多肽和聚氨基酸都是氨基酸單體由酰胺鍵連 接的化合物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)具有較高的相似性，被 廣泛應(yīng)用于生物材料領(lǐng)域[ 1] . 鑒于氨基酸的多樣 性和數(shù)以萬(wàn)計(jì)的排列順序，人們可以構(gòu)建大量具 有特定氨基酸序列和相應(yīng)生物活性的多肽分 子[2,3] . 同時(shí)，聚氨基酸往往被認(rèn)為是一類(lèi)天然多 肽或蛋白質(zhì)模擬物，可以通過(guò)氨基酸-N-羧基環(huán) 內(nèi)酸酐開(kāi)環(huán)聚合法合成[4,5] . 相較于聚氨基酸，多 肽由于具有更加復(fù)雜和精確的氨基酸序列，能夠 實(shí)現(xiàn)更豐富的生物活性[6]; 而相較于多肽分子相 對(duì)單一的自組裝行為，聚氨基酸在合成方法、 自 組裝結(jié)構(gòu)及構(gòu)象轉(zhuǎn)變等方面更具有多樣性[7] .

在過(guò)去幾十年中，多肽/聚氨基酸分子由于 其相對(duì)簡(jiǎn)單的合成方法、獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征以及 內(nèi)在的生物活性，逐漸成為生物材料的較為完 美構(gòu)建模塊，并廣泛應(yīng)用于腫瘤治療領(lǐng)域(示意 圖 1)[8~ 10] .  目前全球市場(chǎng)已有幾十種多肽藥物在 臨床上顯示了優(yōu)異的治療效果和廣泛的應(yīng)用前 景，其中約有 1/5 的多肽藥物(如 Dolastatin 10、 Degarelix 、ATAP-M8 和IMM- 101 等)被應(yīng)用于腫 瘤治療[ 11] . 例如：Dolastatin 10 是一種海兔中分離 出來(lái)的抗有絲分裂肽，能夠與β 微管蛋白的氨基酸殘基結(jié)合，抑制微管的形成，阻滯細(xì)胞的有絲 分裂，使細(xì)胞停滯于細(xì)胞間期，對(duì)小細(xì)胞肺癌、 卵巢癌、黑色素癌和前列腺癌等具有較高的抑制 活性[ 12, 13] . 然而，多肽/聚氨基酸分子仍然存在一 定的缺陷，如光學(xué)性質(zhì)不佳，半衰期短，清除速 率快等不足 ， 限制了其更為廣泛的生物醫(yī)學(xué) 應(yīng)用.

自然界中普遍存在生物分子的自組裝現(xiàn)象 . 例如，肌動(dòng)蛋白自組裝為纖維狀結(jié)構(gòu)，微管蛋白 自組裝形成細(xì)胞骨架微管[ 14, 15] . 與蛋白質(zhì)自組裝 類(lèi)似，生物體中也存在一系列天然多肽的自組裝 現(xiàn)象，如β-淀粉樣多肽是淀粉樣前體蛋白的裂解 產(chǎn)物，能夠自組裝形成斑塊和纖維狀物質(zhì)[ 16, 17] .
與天然多肽自組裝類(lèi)似，人工合成的多肽/  聚氨基酸分子也可以依靠分子內(nèi)/分子間的相互 作用， 自發(fā)或觸發(fā)地聚集在一起形成微納結(jié)構(gòu) (包括納米管[ 18, 19] 、納米纖維[20,21] 、納米膠束[22]、 納米帶[23] 、納米環(huán)[24]和水凝膠[25]等). 目前，人們 設(shè)計(jì)并合成了越來(lái)越多的能夠自組裝的多肽/聚 氨基酸分子 . 例如，Gazit 等[26]受淀粉樣蛋白序列 啟發(fā)設(shè)計(jì)的二苯丙氨酸(FF)通過(guò)溶劑交換法可以 自組裝形成中空的納米管 . 通過(guò)對(duì)其端基進(jìn)行修飾，還可以進(jìn)一步調(diào)控組裝體形貌(包括納米纖 維、納米球、納米帶和納米棒等)[27,28] . Xu 等[29] 以多肽自組裝形成的超分子水凝膠作為基質(zhì)，對(duì) 氯化血紅素進(jìn)行封存，制備了比蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn) 單且具有更高氧化反應(yīng)活性的人工酶.

