急性髓系白血病(acute myeloid leukemia,AML)是起源于骨髓造血干细胞的高度异质性恶性血液肿瘤。赖氨酸甲基转移酶2A(lysine methyltransferase 2A,KMT2A)重排是AML中的关键高危基因异常,在儿童及成人急性白血病中总体发生率为5%~15%。伴有KMT2A重排的白血病患者整体预后极差,在缺乏针对KMT2A重排急性白血病的有效治疗药物的情况下,5年总体生存率低于25%,是目前临床公认的不良预后因素
[1-2]。
在KMT2A重排AML中,Menin是关键的致癌辅因子。因此,Menin抑制剂成为针对该通路的重要靶向治疗策略,其核心优势在于可特异性阻断Menin-KMT2A相互作用,从而抑制HOXA/MEIS1转录程序,而该程序是KMT2A重排AML细胞增殖和存活的关键驱动因素
[2-3]。代表药物瑞维美尼(Revumenib)在复发/难治性KMT2A重排AML中显示出明确临床活性,单药总体缓解率(overall response rate,ORR)约63%,联合治疗可进一步提升疗效
[4]。但单药治疗仍存在局限性,目前已报道的临床研究中,其完全缓解率(complete remission,CR)仅为20%~40%,提示多数患者治疗效果有限;且已有研究表明MEN1体细胞突变可介导Menin抑制剂的获得性耐药,这类突变可削弱抑制剂与menin的结合并影响其临床疗效,进而导致疾病复发
[3-4]。
为提高Menin抑制剂的疗效、减少耐药的发生,联合治疗已成为当前值得关注的策略之一。近年来,围绕KMT2A重排AML的靶向治疗研究不断推进,如何选择具有合理的机制基础且具备临床转化潜力的联用药物,成为提升治疗效果的关键问题。在众多备选联用药物中,砷剂作为经典抗白血病药物,已在急性早幼粒细胞白血病中显示出明确疗效,其主要作用机制包括诱导氧化应激、调控凋亡相关信号通路
[5-6,9]。砷剂凭借其明确的抗白血病活性及丰富的临床应用经验,成为Menin抑制剂联合治疗的合理候选药物。二者作用机制相互独立且高度互补,Menin抑制剂主要通过阻断Menin-KMT2A复合物结合、沉默异常HOXA/MEIS1转录网络以抑制肿瘤细胞恶性增殖,而砷剂可通过加剧氧化应激、诱导DNA损伤及激活内源性凋亡通路直接杀伤AML细胞,形成“抑增殖+促凋亡”的联合增强效应,这是多数化疗药物或靶向药物难以实现的联合增效作用模式。砷剂的细胞毒性机制可能缓解Menin抑制剂对耐药克隆的选择压力,二者的机制互补性为联合应用提供了合理依据。此外,砷剂在部分高危AML亚型中具备明确的抗白血病活性及联用基础,已有大量文献证实其与靶向药物联用的安全性和增效潜力
[5-6]。但砷剂同样存在关键缺陷:QT间期延长、心肌损伤等毒副作用较强,且在白血病部位富集不足,难以实现高效低毒的目标
[7-8];更重要的是,两药游离联用易引发毒性叠加、骨髓及白血病细胞靶向富集不足等问题,限制了其临床直接应用。
纳米递送系统有望改善Menin抑制剂与砷剂联合治疗中的递送效率与安全性。近年来,针对AML的靶向纳米递送及双药共递送体系已得到较多探索
[10-13]。将两药共包载于聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)修饰纳米载体中,可提升药物稳定性并延长体内循环时间,从而增加白血病相关部位的药物暴露,促进细胞内同步释放,增强联合治疗效应,并降低正常组织非特异性分布所致的毒性,尤其是砷剂相关心脏毒性及联合用药的毒性叠加风险。然而现有砷剂纳米递送体系普遍存在包封率偏低、制备流程烦琐等局限,难以同步兼顾高药物包封率与简便制备工艺,这也进一步凸显了本研究构建PEG修饰双药纳米颗粒的必要性。
基于此,本研究构建共载Revumenib与三价砷剂亚砷酸钠(sodium arsenite,NaAsO2)的PEG修饰双药纳米颗粒(Revumenib-sodium arsenite PEG-modified nanoparticles,Revu-As@PEG-NP),在MOLM-13、MV-4-11 2株AML细胞系中系统评价其体外抗AML活性,为双药纳米递送系统面向KMT2A重排高危AML的临床转化提供体外实验依据,为此类白血病的靶向联合干预提供新思路。
