分享一篇近期发表在ACS Macro Letters上的研究进展，题为Mimics of Host Defense Peptides Derived from Dendronized Polylysines for Antibacterial and Anticancer Therapy。这篇文章的通讯作者是同济大学的周春才教授和何晶副教授。
恶性肿瘤已经成为大多数国家和地区的重大公共健康问题，而肿瘤微环境中的细菌不仅会促进癌症发展，还可能引发各种并发症，但是大多数针对癌细胞的传统化疗药物无法清除细菌。因此，开发具有抗菌和抗癌双重活性的药物对于肿瘤治疗至关重要。天然宿主防御肽（HDP）为克服传统化疗药物的局限性提供了一种可能的解决方案，例如LL-37和蜂毒肽因其膜溶解性而表现出同时清除细菌和癌细胞的能力。然而，天然HDP具有稳定性差和复杂的系统毒性，限制了其临床应用。
相比于线型聚合物，树枝状聚合物具有更长的体内半衰期且与细胞膜有更强的亲和力。本文中，作者设计了一种HDP的树枝状聚合物衍生模拟物（DM），其特点是树枝状聚赖氨酸作为核心提供正电荷，并且修饰聚己内酯（PCL）以提高生物相容性，能够通过与HDP相似的膜溶解机制清除癌细胞和细菌（图1）。
图1. HDP的两亲性阳离子DM通过非特异性膜溶解机制清除肿瘤细胞和细菌
如图2所示，作者以商业化的ε-聚赖氨酸为原料，经过重复偶联与脱保护过程合成了树枝状聚赖氨酸（DGm，m表示聚赖氨酸的代数）。随后，为模拟天然HDP的两亲性，作者通过异氰酸酯基团与氨基之间的偶联反应，引入了PCL作为疏水臂，最终合成了一系列具有不同亲疏水成分比例的HDP模拟物DG3Mn（n表示PCL臂的数量）。GPC曲线和1H NMR谱图能够证明树枝状聚赖氨酸与PCL臂的成功合成，同时zeta电位表明DM保留了大量的正电荷，有助于进一步与细胞膜结合。
研究表明，金黄色葡萄球菌会改善肺癌细胞的代谢活性。因此，作者研究了DM在体外清除金黄色葡萄球菌（ATCC29213）和人肺癌细胞（A549细胞）的能力。结果表明，DG3和DM都表现出优异的抗菌活性，最小抑菌浓度（MIC）均低于8 μg/mL（图3a）。更重要的是，经过长时间共培养后，DG3M2仍对金黄色葡萄球菌保持恒定的MIC（图3c），表明其对诱导耐药性的低敏感性。
半抑制浓度（IC50）和癌细胞活力分析结果表明，DM可以持续杀灭癌细胞，其中DG3M2表现出最强的抗癌活性，并且对人肺成纤维细胞（HLF）未表现出明显毒性（图3d-e）。此外，作者还以诱导20%绵羊红细胞破裂的浓度（HC20）为指标评估了DG3和DM的细胞毒性，结果表明DG3表现出显著细胞毒性，但是DM因修饰有PCL而使其细胞毒性明显降低（图3f）。
鉴于阳离子两亲性DM优异的体外性能，作者尝试进一步研究其抗菌和抗癌机制。SEM图像表明，经DG3M2处理的金黄色葡萄球菌和A549细胞出现了明显凸起，证实了膜溶解过程（图4a）。另外，细胞活死染色结果表明，当DG3M2浓度为250 μg/mL时，几乎所有的癌细胞都被清除，并且几乎所有的HLF都存活，证明了DG3M2具有优异选择性。最后，流式细胞术测定结果中，早期凋亡细胞的低百分比表明DG3M2主要通过膜损伤来清除癌细胞，而不是通过诱导细胞凋亡（图4c-d）。
通过建立A549肿瘤模型，作者尝试去验证DG3M2在体内能够保持其优异的抗菌、抗癌活性以及高选择性。结果表明，与PBS对照组相比，DG3M2能够显著抑制肿瘤生长，期间未观察到小鼠体重的显著变化，并且肝脏和肾脏染色结果表明DG3M2对小鼠组织的损伤可以忽略不计（图5c-f）。
总的来说，作者设计了一种HDP的阳离子两亲性模拟物，由树枝状聚赖氨酸核心与PCL臂组成，具有抗菌、抗癌双重活性以及高选择性，为临床癌症治疗提供了一种新的途径。
DOI: 10.1021/acsmacrolett.4c00187
Link: https://doi.org/10.1021/acsmacrolett.4c00187