多肽/聚氨基酸分子自組裝是一個(gè)自發(fā)的熱 力學(xué)和動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)的過(guò)程，基于多種非共價(jià)相互 作用的協(xié)同效應(yīng)，形成具有最低能量狀態(tài)且熱力 學(xué)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu) . 相較于多肽/聚氨基酸分子在生理 環(huán)境中容易被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)清除和蛋白酶裂解， 其自組裝材料具有更高的側(cè)鏈密度和有序的微納 結(jié)構(gòu)，形成空間位阻以保護(hù)酶切位點(diǎn)，降低了蛋 白酶與酶切位點(diǎn)的接觸和親和力，進(jìn)而限制了體 內(nèi)蛋白酶對(duì)多肽/聚氨基酸的裂解能力，使其在 生物系統(tǒng)中顯示出更高的穩(wěn)定性、體內(nèi)長(zhǎng)循環(huán)性 以及更好的生物利用度[30,31] . 例如：Yan 等[32] 通 過(guò)模擬具有金屬結(jié)合作用的血紅蛋白，發(fā)展了基 于含組氨酸短肽、卟啉衍生物光敏劑和Zn2+離子 的配位自組裝策略，有效延長(zhǎng)了多肽自組裝材料 在生物體內(nèi)的血液循環(huán)，增加了其在腫瘤處的積聚并增強(qiáng)了光動(dòng)力腫瘤治療的效果 . Chen 等[33]開(kāi) 發(fā)了一種含有細(xì)胞膜插入片段、腫瘤酸性微環(huán)境 響應(yīng)片段和Ca2+離子螯合片段的聚氨基酸，通過(guò) 鏈段的親疏水性差異自組裝成納米顆粒，隨后在 腫瘤酸性微環(huán)境下發(fā)生膨脹并構(gòu)建礦化屏障，從 而阻止腫瘤與周?chē)＝M織之間產(chǎn)生物質(zhì)交換， 有效抑制原發(fā)瘤和腫瘤轉(zhuǎn)移的發(fā)生.

然而，多肽/聚氨基酸自組裝材料領(lǐng)域仍然 面臨著一系列挑戰(zhàn)，例如：( 1)如何突破20 種天 然氨基酸的結(jié)構(gòu)局限來(lái)構(gòu)建性能更好的多肽/聚 氨基酸材料以滿(mǎn)足不同的生物醫(yī)用需求；(2)如 何基于腫瘤微環(huán)境特點(diǎn)設(shè)計(jì)多肽/聚氨基酸材料， 揭示其結(jié)構(gòu)和生物活性的構(gòu)效關(guān)系，實(shí)現(xiàn)腫瘤耐 藥性的有效逆轉(zhuǎn).
本文將重點(diǎn)介紹多肽/聚氨基酸自組裝納米 材料的設(shè)計(jì)理念及其在腫瘤診療領(lǐng)域的應(yīng)用研 究，并展望該領(lǐng)域的挑戰(zhàn)和發(fā)展前景.

1    多肽/聚氨基酸自組裝納米材料的 結(jié)構(gòu)調(diào)控和功能化

不同的氨基酸在電荷、疏水性和極性等方面 表現(xiàn)的特性使得多肽/聚氨基酸能夠自組裝形成 多種結(jié)構(gòu)和功能的納米材料[36~38] ，其自組裝驅(qū)動(dòng) 力主要包括分子內(nèi)或分子間非共價(jià)鍵作用力， 如： 范德華力、親疏水作用[39] 、氫鍵[40] 、靜電 作用[41]和π-π 相互作用[42] ，以及金屬配位等[43] .
作為最常見(jiàn)的多肽類(lèi)型，線性多肽/聚氨基 酸的合成技術(shù)無(wú)論是液相法還是固相法都已成 熟，其自組裝行為也被廣泛而深入的研究(圖 1). 最典型的兩親性多肽/聚氨基酸由疏水和親水鏈 段兩部分組成，其具有傳統(tǒng)表面活性劑的結(jié)構(gòu)特 征 . Zhang 等[44] 設(shè)計(jì)了一系列由 2 個(gè)親水的天冬 氨酸(Asp)和4~ 10 個(gè)疏水的甘氨酸(Gly)組成兩親 性線性多肽，該多肽在水溶液中可以自組裝形成 納米管和納米囊泡，其中甘氨酸數(shù)目的增加會(huì)使 其疏水性過(guò)強(qiáng)導(dǎo)致納米結(jié)構(gòu)的離散 . 此外，多肽 自組裝基元并非全由氨基酸組成，與其他組分的 綴合也可構(gòu)建組裝基元 . 例如： Stupp 等[23] 在 四肽 Val-Glu-Val-Glu 的N 端修飾了疏水的烷基 (C16H31O ―) ，使得該多肽分子具有更明顯的親疏 水差異，可自組裝成具有完全扁平結(jié)構(gòu)的納米 帶； 同時(shí)，pH 值和多肽濃度的改變會(huì)影響靜電 排斥和氫鍵相互作用的平衡，從而使納米帶轉(zhuǎn)變?yōu)榕で慕z帶狀結(jié)構(gòu).

然而，線性多肽在液相中的柔性構(gòu)象難以符 合一些受體的構(gòu)象要求 . 為了獲得生物性質(zhì)穩(wěn) 定、受體選擇性高的多肽，將線性肽改造成環(huán)狀 多肽是最為廣泛使用和有效的方法之一[45] . 環(huán)肽 具有更明確的固定構(gòu)象，能夠與受體很好地契 合；與線性多肽不同，其不存在C 端和N 端游離 的羧基和氨基，使得對(duì)氨肽酶和羧肽酶的敏感性 大大降低[46,47] . 例如：Ghadiri 等[48]設(shè)計(jì)了一種D/L-氨基酸交替的環(huán)八肽(cyclo-((D-Ala-Glu-D-Ala- Glu)2-)) ，其具有偏二維的環(huán)狀構(gòu)象， 由骨架酰 胺基團(tuán)之間垂直于環(huán)平面取向的氫鍵驅(qū)動(dòng)其自組 裝，堆疊形成中空的具有β 折疊納米管狀結(jié)構(gòu) . Montenegro 等[49] 在此基礎(chǔ)上在進(jìn)一步探索了環(huán) 肽中不同的氨基酸對(duì)于其自組裝的影響，設(shè)計(jì)并 合成了非對(duì)稱(chēng)的環(huán)八肽(cyclo- (D-Leu-Trp-D-Leu- His-D-Glu-Gln-D-His-Glu- ))并通過(guò)多級(jí)自組裝形 成了具有均一厚度的納米片.

