相较于小分子药, 纳米药的优势在于注射入血液后可以躲过肾脏过滤，在血液中滞留更长时间，从而能更多地蓄积在肿瘤中。然而，囿于其“庞大”的体积，其自身扩散能力却很弱。也就是说，纳米药即便能够积蓄在瘤内，但光靠熟知的肿瘤血管的超通透作用（EPR效应）也无法将携带的药物直接递送到每一个细胞内。为此，近年来出现了连续转胞运（transcytosis）的药物渗透新机制，有望取代EPR效应助力开发更加高效的纳米药物。这一机制的提出者就是浙大化学工程与生物工程学院院长申有青教授，下面，我们总结了申教授的生平经历和代表性研究成果，以飨读者！
申有青，长江学者、国家杰青、浙江大学求是特聘教授、化工学院院长、智能生物材料浙江省重点实验室主任。于1991、1995年分别获浙江大学理学学士和博士学位，获首届《全国优博论文奖》；02年获加拿大McMaster University工学博士学位。02年起任美国怀俄明大学（University of Wyoming）助理教授，07年被破格晋升为tenured副教授，08年受邀回国任浙江大学求是学者教授和生物纳米工程中心主任，获08年的杰青资助, 入选科技部中青年科技创新领军人才、教育部长江学者特聘教授。
申教授主要从事功能高分子合成及其应用于纳米药物的研究，提出了高效肿瘤靶向纳米制剂必具备2R2SP（drug Retention vs. Release，2R）（surface Stealthy vs. Sticky，2S）（tumor Penetration，P）的概念，为肿瘤靶向载体材料的设计明确了方向。在Nature Nanotechnology、Nature Biomedical Engineering、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.和Adv. Mater.等国际著名学术期刊上发表SCI论文500余篇。目前他还兼任美国化学会化工领域top期刊 Industrial and Engineering Chemistry Research（IECR）副主编, Advanced Drug Delivery Review (IF 15) Executive Editor, 中国生物材料学会生物医用高分子分会副主任委员，中国药学会纳米药物专业委员会副主任委员、中国医药生物技术协会生物纳米技术分会副主任委员及多个期刊编委，入选美国Fellow of American Institute of Biological and Medical Engineering (2018)。2015年起连续入选中国高被引学者材料科学榜。
Nat. Nanotech.：化被动为主动——开发肿瘤高效渗透的新型纳米药物
肿瘤内部缺少毛细血管网，有非常致密的细胞外基质和非常高的细胞密度，因此即使是小分子溶质也难以从瘤内扩散出来，也由此导致了瘤内高的渗透压。这些肿瘤组织微环境的特点使氧气这种很小（0.346 纳米）的分子在瘤内也只能扩散100-200 微米处（一到两根头发的直径），药物分子（几个纳米）在肿瘤组织内的扩散已经非常有限，相对来说体积巨大（粒径一般在几十甚至上百纳米）的纳米药物在瘤内也就难以移动。因此，纳米药物自身大尺寸的因素和肿瘤组织结构特点导致了目前临床用纳米药物即使能够蓄积在瘤内，也难以在瘤内渗透扩散开来到达血管远处的肿瘤细胞，也就无法完成输送过程的入胞和胞内释放两步，导致疗效不理想，这也是众多新开发的纳米药物临床实验失败的重要原因。
浙江大学申有青教授团队和加州大学洛杉矶分校顾臻教授团队合作利用肿瘤血管的内皮细胞上及血管附近肿瘤细胞高表达γ-谷氨酰转肽酶（GGT）的特点，设计合成了GGT响应性的聚合物PBEAGA及其与化疗药物喜树碱（CPT）的偶联物PBEAGA-CPT。PBEAGA以离子对型的γ-谷氨酰基为侧基，因而具有高水溶性和电中性及与金标准聚乙二醇（PEG）相当的长血液循环时间。到达肿瘤部位之后，细胞表面的GGT水解掉聚合物上的γ-谷氨酰基而产生胺基，使聚合物带上正电荷，促使血管表皮细胞或者肿瘤细胞快速内吞阳离子化的偶联物，进而触发转胞吞作用和在肿瘤组织内的跨细胞传递。体内渗透实验表明，纳米药物经尾静脉注射十分钟后，PBEAGA-CPT的红色荧光就已经外渗出肿瘤毛细血管并遍布整个肿瘤区域，不到一小时后整个肿瘤组织内的药物浓度就和肿瘤血管内的浓度相当。可见这种依赖细胞耗能的内吞/外排的主动渗透策略能赋予纳米药物在实体瘤中快速渗透分布的能力。研究者用多种动物模型考察了PBEAGA-CPT在体内的抑瘤效果，结果表明，尾静脉注射的PBEAGA-CPT不仅能完全治愈小肿瘤，而且也能使难以治疗的的大肿瘤和原位胰腺癌迅速萎缩。这种化被动渗透为主动渗透的策略，使纳米药物避开了肿瘤组织致密微环境构成的天然生物屏障，克服了纳米药物大尺寸导致扩散能力低的天然缺陷，有望解决纳米药物在肿瘤组织内渗透难的问题，为下一阶段纳米药物的设计开辟了新的思路。
