives in aptamer arrays[J].Integr Biol：Camb，2009，1（1）：53-58.

[15] Mcnamara JO，Andrechek ER，Wang Y，et al.Cell type-specific deliveryofsiRNAswithaptamer-siRNAchimeras[J].NatBiotechnol，2006，24：1005-1015.

[16] Chu T，Twu KY，Ellington AD，et al.Aptamer mediated siRNA delivery[J].Nucleic Acids Res，2006，34（10）：e73.

[17] Chen LQ，Xiao SJ，Peng L，et al.Aptamer-conjugated gold nanoparticles as probes for imaging internalized pathways of prion protein[J].SCIENTIA SINICA：Chimica，2010，40（4）：393-398.

[18] Lili X，Weijun T，Dahai Y，et al.Bovine serum albumin nanoparticles modified with multilayers and aptamer for pH-responsive and targeted anti-cancer drug delivery[J].Journal of Materials Chemistry，2012，22：6053-6060.

[19] Cao Z，Tong R，Mishra A，et al.Reversible cell-specific drug delivery with aptamer-functionalized liposome s[J].Angew Chem Int Ed Engl，2009，48（35）：6494-6498.

[20] Kang H，O′Donoghue MB，Liu H，et al.A liposome-based nanostructure for aptamer directed delivery[J].Chem Commun：Camb，2010，46（2）：249-251.

[21] Bagalkot V，Farokhzad OC，Langer R，et al.An aptamer-doxorubicin physical conjugate as a novel targeted drug-delivery platform[J].Angew Chem Int Ed Engl，2006，45（48）：8149-8152.

[22] Chu TC，Mark JW，Lavery LA，et al.Aptamer：toxin conjugates that specifically target prostate tumor cells[J].Cancer Res，2006，66（12）：5982-599.

[23] Hui S，Xiaoxiao H，Weihong T.Activatable aptamer probe for contrastenhanced in vivo cancer imaging based on cell membrane protein-triggered conformation alteration[J].Proceedings of the National Academy of Sciences，2011，108（10）：3900-3905.