隨著高分子化學(xué)的發(fā)展，可以高效合成多功 能嵌段聚氨基酸，其在選擇性溶劑中可自組裝形 成形貌豐富、結(jié)構(gòu)多樣的納米材料，有望作為藥 物、疫苗和核酸遞送載體[51] . Lin 等[52] 制備了一 種基于聚谷氨酸芐酯(PBLG)和聚乙二醇(PEG)的 三嵌段聚氨基酸(PBLG-b-PEG-b-PBLG) ，研究 了PBLG 嵌段長(zhǎng)度和反應(yīng)條件對(duì)其自組裝行為的 影響 . 當(dāng)PBLG 較短時(shí)，該聚氨基酸可以自組裝 成囊泡；而PBLG 長(zhǎng)度的增加時(shí)，則誘導(dǎo)囊泡轉(zhuǎn) 變成納米球.

DNA 納米技術(shù)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了脫氧核糖核酸 分子的可編程排列和組裝. 將DNA 與多肽結(jié)合形 成肽核酸，不僅可以豐富20 種天然氨基酸固有的理化性能，還能利用Watson-Crick 堿基互補(bǔ)配 對(duì)能力實(shí)現(xiàn)自組裝過(guò)程的分子級(jí)精確控制 . 肽核 酸是以多肽主鏈為骨架，取代DNA 的糖磷酸主 鏈 ，在側(cè)鏈修飾嘧啶/嘌呤(A 、C 、G 、T)的類(lèi) DNA ，可以通過(guò)堿基配對(duì)識(shí)別并結(jié)合 DNA 序 列，從而形成穩(wěn)定的雙螺旋結(jié)構(gòu)；也可以通過(guò)氫 鍵和 π-π 堆疊作用等進(jìn)行自組裝，獲得豐富的納 米結(jié)構(gòu). Ly 等[53]通過(guò)在γ 位碳上修飾絲氨酸側(cè)鏈， 使肽核酸的無(wú)規(guī)則卷曲轉(zhuǎn)化為右螺旋結(jié)構(gòu)，并以 高親和力和序列選擇性與DNA 結(jié)合，通過(guò)堿基 互補(bǔ)配對(duì)進(jìn)一步穩(wěn)定自組裝結(jié)構(gòu). Stephanopoulos  等[54]將互補(bǔ)的DNA 折紙結(jié)構(gòu)修飾到具有自組裝 性能的多肽主鏈上，實(shí)現(xiàn)了DNA 折紙技術(shù)與多肽自組裝的結(jié)合.

外場(chǎng)/內(nèi)源響應(yīng)性可進(jìn)一步提高多肽/聚氨基 酸載體材料的生物利用度 . Zhang 等[55]報(bào)道了一 種在超聲作用下可動(dòng)態(tài)重組的離子互補(bǔ)型多肽 Ac- (Arg-Ala-Asp-Ala)4-CONH2 ， 能夠自組裝為 納米纖維并最終形成宏觀水凝膠支架 . 超聲刺激 能夠破壞納米纖維支架的氫鍵、離子鍵以及疏水 相互作用，使其裂解為纖維片段；停止超聲后， 纖維片段又通過(guò)可逆的非共價(jià)鍵重新自組裝成具 有原始形貌的納米纖維 . 因此，可利用該特點(diǎn)制 備用于組織工程的纖維類(lèi)生物材料.

具有電荷翻轉(zhuǎn)能力的多肽/聚氨基酸材料通 常等電點(diǎn)小于pH=7.4 ，在正常的生理環(huán)境下帶 負(fù)電荷，而在特定條件下(如腫瘤微環(huán)境中) ，因多肽/聚氨基酸序列中氨基質(zhì)子化程度的提高而 轉(zhuǎn)變?yōu)閹д姾?，進(jìn)而提高生物利用度 . Wang 等[56]設(shè)計(jì)并合成了含有疏水性多肽序列Lys-Leu- Val-Phe-Phe 、pH 響應(yīng)多肽序列(聚組氨酸)及親水 鏈段(PEG)的聚氨基酸，其在中性條件下可自組 裝形成納米顆粒；在酸性腫瘤微環(huán)境下，該納米顆粒發(fā)生電荷翻轉(zhuǎn)，提高了進(jìn)胞效率 . 此外，通 過(guò)去質(zhì)子化、響應(yīng)性化學(xué)鍵斷裂等手段同樣可以實(shí)現(xiàn)多肽/聚氨基酸自組裝納米材料的電荷翻轉(zhuǎn)[57] .