文献链接：
https://www.nature.com/articles/s41565-019-0485-z
Nat. Biomed. Eng.：具有细胞膜亲和力的两性离子-药物结合物具有增强的肿瘤渗透性和血液循环能力
纳米医学作为一种可能彻底改变癌症治疗的候选策略已被研究者们广泛研究。例如白蛋白-紫杉醇、脂质体封装的伊立替康等可以通过复杂的给药过程减轻药物的不良反应并提高治疗效果。然而，到目前位置抗癌纳米药物的临床治疗效果远低于预期。这是因为有效的抗癌药物递送需克服一系列复杂的生理和病理障碍，包括在血液中长时间循环、肿瘤处蓄积，并被肿瘤细胞内吞，最终释放抗癌药物。研究者们通过在纳米药物表面修饰防污聚合物(如PEG)、聚两性离子或仿生细胞膜来延长其在血液中的循环时间，进一步在表面功能化能与癌细胞结合的配体以增强癌细胞内吞。然而这些纳米药物结构的复杂性使其体内表征及制备都受到限制，难以实现临床的转化。因此，设计制备具有简单结构的纳米药物并保证其各项功能至关重要。
浙江大学申有青教授带领的团队发现可结合细胞纳米载体可以利用吸附介导的胞外吞噬(AMT)来有效地渗透和穿透肿瘤，因此，他们认为一种不粘蛋白但能与细胞结合的纳米药物，可以延长其在血液循环中的寿命，从而能够有效地传递抗癌药物。这种纳米药物设计的关键方面是对蛋白质的不粘性和适当的细胞结合亲和力，因为血液中蛋白质的吸附会迅速诱导免疫系统的调理和快速清除。而与细胞的强结合又会导致血液凝块和红细胞的聚集，使纳米药物无法转移到肿瘤毛细管内皮细胞进行外渗。在以上研究的基础上，该团队进一步发现，含有三级胺氮氧结构的两性离子聚合物OPDEA与蛋白质的不黏附且与磷脂的相互作用也很弱，因此将小分子抗癌药物与聚两性离子poly(2-(N-oxide-N,N-diethylamino)ethyl methacrylate)结合制备的纳米胶束具有较长的血液循环半衰期，并可与细胞膜进行可逆结合，表现出高效的药物递送能力。不同于利用复杂结构整合不同功能的抗癌药物，聚两性阳离子OPDEA凭借其与蛋白质的不粘性和弱的的磷脂结合特性为高效抗癌药物递送提供了新的策略。它能够使抗癌药物在血液中的循环时间延长、具有高效的肿瘤蓄积，增强的肿瘤内渗及细胞内吞作用。这些能力使基于OPDEA的纳米药物在临床上的转化及应用表现出巨大潜力。
文献链接：
https://www.nature.com/articles/s41551-021-00701-4
Nat. Biomed. Eng.：具有先天抗癌和抗转移活性的无细胞毒性树枝状大分子
树枝状大分子的结构完善性和多价性使其通过外围功能化、核形成结构的调节和树枝状聚合物的生成而可用于生物降解和生物活性应用。然而，只有少数树枝状大分子显示出由其内部重复单元所产生的固有治疗活性。
浙江大学申有青教授等人报道了一种聚酰基硫脲树状大分子（PATU），该大分子具有固有的强大抗癌活性，并且在小鼠中没有展现出细胞毒性副作用。研究首先使用异硫氰酸盐（R-NCS）与胺反应生成硫脲部分，随后利用正交的单体对——2，2-双（甲基丙烯酰氧基甲基）丙酰基异硫氰酸酯（BMAITC）/半胱胺（CA）构建了PATU，最后进一步聚乙二醇功能化PATU（PATU-PEG）以改善其水溶性。研究显示，PATU-PEG在体内表现出较低的急性和亚急性毒性，同时又能有效抑制肿瘤生长和转移。该树枝状大分子的体内抗癌活性源于生物可利用铜的耗竭以及随后对血管生成和细胞增殖的抑制。PATU-PEG具有与铜螯合的优异能力，可由此下调VEGF的表达和新生血管形成以及丝裂原活化蛋白激酶途径，导致肿瘤生长停滞和细胞凋亡促进。与一些临床使用的细胞毒素药物相比，树状大分子通过非细胞毒性途径发挥固有的抗癌活性，并发挥更高的治疗效果，同时也不会产生细胞毒素诱导的副作用。
文献链接：
https://www.nature.com/articles/s41551-017-0130-9
Nat. Commun.：共递送IOX1和阿霉素实现不依赖抗体的癌症化学免疫治疗
