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Nature:绕过“内吞”!刘志博团队开发靶向抗癌药物递送新范式——结合即释放(BTR)

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撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

靶向药物偶联物,例如抗体-药物偶联物(ADC),已成为肿瘤学中一种具有变革性的治疗手段,预计市场规模将达到 260 亿美元。这类药物的释放逻辑是——“内化→释放”(Internalization-To-Release,ITR),药物偶联物先通过受体介导的内吞作用被内化进入细胞,然后进入溶酶体后连接子被酶切,在细胞内释放出有效载荷,发挥肿瘤杀伤作用。

这种 ITR 机制造成了双重瓶颈首先,该机制将可靶向的蛋白范围限制在人类膜蛋白组的不足 10%,2000 多种膜蛋白中只有 180 种能够高效地被内化,研发竞争集中在了 HER2、TROP2 等少数抗原蛋白,导致了可成药靶点被极度压缩。其次,药物递送过程受到多步溶酶体转运通路累积效率低下的影响,最终仅有少量被内化的药物偶联物能成功释放其有效载荷。

因此,绝大多数肿瘤特异性的细胞表面抗原由于内化效率较低,仍属于一片未被开发的“蓝海”,这为扩大药物偶联物的治疗范围提供了巨大的机遇。

2026 年 8 月 26 日,北京大学/昌平实验室刘志博团队在国际顶尖学术期刊Nature上发表了题为:A binding-to-release strategy for targeted anticancer drug delivery 的研究。

该研究提出了一种用于靶向抗癌药物递送的新策略——“结合释放”(Binding-To-Release,BTR),让靶向药物偶联物绕过过去的“内化→释放”(ITR)限制,实现药物释放与内吞过程的解耦,极大地扩大了治疗性和诊断性靶向药物偶联物的应用范围。


药物偶联物,例如抗体-药物偶联物(ADC)和小分子-药物偶联物(SMDC),通常依赖高效的受体介导的内吞作用来释放药物有效载荷,对于大量内吞效率较低的靶点,药物偶联物会迅速解离并被清除,从而限制了其疗效。

FAP(成纤维细胞活化蛋白)就是一个典型案例,FAP 作为一个泛癌抗原,在超过 28 种癌症的肿瘤相关成纤维细胞上高表达,而在正常组织中几乎不表达,理论上是一个完美的癌症治疗靶点。

然而,由于 FAP 的内化效率较低,FAP 靶向的抗体药物偶联物(ADC)——OMTX705 在临床研发中受阻,这一困境凸显了旧范式的无奈——靶点再好,内化效率低,也是白搭,因此,亟需一种能够绕过内吞机制的药物释放模式。

刘志博团队的突破口来自一个朴素的思想实验——能不能让药物在“结合”的那一瞬间就释放,而不必等细胞把它吞进去?

这个“结合释放”(Binding-To-Release,BTR) 策略的设想很美好,但要建立在化学现实之上——需要一种连接子,能够血液循环中足够稳定,且具有快速、邻近触发的裂解功能,从而实现不提前泄漏和精准释放。

研究团队从著名的SuFEx反应(六价硫-氟交换反应,属于新一代点击化学技术)中获得灵感,但发现直接用硫原子中心效果不好,研究团队做了一个关键的原子替换:把硫(S)换成磷(P),发展了全新的PhoPEx反应(五价磷-酚交换反应),显著提高了反应速率。基于PhoPEx反应的连接子,可实现多种有效载荷的高效、精准释放。以 FAP 蛋白为例,FAP 蛋白结合口袋里的 Tyr745 像一个分子剪刀,Tyr745 的酚羟基直接对PhoPEx 连接子的磷中心发动亲核攻击,剪断连接子,把其携带的有效载荷释放在肿瘤微环境中。这是一次真正的“proximity-induced cleavage”(邻近诱导切割),不需要内吞,也不需要溶酶体,只需要“结合”这件事本身。


接下来,研究团队验证了这种“结合释放”(Binding-To-Release,BTR)策略的治疗应用,以 FAP 为靶标,将FAP-BTR-SMDC与传统的FAP-ITR-SMDCFAP-ITR-ADC做头对头比较,结果显示,对于肿瘤内药物暴露(AUC₀₋₁₂₀ₕ),FAP-BTR-SMDC 的有效载荷 MMAE 的暴露量是 FAP-ITR-SMDC 的 5.9 倍,与 FAP-ITR-ADC 相当,同时显著减少了脱靶释放。这使得 FAP-BTR-SMDC 的肿瘤/血液分布比例是 FAP-ITR-SMDC 的 14.7 倍,是 FAP-ITR-ADC 的 3.6 倍;FAP-BTR-SMDC 的肿瘤/肝脏分布比例是 FAP-ITR-SMDC 的 55.1 倍,是 FAP-ITR-ADC 的 58.7 倍。这种生物分布特性显著提高了最大耐受剂量,并在多种肿瘤模型中实现了近乎完全的肿瘤消退。

研究团队进一步验证了 BTR 策略的可扩展性,研究团队选择了临床意义重大但内吞效率低的PD-L1作为新的示范靶点,通过对已有的 PD-L1 环肽配体进行工程化改造,在 Leu 位点引入 PhoPEx,保留了高亲和力。体外实验证实了 PD-L1-BTR-SMDC 能够特异性释放有效载荷 MMAE。在胃癌 PDX 小鼠模型中,PD-L1-BTR-SMDC 展现出优于 PD-L1-ITR-SMDC 的抗肿瘤疗效。研究团队还将 BTR 策略扩展到了基于 mRNA 展示法获得的 FAP 多肽,初步证明了通过 mRNA 展示高通量筛选 PhoPEx 肽药偶联物(PDC)的可行性。此外,研究团队还证实,BTR 策略不仅能“杀死肿瘤”,还能“识别识瘤”——同一个化学平台,既可以搭载细胞毒性载荷,也可以搭载荧光报告基团,实现了诊疗一体化(Theranostics)。

总的来说,这项研究建立了一个克服内吞难题的新框架,扩大了治疗性和诊断性偶联物的应用范围。

回到更宏观的视角,BTR 策略的真正价值在于——重新定义了“靶向药物递送”的新范式,旧范式(ITR)的本质,是把“靶向”和“释放”这两步绑定在内吞这个物理过程上,靶标必须“能够被内吞”才有资格被开发,这让 90% 的膜蛋白被拒之门外;而新范式(BTR)的本质,是把“靶向”和“释放”解耦,“靶向”由配体-受体结合负责,“释放”由靶标蛋白的结合口袋内的亲核残基邻近诱导切割负责,让那些内吞效率低的膜蛋白不再不可成药。

论文链接

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10971-0


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