1 材料与方法
1.1 双药纳米药物的制备
本研究采用课题组前期自主研制并已申请专利二的硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇(distearoyl phosphoethanolamine-polyethylene glycol,DSPE-PEG)修饰铜-亚砷酸钠原位配位自组装体系,共包载砷剂与Menin抑制剂Revumenib。分别配制:氯化铜溶液(5 μmol/mL)、DSPE-PEG溶液(1 mg/mL)、亚砷酸钠溶液(10 μmol/mL)及Revumenib溶液(10 mg/mL)。先将5 μL Revumenib溶液加入2 mL DSPE-PEG溶液中充分混匀,得到载Revumenib的DSPE-PEG混合液。取1 mL氯化铜溶液加入6 mL去离子水混匀,再将上述含药DSPE-PEG混合液缓慢滴入其中,室温搅拌反应30 min;随后于50~60 ℃条件下滴加1 mL亚砷酸钠溶液,继续搅拌反应2 h,即制得Revu-As@PEG-NP双药纳米粒,控制Cu/As摩尔比为1∶2。该比例主要基于纳米材料组分设计与结构构建的需求,其中铜作为材料组成元素及配位/结构调控因素存在,整体含量较低。根据既往研究报道,低剂量铜基材料通常具有良好的生物相容性,据此推测,本研究中铜组分不会对后续生物学评价造成明显干扰
[14-16]。
1.2 纳米颗粒表征
采用动态光散射法(dynamic light scattering,DLS)测定纳米颗粒的水合粒径、多分散指数(polydispersity index,PDI)及Zeta电位;将纳米颗粒室温静置5 d,每日检测粒径与PDI变化,以评价储存稳定性。采用电感耦合等离子体质谱(inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP-MS)测定砷元素含量,计算亚砷酸钠包封率;采用高效液相色谱(high-performance liquid chromatography,HPLC)测定Revumenib含量,计算Revumenib包封率。
1.3 细胞来源与培养
本研究采用的人急性髓系白血病细胞系MV-4-11和MOLM-13均购自美国典型培养物研究所,两者均为KMT2A基因重排阳性的AML模型细胞系,已被广泛用于Menin-KMT2A相互作用的药理学与机制研究
[17-18]。细胞使用RPMI 1640培养基(Gibco)培养,培养基中添加10%胎牛血清(FBS,Gibco)与1%青霉素-链霉素双抗溶液(Gibco),置于37 ℃、5% CO
2饱和湿度培养箱中进行常规传代,取对数生长期的细胞用于后续实验。
1.4 CCK-8法检测细胞增殖活力
将MV-4-11和MOLM-13细胞以5×105个/mL的密度接种于96孔板,分为空白对照组、NaAsO2组、Revumenib组、Revu-As@PEG-NP组,设置6个浓度梯度,每组每个浓度设5个复孔。药物处理48 h后,每孔加入细胞计数试剂盒-8(cell counting kit-8,CCK-8)试剂,继续孵育1 h,使用酶标仪在450 nm波长下测定吸光度(absorbance,A)值,计算细胞存活率。
1.5 流式细胞术检测细胞凋亡
将MV-4-11和MOLM-13细胞以5×105个/mL的密度接种于6孔板,每孔加入2 mL细胞悬液,分为空白对照组、NaAsO2组、Revumenib组、Revu-As@PEG-NP组,各组统一采用6 μmol/L药物浓度进行体外处理。药物处理48 h后收集各组细胞,采用Annexin V-FITC/PI双染试剂盒避光染色,通过流式细胞仪检测细胞凋亡比例,评估纳米颗粒的凋亡诱导效应。
1.6 细胞内摄取实验