2    多肽/聚氨基酸自組裝納米材料 在生物成像領(lǐng)域的應(yīng)用

癌癥因其發(fā)病機(jī)理的復(fù)雜性和多樣性對(duì)人類(lèi) 的生命健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅[58] .  目前，生物成像 技術(shù)已為腫瘤的早期診斷和治療提供了重要的病 理信息[59,60] . 臨床常用的成像手段包括正電子發(fā) 射斷層掃描(PET) 、 電子計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)、 單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描(SPECT)與磁共振成 像(MRI)等 . 通過(guò)注射造影劑，能夠獲得生物體 的結(jié)構(gòu)和解剖學(xué)信息，有望實(shí)現(xiàn)腫瘤的可視化監(jiān) 測(cè)[61,62] . 同時(shí)，近年來(lái)通過(guò)賦予多肽/聚氨基酸自 組裝納米材料新的理化性質(zhì)，使其能夠作為新型 造影劑或造影劑靶向載體，進(jìn)而獲得高分辨率高 對(duì)比度的圖像[63,64] . 與傳統(tǒng)造影劑相比，多肽/聚 氨基酸自組裝材料不僅可以通過(guò)自組裝形成量子 限域結(jié)構(gòu)或通過(guò)側(cè)鏈修飾熒光分子，也可以高效 負(fù)載用于不同成像手段的造影劑，使其具有靶向 特定病變區(qū)域的能力，可以降低傳統(tǒng)造影劑的毒性并實(shí)現(xiàn)多模態(tài)成像.

熒光成像(FLI)因其簡(jiǎn)便、靈活、無(wú)創(chuàng)和原 位可操作性等優(yōu)點(diǎn)而在醫(yī)學(xué)診斷和影像引導(dǎo)手術(shù) 等應(yīng)用中展現(xiàn)出廣闊的前景[62] .  目前用于熒光成 像的探針以有機(jī)熒光分子和無(wú)機(jī)量子點(diǎn)為主[65] . 然而，無(wú)機(jī)量子點(diǎn)固有的不可降解性以及可能存 在的長(zhǎng)期毒性限制了其在生物醫(yī)學(xué)方面的進(jìn)一步 應(yīng)用[66] . 盡管有機(jī)熒光分子在一定程度上克服了 細(xì)胞毒性問(wèn)題，但其相對(duì)較弱的穩(wěn)定性、光漂白性以及較窄的Stokes 位移仍限制了其獲得高特異 性和高分辨率的生物影像[67] .

例如：受黃色熒光蛋白的熒光紅移(J 型 π-π 堆積作用)和藍(lán)色熒光蛋白的熒光增強(qiáng)現(xiàn)象(金屬 配位)啟發(fā)，F(xiàn)an 等[68]設(shè)計(jì)并合成了具有良好的光 穩(wěn)定性的自熒光多肽納米顆粒， 以Trp-Phe 二肽 作為基元，通過(guò)Zn2+配位、苯環(huán)疊加和氫鍵相互 作用自組裝成納米粒(圖2(a)) ，使其熒光波長(zhǎng)從 天然氨基酸的不可見(jiàn)紫外區(qū)域紅移到可見(jiàn)光區(qū) 域，實(shí)現(xiàn)了特異性細(xì)胞成像和藥物釋放的實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè).

在上述研究基礎(chǔ)上，他們進(jìn)一步設(shè)計(jì)了C 端 和N 端首尾相連的環(huán)狀多肽組裝單元，獲得了具 有量子限域效應(yīng)的納米顆粒，其自熒光進(jìn)一步紅 移至紅色和近紅外區(qū)域(圖2(b)和2(c)) [69] . 其中， 近紅外光譜窗口內(nèi)的光子提供了低吸收、低散射 和較低的組織生物自熒光，從而獲得了優(yōu)異的穿 透能力[70] . 與常用的近紅外熒光分子吲哚菁綠 (ICG)和花菁 5.5 (Cy5.5)相比，該自熒光環(huán)肽納 米顆粒具有更好的穩(wěn)定性(圖2(d)). 通過(guò)皮下注射 該納米粒，能夠觀察到其在小鼠體內(nèi)明顯的熒光 信號(hào)，有望應(yīng)用于活體近紅外腫瘤成像(圖2(e)).  此外，他們還利用原子力顯微鏡和基質(zhì)輔助激光 解吸電離質(zhì)譜分析，結(jié)合理論計(jì)算模型，揭示了 自熒光多肽納米材料中的量子限域效應(yīng).

Wang 等[71]通過(guò)原位自組裝制備了近紅外熒 光多肽材料，其在腫瘤病變中具有腫瘤特異性排 泄 延 遲 (tumor-specific excretion-retarded ， TER)  效應(yīng)，可對(duì)腎腫瘤進(jìn)行高性能成像，并實(shí)現(xiàn)腫瘤 完全切除，最終減少術(shù)后復(fù)發(fā) . 該多肽由靶向性 序 列 Arg-Gly-Asp (RGD) 、 酶 響 應(yīng) 性 序 列 Pro-  Leu-Gly-Tyr-Leu 、 自組裝序列 Gly-Phe-Phe-Cys  和花菁基團(tuán)組成 . 首先通過(guò)RGD 靶向腫瘤病灶， 隨后被腎癌細(xì)胞內(nèi)過(guò)表達(dá)的基質(zhì)金屬蛋白酶-2/9(MMP-2/9)裂解，余下的多肽殘基在腫瘤病灶處 進(jìn)一步原位自組裝形成納米纖維(圖3(a)). 相較于 對(duì)照組，注射該多肽組的小鼠腫瘤部位具有更 強(qiáng)的熒光信號(hào)，表現(xiàn)出了理想的排泄延遲效應(yīng) (圖 3(b)和 3(c)). 此外，通過(guò)比較熒光強(qiáng)度發(fā)現(xiàn)，在注射納米粒后，腫瘤部位成像的信噪比得到了顯著提高(圖3(d)). 在原位腎細(xì)胞癌模型中，整個(gè)腫瘤邊界清晰可見(jiàn)，因此該材料有望應(yīng)用于熒光成像引導(dǎo)的腫瘤手術(shù)(圖3(e)).