抗程序性细胞死亡-1（PD-1）/程序性细胞死亡配体1（PD-L1）的抗体目前在临床上可用于阻断PD-1/PD-L1免疫检查点，这逆转了T细胞功能障碍/衰竭，并显示出有效的癌症治疗效果。然而，大型抗体的肿瘤渗透性差和肿瘤免疫抑制微环境导致免疫检查点阻断（ICB）治疗对约40%的黑色素瘤和实体瘤无效。
有鉴于此，浙江大学申有青教授等人报道了一种组蛋白去甲基化酶抑制剂，5-羧基-8-羟基喹啉（IOX1），它可抑制肿瘤组蛋白去甲基化酶JMJD1A，从而下调其下游的β-连环蛋白和PD-L1，提供了一种阻断PD-1/PD-L1检查点的抗体非依赖性模式。此外，IOX1还可以通过JMJD1A/β-catenin/P-gp途径抑制癌症细胞的P-糖蛋白（P-gp），并大大增强阿霉素（DOX）诱导的免疫刺激性免疫原性细胞死亡。结果显示，IOX1和DOX的组合大大促进了T细胞的浸润和活性，并显著降低了肿瘤免疫抑制因子。IOX1和DOX的脂质体化制剂减少了各种小鼠肿瘤的生长，包括皮下肿瘤、原位肿瘤和肺转移肿瘤，并提供了对抗肿瘤再激发的长期免疫记忆功能。这项工作提供了一种基于小分子的强效癌症化学免疫疗法。
文献链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-021-22407-6
JACS：酸活化细胞穿透肽用于体内肿瘤靶向药物递送
细胞穿透肽（CPPs），如转录反式激活剂（TAT）肽，长期以来一直被探索用于促进体外细胞穿透和各种货物的核靶向，但它们的正电荷会引起强烈的非特异性相互作用，使其不适用于许多体内应用。
浙江大学申有青教授等人基于TAT提出了一种分子修饰方法，用于抑制CPPs在血液中的非特异性相互作用，同时重新激活它们在靶组织或细胞中的功能。TAT赖氨酸残基的胺被酰胺化为琥珀酰酰胺（aTAT），从而完全抑制TAT在血液室中的非特异性相互作用；而一旦进入酸性肿瘤间质或内化为细胞内/溶酶体，aTAT中的琥珀酰酰胺就会迅速水解，完全恢复TAT的功能。因此，aTAT功能化的聚（乙二醇）-嵌段聚（ε-己内酯）胶束在血液中实现了长时间循环，并有效地富集阿霉素并将其输送到肿瘤组织，从而产生高抗肿瘤活性和低心脏毒性。因此，这种酰胺化策略有效实现了CPPs的体内应用。
文献链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ja311180x
Angew：具有可调电荷反转特性的氨基肽酶N -响应偶联物用于高效肿瘤积累和渗透
肿瘤酶响应性电荷逆转载体可以诱导有效的胞吞作用，并导致有效的肿瘤浸润和强大的抗癌功效。然而，分子结构与电荷逆转特性、肿瘤穿透和药物递送效率的相关性尚不清楚。
浙江大学申有青教授和周珠贤副教授等人合成了氨肽酶N（APN）反应偶联物来研究这些相关性。研究发现，单体单元结构和聚合物链结构决定了酶促水解和电荷逆转速率，并相应地决定了APN响应性偶联物的转运、肿瘤积聚和渗透。具有温和APN响应性的偶联物平衡了体外跨细胞作用和体内整体药物递送过程，并实现了最佳的肿瘤递送效率，具有强大的抗肿瘤功效。这项工作为设计用于有效癌症药物递送的肿瘤酶响应电荷反向纳米药物提供了新的见解。
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202217408
AM：蛋白冠会阻碍纳米药物的靶向能力？没关系，超声照一照就能解决
配体/受体介导的靶向药物递送已被广泛认为是提高纳米药物临床疗效的一种极具前景的策略。然而，在体内递送时，血浆蛋白会在纳米颗粒表面结合形成蛋白冠（protein corona），从而减弱这一靶向递送的效力。
为了克服这一现象，浙江大学黄品同教授/申有青教授和周珠贤副教授等人发现，利用超声空化现象实现超声（US）诱导的脂质体重组可用于清除脂质体纳米颗粒上的表面血浆蛋白冠。为了证明该方法的可行性和有效性，作者开发了负载吉西他滨（GEM）和全氟戊烷（PFP）的、可靶向细胞转胞吞作用肽修饰的可重构脂质体（LPGL），并验证了其用于癌症靶向治疗的能力。在血液循环中，由于血浆蛋白冠的存在，靶向肽会失活而失去靶向能力。而一旦它们到达肿瘤血管，超声通过液-气相变可诱导LPGL从纳米滴转化为微泡，并通过重组脂质膜去除表面蛋白冠。活化脂质体恢复了识别肿瘤新生血管上受体的能力，启动了配体/受体介导的转运，从而实现有效的肿瘤富集和渗透，并在患者来源的异种肿瘤移植模型中产生有效的抗肿瘤活性。这项研究为解决蛋白冠流体生物屏障提出了一种有效的策略，同时也为开发用于活性肿瘤运输和有效癌症治疗的转细胞靶向脂质体开辟了新的机会。