为评估Revu-As@PEG-NP的细胞内摄取效率,采用罗丹明B(rhodamine B)对纳米颗粒进行荧光标记。实验共设置三组:空白对照组、罗丹明B组、Revu-As@PEG-NP组。取MV-4-11与MOLM-13细胞以5×105个/mL的密度接种于6孔板,每孔加入2 mL细胞悬液,分别加入对应处理液孵育4 h;其中罗丹明B组加入等量游离罗丹明B溶液,Revu-As@PEG-NP组加入罗丹明B标记的Revu-As@PEG-NP悬液,空白对照组加入等体积培养基。处理结束后弃去培养液,磷酸盐缓冲液(phosphate buffered saline,PBS)温和清洗细胞2~3次,4%多聚甲醛固定后,使用荧光显微镜(Olympus/FV300)观察并记录纳米颗粒在细胞内的荧光分布与摄取情况。
1.7 流式细胞术检测细胞分化
取MV-4-11与MOLM-13细胞以5×105个/mL的密度接种于6孔板,每孔加入2 mL细胞悬液,分为空白对照组、NaAsO2组、Revumenib组、Revu-As@PEG-NP组,各组统一采用6 μmol/L药物浓度进行体外处理,药物处理48 h后,收集各组细胞,PBS洗涤2次,以PBS按1∶100比例稀释CD11b、CD14荧光抗体,4 ℃避光孵育30 min。PBS洗涤并重悬细胞后,使用流式细胞仪检测细胞表面分化抗原阳性表达率,评价纳米颗粒对AML细胞的分化诱导作用。
1.8 统计学方法
所有实验数据采用GraphPad Prism 10.0软件进行统计学分析。计量资料以均数±标准差(x±s)表示;2组间比较采用独立样本t检验,多组间整体比较采用单因素方差分析,组间两两比较采用Tukey’s多重比较检验。检验水准α=0.05。
2 结 果
2.1 Revu-As@PEG-NP 纳米颗粒的理化表征
本研究成功制备了共载Revumenib与亚砷酸钠(sodium arsenite,NaAsO₂)的Revu-As@PEG-NP纳米颗粒,并对其关键理化性质(包括粒径分布、Zeta电位、储存稳定性及药物包封率)进行了系统表征(
图1)。DLS结果显示,Revu-As@PEG-NP的平均水合粒径为136 nm,PDI为0.23(
图1A),表明纳米颗粒粒径分布较均一、分散性良好。Zeta电位分析结果显示,Revu-As@PEG-NP表面电位为-0.10 mV(
图1B),接近中性,有利于降低体内调理作用与非特异性清除,提升体内循环效率。储存稳定性评估结果显示,Revu-As@PEG-NP在室温条件下连续储存5 d,其粒径与PDI均未出现明显波动(
图1C),提示该纳米体系稳定性良好,可满足体外实验与后续应用要求。药物包封率检测结果表明,Revu-As@PEG-NP对Revumenib的包封率为(42.11±0.09)%,对NaAsO₂的包封率为(20.19±0.19)%(
图1D);上述数据均为3次独立实验的平均值,2种药物均呈现较高包封水平,该纳米载体可实现两种药物的有效包封。
2.2 Revu-As@PEG-NP在MOLM-13与MV-4-11细胞中的内吞摄取
为验证Revu-As@PEG-NP是否能被AML细胞有效内吞,本研究采用罗丹明B对纳米颗粒进行荧光标记,并通过荧光显微镜观察其在细胞内的分布情况(
图2)。在MOLM-13细胞中,空白对照组未见明显红色荧光信号;罗丹明B组仅见微弱的点状荧光分布;而Revu-As@PEG-NP组的细胞质内可见红色荧光信号更强(
图2A)。在MV-4-11细胞中也观察到类似的趋势:Revu-As@PEG-NP组的细胞内红色荧光信号比罗丹明B组与空白对照组更强(
图2B)。上述结果表明,Revu-As@PEG-NP可被MOLM-13与MV-4-11细胞有效摄取,且强于罗丹明B组,为纳米颗粒在胞内释放药物、发挥抗AML效应提供了直接证据。
2.3 Revu-As@PEG-NP对MOLM-13与MV-4-11细胞增殖的抑制作用
为评估Revu-As@PEG-NP对AML细胞的增殖抑制效应,采用CCK-8法检测不同浓度NaAsO
2、Revumenib与Revu-As@PEG-NP处理48 h后,MOLM-13和MV-4-11细胞的相对活力(