計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT) 、磁共振成像(MRI)和 正電子發(fā)射斷層成像(PET)也被廣泛應(yīng)用于腫瘤 診斷成像[72] . 但是 ，每種成像方式都有其優(yōu)缺 點(diǎn). 例如：CT 可以提供解剖信息，但靈敏度有待 提高；MRI 可以提供軟組織和腦功能信息，但檢查費(fèi)用高、檢查時(shí)間長(zhǎng)；PET 具有較高的靈敏 度，但可檢測(cè)的疾病有限 . 因此，如何實(shí)現(xiàn)這些 成像技術(shù)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)是當(dāng)前研究的重點(diǎn).

多模態(tài)成像是一種更綜合、更高效的策略， 它結(jié)合了多種成像方式，有望提供高空間分辨率 的解剖學(xué)信息和時(shí)間分辨率上高靈敏度的生物學(xué) 信息，并可以獲得患病部位的新信息，以便進(jìn)行 更早期、更精確的診斷和治療[72] .
SPECT/CT 是一種較新的雙模態(tài)成像技術(shù)， 它不僅能夠提供分子生物學(xué)信息，還可提供解 剖學(xué)信息，從而提高診斷效果[73] . 然而，臨床常 用的 SPECT/CT 造影劑 ， 如99 mTc 、 123I 和 111In， 缺乏靶向能力，毒副作用大，而且診斷精確度不高[74] . 多肽/聚氨基酸自組裝材料可以通過(guò)鰲合負(fù)載相關(guān)造影劑并利用特定多肽序列靶向病灶 處以提高成像診斷的精準(zhǔn)性和造影劑的生物相 容性. Du 等[50]通過(guò)自組裝制備了一種具有多模態(tài) 成像功能的骨靶向聚氨基酸囊泡，可同時(shí)用于成 像診斷和治療惡性骨腫瘤 . 他們利用親骨性多肽 作為骨靶向基團(tuán)和自組裝骨架，同時(shí)在聚氨基酸 鏈段上修飾阿侖磷酸(ADA) ，其既可與骨組織中 的羥基磷灰石結(jié)合靶向骨組織，又可與核素锝結(jié) 合并用于骨腫瘤的 SPECT/CT 成像(圖 4(a)). 同 時(shí)，通過(guò)共聚焦熒光成像(圖4(b))和流式細(xì)胞術(shù) (圖 4(c))驗(yàn)證了聚氨基酸囊泡較高的進(jìn)胞效率 . 此外，在原位骨腫瘤兔模型中，通過(guò) SPECT/CT 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)阿侖磷酸螯合的99 mTc 以觀察體內(nèi)的藥 物分布(圖4(d))；體內(nèi) SPECT/CT 成像顯示，給藥后3h，骨組織處的影像信號(hào)逐漸增強(qiáng)；而注射 游離99 mTc 的兔子僅在腎臟和膀胱中觀察到信號(hào)， 這證明了該聚氨基酸囊泡的骨靶向成像能力(圖4  (e)) ，為實(shí)現(xiàn)針對(duì)骨腫瘤的實(shí)時(shí)成像診斷和有效 治療提供了新策略.

除了 SPECT/CT 雙模成像， 自組裝多肽/聚 氨基酸納米材料還能夠有效負(fù)載多種類(lèi)型的顯像 劑以用于其他多模態(tài)成像，如熒光成像/計(jì)算機(jī) 斷層掃描、熒光成像/磁共振成像、磁共振成像/ 計(jì)算機(jī)斷層掃描等[75] .

3    多肽/聚氨基酸自組裝材料在腫 瘤治療領(lǐng)域的研究進(jìn)展

目前，臨床上已經(jīng)應(yīng)用多種方案來(lái)治療惡性腫瘤，如手術(shù)治療、化學(xué)藥物治療、放射治療、 免疫治療、激素療法等[76] . 其中，利用具有廣譜 抗腫瘤活性的小分子化療藥物治療腫瘤是目前臨 床上的主流手段，但常規(guī)的化學(xué)藥物對(duì)腫瘤缺乏 選擇性，會(huì)無(wú)差別殺傷正常細(xì)胞與組織，導(dǎo)致嚴(yán) 重的毒副作用 . 多肽/聚氨基酸分子由于具有豐富 的生物活性、優(yōu)良的生物相容性和化學(xué)可修飾 性，因此可作為與藥物、功能基團(tuán)結(jié)合的理想分 子，在改善藥代動(dòng)力學(xué)、增強(qiáng)藥物靶向性和控制 藥物釋放方面表現(xiàn)出了顯著優(yōu)勢(shì)[77,78] .