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202207271
AM：首个具有黏液穿透和细胞结合能力的多两性离子胶束可作为口服纳米药物递送癌症药物
口服给药的抗癌纳米药物因其易于重复给药而备受欢迎，但由于目前的纳米药物无法同时克服强大的粘液和绒毛屏障，因此生物利用度非常低（BA），因此尚不可行。
浙江大学申有青教授/邵世群研究员和北京大学李子臣教授合作提出了第一个能够快速粘液渗透和绒毛吸收并有效向肿瘤递送紫杉醇（PTX）的聚合物胶束，其治疗效果甚至优于静脉注射的聚乙二醇基对应物或游离PTX。聚[2-（N-氧化-N，N-二乙基氨基）甲基丙烯酸乙酯]（OPDEA）是一种水溶性两性离子，不易被蛋白质和其他生物大分子（如粘蛋白）所污染，但可与磷脂进行弱结合。因此，其与聚ε-己内酯的嵌段共聚物（OPDEA-PCL）的胶束可以有效地渗透通过粘性粘液并与绒毛结合，从而触发细胞转胞吞作用介导的跨上皮转运进入血液循环以进行肿瘤积聚。口服给药的胶束将PTX递送至肿瘤，有效抑制HepG2和患者来源的肝细胞癌异种移植物和三阴性乳腺肿瘤的生长。这些结果表明，基于OPDEA的胶束可以作为一种有效的口服纳米药物，用于递送其他小分子甚至大分子。
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202109189
AM：疏水化复合物的剂量无关性转染行为
阳离子聚合物可动态地将DNA复合成复合物（polyplexes）。因此，在稀释后，多肽很容易解离并失去转染能力，限制了其体内系统性基因递送应用。
浙江大学申有青教授等人发现，polyplexes的稳定性和内吞途径决定了其转染剂量依赖性。亲水性聚阳离子polyplexes具有剂量依赖性的完整性和溶酶体运输内吞作用；在低剂量下，这些polyplexes大多会解离，剩下的少数被内化并捕获在溶酶体中，从而丧失了转染能力。相反，具有最佳疏水性的聚阳离子polyplexes即使在低浓度下也可保持整合，并通过大胞饮作用直接进入细胞，逃避溶酶体进入胞质溶胶中，因此每个polyplexes都可以完成其感染过程，导致与病毒载体一样的剂量无关的DNA转染。此外，调节的疏水性平衡了阴离子聚（γ-谷氨酸）（γ-PGA）对polyplexes表面的亲和力，使γ-PGA能够作为屏蔽层粘附在polyplexes表面，并在细胞膜上时发生剥离行为，释放出裸polyplexes进行剂量无关的转染。这些发现可能为开发模拟病毒载体的剂量非依赖性转染的polyplexes以进行有效的体内基因递送提供指导。
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202102219
AM：首创！肿瘤相关巨噬细胞和肿瘤细胞双转染复合物实现高效白细胞介素-12肿瘤基因治疗
白细胞介素12（IL12）是一种有效的促炎趋化因子，可促进细胞毒性T细胞介导的癌症细胞杀伤。但其临床转化受到缺乏能够有效转染肿瘤以产生足够的局部IL12的系统基因递送载体的限制。巨噬细胞可固有地分泌IL12，而肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）是主要的肿瘤成分，占到达肿瘤的载体的很大一部分。因此，有效转染癌症细胞和TAM的基因载体有望使肿瘤产生足够的IL12；然而，TAMs的基因转染由于其固有的强降解能力而极具挑战性。
浙江大学申有青教授和国家纳米科学中心Ying Liu/陈春英研究员合作设计了一种基于酶酯反应的IL12基因递送载体APEG-LP/pIL12，其可有效转染癌症细胞和TAM，使这两种细胞成为IL12生产的工厂，从而有效激活抗癌免疫反应并重塑肿瘤微环境（可将M1/M2比率增加四倍以上）。因此，在三种系统毒性可忽略不计的动物模型中，静脉注射该载体可延缓肿瘤生长并使存活率翻倍。这项工作报道了第一个有效利用巨噬细胞和肿瘤细胞的非病毒IL12基因递送系统。
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202006189
来源：BioMed科技
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