图3)。结果显示,游离亚砷酸钠、游离Revumenib与Revu-As@PEG-NP对2株细胞的增殖抑制均呈浓度依赖性,随药物浓度升高,细胞活力显著下降。在MOLM-13细胞中(
图3A),Revu-As@PEG-NP增殖抑制效应优于游离亚砷酸钠和Revumenib:低浓度(≤10 μmol/L)时Revu-As@PEG-NP组细胞活力下降更明显,高浓度(20 ~40 μmol/L)时降至约15%,低于亚砷酸钠组的约35%与Revumenib组的约50%。在MV-4-11细胞中(
图3B),Revu-As@PEG-NP同样展现出优于游离亚砷酸钠和Revumenib的抑制效果:各浓度下Revu-As@PEG-NP组的细胞活力均低于亚砷酸钠组和Revumenib组,尤其在低浓度(如5 μmol/L)时差异最为明显,提示双药纳米颗粒对MV-4-11细胞的增殖抑制效应更强。综合来看,Revu-As@PEG-NP可抑制2株AML细胞增殖,且作用效果优于两种游离单药,体现出双药共递送体系具备联用增益的体外抗白血病潜力。
2.4 Revu-As@PEG-NP对MOLM-13与MV-4-11细胞分化的诱导作用
为评估Revu-As@PEG-NP对AML细胞分化的诱导效应,本研究以CD11b与CD14为分化标志物,通过流式细胞术检测药物处理48 h后,MOLM-13与MV-4-11细胞表面分化抗原的表达变化(
图4),每组实验独立重复3次(
n=3)。结果显示,在MOLM-13细胞中,与空白对照组相比,NaAsO
2组与Revumenib组均可不同程度地上调CD11b和CD14的表达;Revu-As@PEG-NP组的CD11b(
图4A)与CD14(
图4B)荧光峰位置明显右移、荧光信号更强,提示Revu-As@PEG-NP能更有效地诱导MOLM-13细胞向成熟髓系细胞分化。在MV-4-11细胞中也观察到一致的趋势:Revu-As@PEG-NP组的CD11b(
图4C)与CD14(
图4D)荧光峰同样相较空白对照组、游离NaAsO
2组及Revumenib组明显右移,荧光强度更高,表明Revu-As@PEG-NP同样具备更强的诱导MV-4-11细胞分化成熟的能力。上述结果表明,Revu-As@PEG-NP可通过双药协同作用,上调AML细胞表面成熟分化标志物的表达,有效诱导AML细胞分化,为其抗AML效应提供了新的实验依据。
2.5 Revu-As@PEG-NP对MOLM-13与MV-4-11细胞凋亡的诱导作用
为评估Revu-As@PEG-NP对AML细胞凋亡的诱导效应,采用Annexin V-FITC/PI双染流式细胞术,检测48 h药物处理后MV-4-11与MOLM-13细胞的凋亡水平(
图5)。每组实验独立重复3次(
n=3),结果重复性良好。在MV-4-11细胞中(
图5A、B),4组细胞凋亡率整体差异有统计学意义[
F(3,8)=542.5,
P<0.001];空白对照组凋亡率约5%,Revumenib组凋亡率约10%,NaAsO
2组凋亡率约18%,Revu-As@PEG-NP组凋亡率高达25%,显著高于其他3组(均
P<0.001)。在MOLM-13细胞中(
图5C、D),凋亡趋势与MV-4-11细胞一致;4组细胞凋亡率整体差异有统计学意义[
F(3,8)=2147,
P<0.001];空白对照组凋亡率约8%,Revumenib组凋亡率约48%,NaAsO
2组凋亡率约70%,Revu-As@PEG-NP组凋亡率显著升高至88%,显著高于单药处理组(均
P<0.001)。2组细胞Brown-Forsythe方差齐性检验(
P>0.05),满足单因素方差分析适用条件。上述结果表明,Revu-As@PEG-NP可显著诱导AML细胞凋亡,且效果明显优于游离亚砷酸钠和游离Revumenib单药,提示双药纳米颗粒通过联合增强作用发挥了更强的促凋亡效应,为其高效抗AML作用提供了关键实验证据。
3 讨 论
KMT2A重排AML由于HOXA/MEIS1通路持续异常激活,导致细胞分化阻滞、凋亡逃逸,临床预后极差,是目前亟待突破的治疗难点