例如：Ding 等[79] 合成了一種聚氨基酸，其 與2,3-二甲基馬來(lái)酸酐修飾的阿霉素共組裝可形 成復(fù)合膠束，該膠束能在腫瘤細(xì)胞的酸性微環(huán)境 中解離并釋放阿霉素 . 此外，Chen 等[80]設(shè)計(jì)了一 種 基 于 多 肽 (Fmoc-Gly-Pro-Leu-Gly-Leu) 的 酶 激活前藥，與藥物產(chǎn)生級(jí)聯(lián)作用抑制腫瘤生長(zhǎng) (圖 5(a))：利用血管阻斷劑康普瑞汀(CA-4)選擇 性破壞未成熟的腫瘤血管，加劇腫瘤缺氧狀態(tài)以 誘導(dǎo)癌細(xì)胞中MMP-9 過(guò)表達(dá)(圖5(b)) ，進(jìn)一步協(xié) 同MMP-9 激活阿霉素前藥(MMP9-DOX-NPs)提高化療的選擇性，減少毒副作用(圖5(c)).

此外，通過(guò)賦予多肽/聚氨基酸自組裝材料 靶向功能，可有效提高治療效果并降低化療藥物 的副作用 . Fan 等[81] 設(shè)計(jì)并合成了一種環(huán)八肽 (cyclo(-(D-Ala-L-Glu-D-Ala-L-Trp)2-)) ，其與Zn2+配 位組裝形成自熒光環(huán)肽納米粒(f-PNPs). 進(jìn)一步 修飾具有癌細(xì)胞靶向能力的RGD 多肽，使其能 夠特異性識(shí)別食道癌細(xì)胞表面的 αvβ3 整合素，同 時(shí)通過(guò) π-π 堆積和電荷吸引作用負(fù)載化療藥物表 阿霉素(圖5(d)). 隨著表阿霉素的逐漸釋放，其熒光強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，使得藥物在胞內(nèi)的釋放可以在 共聚焦熒光顯微鏡下實(shí)時(shí)觀測(cè)(圖5(e)). 此外，動(dòng) 物實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步表明，此自熒光環(huán)肽納米粒作為可 示蹤的靶向載藥系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)體內(nèi)腫瘤的特異性 成像(圖 5(f))以及藥物遞送和釋放的可視化監(jiān)測(cè) (圖5(g)) ，進(jìn)而提高了抗癌效率(圖5(h)) ，為實(shí)時(shí) 跟蹤病灶區(qū)域藥物濃度和釋放速度提供了新 方法.

納米藥物載體可以通過(guò)被動(dòng)靶向或主動(dòng)靶向 富集于腫瘤病灶部位[82] ，然而要實(shí)現(xiàn)腫瘤深層給藥仍需克服多種生理和病理障礙[83~85] . 腫瘤組織 的深層區(qū)域由無(wú)血管區(qū)和各種基質(zhì)細(xì)胞組成，傳 統(tǒng)的納米載體由于腫瘤細(xì)胞外基質(zhì)的致密性和高 間質(zhì)液壓力等障礙，難以實(shí)現(xiàn)腫瘤深層藥物遞 送[86] . 然而，通過(guò)外源性物理方式對(duì)納米粒子施 加作用力，可以使其產(chǎn)生形變，從而實(shí)現(xiàn)深層腫 瘤組織的主動(dòng)滲透并誘導(dǎo)/觸發(fā)納米藥物的釋放， 增強(qiáng)腫瘤抑制效果.

為了平衡深層腫瘤滲透和延長(zhǎng)血液循環(huán)的矛 盾要求，Du 和Fan 課題組[87]  通過(guò)自組裝制備了 一種“聲致變形 ”多肽納米凝膠 . 首先，將具有 靶向三陰性乳腺癌功能的ICAM- 1 抗體接枝于聚賴(lài)氨酸，并與Pluronic F127 共組裝，然后通過(guò)京 尼平交聯(lián)形成穩(wěn)定的納米凝膠結(jié)構(gòu)(圖6(a)). 該納 米凝膠能夠在血液中長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)效循 環(huán)；在外部超聲波的作用下，多肽納米凝膠能夠 實(shí)現(xiàn)負(fù)載的表阿霉素的響應(yīng)性釋放(圖6(b)). 超聲 刺激同時(shí)也能降低腫瘤組織的間質(zhì)壓力，以促進(jìn) 深層腫瘤富集 . 同時(shí)，多肽凝膠在超聲作用后內(nèi) 空化作用增強(qiáng)而明顯膨脹，促進(jìn)納米凝膠軟化且 變形性增強(qiáng)，利用原子力顯微鏡獲得的力- 曲線 圖來(lái)檢測(cè)多肽納米凝膠在超聲刺激前后的硬度變 化，發(fā)現(xiàn)凝膠的楊氏模量在超聲刺激15min 后從 336.78 kPa 下降到 3.93 kPa (圖 6(c)). 此外，超聲還可促進(jìn)F127 分子從多肽納米凝膠中脫落，進(jìn) 而導(dǎo)致其形貌變化(圖6(d)). 體外模擬三陰性乳腺 癌實(shí)體瘤模型表明，該納米凝膠能在超聲作用下 實(shí)現(xiàn)更好的腫瘤深層滲透和抑制效果(圖6(e)). 小 鼠靜脈注射后，相對(duì)剛性的納米凝膠能通過(guò)主動(dòng) 靶向和長(zhǎng)效血液循環(huán)實(shí)現(xiàn)在腫瘤部位高水平的 富集 . 而在超聲處理下，腫瘤部位的納米凝膠變 得更加柔軟，通過(guò)形變?cè)鰪?qiáng)實(shí)現(xiàn)腫瘤深層穿透 (圖 6(f)) ，最終達(dá)到低水平的系統(tǒng)毒性和更高水 平的抗耐藥性腫瘤效果(圖6(g)). 這種兼具內(nèi)源性 刺激與外源性刺激響應(yīng)的納米載體有望解決延長(zhǎng) 血液循環(huán)和腫瘤深部滲透的矛盾需求.

腫瘤的多藥耐藥性也是現(xiàn)階段臨床化療失敗 的主要原因之一 . 如何克服腫瘤耐藥性，實(shí)現(xiàn)耐 藥性腫瘤細(xì)胞的逆轉(zhuǎn)，對(duì)于有效治療耐藥性腫瘤 至關(guān)重要 . 最近，Du 和Fan 課題組[34] 以聚賴(lài)氨酸 為骨架模塊化設(shè)計(jì)了一種自組裝聚氨基酸納米藥 物 . 其在聚氨基酸的側(cè)鏈上修飾氯尼達(dá)明和線粒 體靶向基團(tuán)三苯基磷，并原位交聯(lián)了二茂鐵和葡 萄糖氧化酶 . 體外實(shí)驗(yàn)表明該聚氨基酸納米藥物 具有明顯的線粒體靶向性，并誘導(dǎo)了高水平的代 謝抑制 . 此外，葡萄糖氧化酶和二茂鐵在細(xì)胞內(nèi) 產(chǎn)生了過(guò)量ROS 并進(jìn)一步誘導(dǎo)了耐藥性腫瘤細(xì) 胞自噬 . 同時(shí)，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了此聚氨基酸納米藥物優(yōu)異的腫瘤抑制效果.
相較于傳統(tǒng)的藥物遞送系統(tǒng)，體內(nèi)原位自組 裝可以利用生物分子在復(fù)雜生理環(huán)境下(細(xì)胞、 組織和活體) ，通過(guò)特異性刺激響應(yīng)實(shí)現(xiàn)其組裝 和功能化，達(dá)到組裝體在病灶部位靶向、富集和 滯留的效果[88] .

他們還利用多肽的胞內(nèi)自組裝來(lái)調(diào)控耐藥腫 瘤細(xì)胞的細(xì)胞周期，進(jìn)而逆轉(zhuǎn)并抑制耐藥黑色素 瘤[35] . 首先向耐藥黑色素瘤細(xì)胞中引入三肽(Phe-  Phe-Tyr, FFY) ，在細(xì)胞內(nèi)通過(guò)酶促自組裝形成了 mFFY 多肽納米粒(圖7(a)). 分子對(duì)接模擬發(fā)現(xiàn)胞 內(nèi)氧化后的多肽與人源 “/β1B 微管蛋白形成了更 多的結(jié)合位點(diǎn)(圖7(b)). 將mFFY 多肽納米粒與微 管蛋白共孵育后，其能夠有效抑制微管蛋白聚 合，導(dǎo)致大多數(shù)腫瘤細(xì)胞停滯于DNA 合成后期 或分裂間期，從而抑制腫瘤細(xì)胞增殖(圖7(c)). 同 時(shí)，線粒體功能紊亂也誘導(dǎo)了凋亡因子過(guò)表達(dá)， 如 cleaved caspase 3 (相比對(duì)照組提高 3. 1 倍)和 cleaved PARP (提高 6.3 倍) ，這進(jìn)一步促進(jìn)了耐 藥腫瘤細(xì)胞凋亡，最終實(shí)現(xiàn)了腫瘤耐藥性逆轉(zhuǎn) (圖7(d)). 通過(guò)共聚焦熒光成像分析，mFFY 多肽 納米粒能夠有效靶向微管，降低胞內(nèi)微管蛋白聚 合水平，并利用自發(fā)熒光實(shí)現(xiàn)胞內(nèi)微管的特異性 成像(圖 7(e)). 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，在黑色素瘤周注射FFY 后，觀察到高水平的耐藥腫瘤抑制 . 相對(duì)于 化療藥物的治療，該多肽胞內(nèi)自組裝的方法能夠 有效減少系統(tǒng)毒性，有望為耐藥腫瘤的治療提供 新策略.