[19-20]。Menin-KMT2A相互作用是维持该类白血病恶性表型的核心分子节点,Revumenib作为高选择性Menin抑制剂,可特异性阻断二者结合并下调HOXA/MEIS1转录程序,解除分化阻滞并诱导凋亡,已在临床中展现明确疗效
[21-24]。砷剂可通过诱导活性氧蓄积、触发DNA损伤并激活线粒体凋亡通路杀伤白血病细胞,在非APL型AML中具备良好联合增效潜力
[25-27]。然而,Revumenib易出现MEN1基因突变介导的耐药,砷剂则存在心脏毒性及靶向性不足等问题,二者单独应用均存在显著局限性
[8,19]。
纳米递送系统可实现双药同步胞内释放、理论上能够提高药物肿瘤富集、降低全身毒性,是优化联合治疗方案的理想手段
[28-29]。但传统砷剂纳米制剂普遍存在包封率偏低、制备复杂、稳定性差等问题,难以满足临床转化需求
[30-31]。基于此,本研究采用铜-砷原位配位自组装技术,构建PEG修饰的双药纳米颗粒Revu-As@PEG-NP,实现Revumenib与砷剂的高效共包载与胞内协同递送。
理化性质表征显示,Revu-As@PEG-NP粒径均一、分散性与胶体稳定性良好,近中性表面有助于减少非特异性吸附并延长体内循环时间,为肿瘤靶向递送奠定基础;同时该纳米体系对两种药物的包封率优于常规砷单药纳米载体,可实现双药有效包裹。既往文献已证实砷剂纳米递送可提升砷剂抗AML活性、降低全身毒性
[32],但不同砷剂纳米体系的包封率仍受载体类型和制备工艺等因素影响,存在较大差异。本研究所制备的体系对砷剂的包封率为20.19%,虽然并非最高水平,但已能够支持后续药效学研究。更重要的是,目前尚缺乏将砷剂与Menin抑制剂共同负载于同一纳米平台的相关报道,本研究在联合递送策略方面具有一定创新性和潜在转化价值。结合细胞摄取实验结果证实其可被MOLM-13与MV-4-11细胞高效内吞,为胞内双药同步起效提供前提。
体外实验表明,Revu-As@PEG-NP对KMT2A重排AML细胞的增殖抑制效果优于游离单药。CCK-8检测结果显示,该纳米药物可呈浓度依赖性抑制AML细胞增殖,双药联用增效作用明显。流式细胞术凋亡分析显示,其可显著提升AML细胞凋亡水平,在MOLM-13、MV-4-11细胞中效果均优于游离单药组。其发挥作用的潜在机制如下:Revumenib通过阻断Menin-KMT2A相互作用,下调HOXA/MEIS1异常转录,增强肿瘤细胞的凋亡敏感性
[24];砷剂则促进胞内活性氧大量蓄积,诱发DNA损伤并激活线粒体凋亡通路,直接诱导AML细胞凋亡
[27]。2种药物作用机制互补、效应叠加,共同强化抗AML作用,这也与本研究中Revu-As@PEG-NP组凋亡率显著高于单药组的趋势一致。
分化实验进一步证实,Revu-As@PEG-NP可上调髓系分化标志物CD11b、CD14的表达水平,有效诱导KMT2A重排AML细胞向成熟髓系细胞分化,分化诱导效果优于游离单药。一方面,Revumenib能够有效解除AML细胞的分化阻滞;另一方面,砷剂可辅助推动髓系终末分化进程。二者联用实现抑制干性、促成熟的双重调控,从根源上逆转AML细胞的恶性表型。
Menin抑制剂通过阻断Menin-KMT2A复合物形成,抑制HOXA/MEIS1通路异常激活;砷剂主要通过诱导氧化应激、DNA损伤及线粒体凋亡通路发挥直接抗肿瘤作用。现有研究已证实2种药物联用具备体外协同潜力,但砷剂逆转Menin抑制剂获得性耐药的具体机制与临床证据仍较为匮乏。本研究仅验证了Revu-As@PEG-NP的体外抗AML效应,其体内治疗效果及双药联合作用的深层分子机制,仍有待后续实验进一步探究。
综上,本研究成功构建了PEG修饰的Menin抑制剂-砷剂双药纳米颗粒Revu-As@PEG-NP。该纳米体系理化性质稳定、包封率较高且可被AML细胞高效摄取,体外可抑制KMT2A重排AML细胞增殖、诱导细胞凋亡、促进髓系分化,具备显著体外抗白血病活性,可为KMT2A重排AML的靶向联合干预提供体外研究新思路,具备良好的基础研究价值。
广东省自然科学基金青年提升资助项目(2023A1515030060)