4    總結(jié)與展望

多肽/聚氨基酸分子為生物醫(yī)用材料的性能 優(yōu)化、結(jié)構(gòu)調(diào)控和功能拓展提供了更大的自由 度，也為臨床腫瘤診療提供了更多的選擇 . 本文 詳細(xì)介紹了團(tuán)隊(duì)近期基于多肽/聚氨基酸自組裝 材料在腫瘤診療材料領(lǐng)域的研究成果：通過(guò)對(duì)多 肽自組裝結(jié)構(gòu)的調(diào)控賦予其可控的光學(xué)性質(zhì)以用 于生物熒光成像，實(shí)現(xiàn)了藥物遞送的可視化監(jiān)測(cè)；構(gòu)建了基于聚氨基酸的多模態(tài)成像材料，其 中聚氨基酸側(cè)鏈的化學(xué)可修飾性增強(qiáng)了藥物靶向 性并改善了藥代動(dòng)力學(xué)，且通過(guò)其良好的生物相 容性和負(fù)載能力減少了造影劑的副作用，實(shí)現(xiàn)了 骨腫瘤的多模態(tài)成像和靶向治療；通過(guò)賦予聚氨 基酸自組裝納米凝膠超聲響應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)效血 液循環(huán)并增強(qiáng)了在腫瘤中的主動(dòng)滲透作用，克服 了腫瘤組織病理微環(huán)境對(duì)傳統(tǒng)納米載體產(chǎn)生的阻 礙，從而實(shí)現(xiàn)了腫瘤內(nèi)部深層給藥，以及針對(duì)耐 藥三陰性乳腺癌的有效抑制；設(shè)計(jì)能夠在黑色素 瘤細(xì)胞中被特異性氧化并組裝的小分子三肽，其 能夠在胞內(nèi)組裝后阻斷微管、抑制細(xì)胞增殖并靶 向線粒體促進(jìn)細(xì)胞凋亡，與化療藥物相比，該多肽胞內(nèi)自組裝能夠在抑制耐藥腫瘤的同時(shí)，有效 減少或避免系統(tǒng)毒性.

雖然現(xiàn)階段多肽/聚氨基酸自組裝材料在腫 瘤診療領(lǐng)域已取得了重大進(jìn)展，但鑒于生理環(huán)境 的復(fù)雜性以及臨床需求的多樣性，我們對(duì)未來(lái)諸 多亟待解決的問(wèn)題進(jìn)行了展望，例如：
( 1)我們的前期工作實(shí)現(xiàn)了多肽在黑色素瘤 細(xì)胞內(nèi)的氧化，能夠初步實(shí)現(xiàn)細(xì)胞周期等細(xì)胞生 命活動(dòng)的調(diào)控 . 然而，細(xì)胞內(nèi)微環(huán)境的復(fù)雜性為 多肽或氨基酸在胞內(nèi)的可控反應(yīng)帶來(lái)了巨大的挑 戰(zhàn) . 通過(guò)引入可精確調(diào)控的外源物理場(chǎng)，如光、 聲、磁等，有望在不影響細(xì)胞生理活動(dòng)的前提 下，對(duì)胞吞的氨基酸或多肽分子實(shí)現(xiàn)可控的修 飾、聚合等化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而誘導(dǎo)其自組裝為納米 材料以避免細(xì)胞外排 . 同時(shí)，該策略還能夠大大 延長(zhǎng)多肽材料在細(xì)胞內(nèi)的滯留時(shí)間，以更好地研 究其在細(xì)胞內(nèi)的生物效應(yīng).
(2)現(xiàn)階段我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)多肽的胞內(nèi)原位組 裝，進(jìn)而阻斷細(xì)胞內(nèi)微管蛋白的聚合以促進(jìn)腫瘤 細(xì)胞凋亡 . 然而，如何賦予多肽/聚氨基酸材料更 豐富的生物活性，進(jìn)而參與調(diào)控更廣泛的生命過(guò) 程仍然需開(kāi)展深入研究 . 在未來(lái)的研究中，還可以關(guān)注如下問(wèn)題：如何進(jìn)一步賦予多肽/聚氨基 酸載體更精準(zhǔn)的亞細(xì)胞器靶向能力，以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞 內(nèi)分子的高效轉(zhuǎn)運(yùn)；如何進(jìn)一步調(diào)控多肽與蛋白 質(zhì)分子或核酸分子的相互作用，進(jìn)而更精準(zhǔn)地調(diào) 控細(xì)胞周期、細(xì)胞分化、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等生命過(guò) 程，實(shí)現(xiàn)對(duì)于相關(guān)疾病通路的有效抑制.
(3)多肽分子作為蛋白質(zhì)的前體分子，具有 與蛋白質(zhì)相同的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)蛋白質(zhì) 的部分生物功能 . 蛋白質(zhì)的生物活性與其復(fù)雜的 三級(jí)/四級(jí)結(jié)構(gòu)密不可分，然而現(xiàn)階段往往只能 實(shí)現(xiàn)多肽/聚氨基酸自組裝材料二級(jí)結(jié)構(gòu)的調(diào)控， 難以可控制備更高級(jí)結(jié)構(gòu)的組裝體 . 因此，多肽/  聚氨基酸分子如何實(shí)現(xiàn)跨尺度、跨維度的分級(jí)自 組裝仍是研究難點(diǎn).
(4)人工智能輔助的多肽/聚氨基酸設(shè)計(jì)、 自 組裝及高級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)值得關(guān)注 . 人工智能有望使 多肽/聚氨基酸的空間和化學(xué)結(jié)構(gòu)匹配目標(biāo)蛋白 的功能結(jié)構(gòu)域 ，更好地實(shí)現(xiàn)類(lèi)蛋白質(zhì)的生物 功能.
總之，研究具有精準(zhǔn)空間和化學(xué)結(jié)構(gòu)和可編 輯生物功能的多肽/聚氨基酸自組裝材料，對(duì)于新 型生物醫(yī)藥的開(kāi)發(fā)和臨床腫瘤診療具有重大價(jià)值.