基于转铁蛋白受体(TfR1)的肿瘤与脑部疾病靶向治疗研究进展

摘要：人转铁蛋白受体（TfR1)在不同组织器官中普遍表达，其主要功能是协助转铁蛋白在细胞和血脑屏障内外转运，维持细胞铁平衡。在肿瘤细胞中以及血脑屏障中，TfR1的表达水平明显高于正常细胞组织，因此，TfR1被认为是肿瘤靶向治疗和脑部疾病靶向治疗的重要靶点。基于TfR1靶向治疗的药物载体主要有转铁蛋白（Tf）、抗TfR1抗体、TfR1结合肽，这些生物大分子能与TfR1特异性结合，结合之后可以通过受体介导的跨胞转运机制进入细胞或穿过血脑屏障。将小分子药与这些载体偶联可以促进许多亲水性的化疗药物或神经治疗药物进入肿瘤细胞或血脑屏障，而许多中枢神经治疗性大分子则主要通过融合蛋白的方式与抗TfR1抗体连接转运进入中枢神经系统。

关键词：转铁蛋白受体；肿瘤靶向治疗；脑靶向给药

Based on the Transferrin Receptor (TfR1) of the Tumor and Brain Disease Progress in Targeted Therapy

SHAO Ming,LIU Yu

(College of Life Science and Technology,China Pharmaceutical University,Nanjing 210009,Jiangsu,China)

Abstract：Human TfR1 was universally expressed in different tissues. The major function of TfR1 was to facilitate delivery of transferrin across cells and blood-brain barrier(BBB). As a result, iron homo-stasis was maintained. TfR1 was recognised as a critical target for tumor and brain disease therapy due to its over expression in tumor cells and BBB. In recent years, drug carriers based on TfR1 recognition were developed such as Transferrin (Tf）, anti-TfR1 antibody and TfR1 binding peptide. These carriers bind to TfR1 specifically and enter into cell or BBB through receptor mediated endocytosis. Chemicals conjugated with these carriers can be facilitated to enter into tumor cells and brain tissue. Therapeutic proteins can be engineered to fused with anti-TfR1 antibody and transported across BBB.

Key words： TfR1; Tumor target therapy;Brain directed delivery

1转铁蛋白受体（TfR1)简介

转铁蛋白受体（TfR1)是一种在不同组织和细胞系中普遍表达的糖蛋白。但在恶性增殖细胞中，TfR1的表达水平明显高于其再正常组织细胞中的表达水平[1-3]。由于TfR1的表达与癌细胞的增殖和肿瘤的发生进程相关，TfR1被认为是肿瘤治疗的重要靶点。除了在肿瘤细胞组织高表达，在血脑屏障中TfR1的表达量也较正常组织高[4]。近些年，TfR1被认为是药物跨血脑屏障转运的重要靶受体，通过靶向血脑屏障表面的TfR1，将特定的药物运送至脑实质，可以改善阿兹海默病、帕金森病和急性中风等疾病的治疗[5]。血脑屏障由内皮细胞、毛细管基底膜、星形胶质细胞终足和嵌入在毛细管基底膜的周细胞组成[6]，许多血液中的化合物包括几乎所有分子量大于1kD的大分子药物和超过98%的小分子药物都很难穿过血脑屏障进入脑实质[7,8]，然而许多大脑所必须的营养物质如转铁蛋白、叶酸、瘦素、胰岛素都能够通过相应的受体或转运体穿过血脑屏障进入脑实质[9-11]。TfR1是由两个分子量约为90kD的亚单元单体组成的同源二聚体。每个单体包括一个大的胞外C-末端结构域，一个单次跨膜结构域和一个短的胞内N-末端结构域[12]，配体结合域位于C-末端（640~760位氨基酸）。在生理环境下，载铁转铁蛋白通过受体介导的跨胞转运机制穿过血脑屏障，在内化之后，载铁转铁蛋白从TfR1中释放并被再循环至细胞膜上[13-15]。目前，已有很多学者采取了基于受体介导的跨胞转运机制运送药物穿过血脑屏障或进入癌细胞，这其中TfR1抗体是药物靶向转运的主要载体。TfR1抗体融合蛋白、TfR1抗体偶联脂质体、TfR1抗体偶联小分子抗肿瘤药等免疫复合物已广泛用于脑靶向给药和靶向抗肿瘤研究。

2 TfR1与靶向抗肿瘤

2.1抗肿瘤TfR1单抗不仅不同类型的TfR1单抗对不同的细胞系的作用有差异，相同类型的TfR1单抗对于不同的细胞系的作用效果也是有差异的。大鼠抗小鼠TfR IgM抗体R17208能够封闭S194/5.XXO.BU.1小鼠骨髓瘤细胞中Fe2+的摄取，从而抑制其增殖，除此之外，对S194/5.XXO.BU.1小鼠骨髓瘤细胞增殖的抑制还涉及到对细胞周期的抑制，研究发现R17208能够将S194/5.XXO.BU.1小鼠骨髓瘤细胞阻断在G2/M期，但是R17208对于小鼠L细胞却没有明显地抑制作用，这可能是由于S194/5.XXO.BU.1小鼠骨髓瘤细胞是造血性肿瘤细胞，对Fe2+的需求比小鼠L细胞更为强烈[16]。与之相似的是REM17 IgM抗体能够阻断Tf的功能，在体内和体外实验中均能够抑制造血性肿瘤细胞的增殖[17,18]。除了IgM抗体，研究者们还开发出了诸多IgG抗体，包括R17217[17]，RL34-14[17]，RR24[17]，C2[19]，然而这些大鼠抗小鼠TfR抗体对造血性肿瘤细胞的增殖并没有起到抑制作用。这些实验结果提示抗体的类型可能对其抗肿瘤效果有着明显地影响，其中IgM抗体较IgG抗体对于造血性肿瘤的抑制作用更为明显，这可能是由于IgM是多价抗体，对TfR的封闭作用更为强烈，干扰了Tf-TfR复合物的内化，故而对Fe2+需求更旺盛的造血性肿瘤细胞对其更为敏感。与此不同的是，一系列小鼠抗人TfR1 IgG单克隆抗体对于诸多造血性肿瘤细胞增殖表现出了较为明显地抑制作用。如E2.3[20]和A27.15[21]对于IL-6依赖性的造血性肿瘤细胞表现出了较为明显地细胞毒作用。值得注意的是，在小鼠抗人TfR1 单克隆抗体中IgM（RBC4）[22]依然对造血性肿瘤的生长表现出了明显地抑制作用，另外，IgA抗体（42/6）[23]对造血性肿瘤细胞具有普遍的细胞毒性，并且这种细胞毒作用较IgG抗体而言更为强烈（但其对实体瘤的抑制作用却最弱），研究表明42/6 IgA单克隆抗体对于肿瘤细胞生长的抑制机制是多样的，包括抑制Tf 与TfR1的结合降低Fe2+的摄取，下调细胞膜表面的TfR1以及将细胞滞留于S-期阻碍其增殖。相对而言，人-鼠嵌合抗TfR1抗体对于肿瘤细胞的抑制机制则相对单一，Anti-hTfR IgG3-Av 和Anti-rTfR IgG3-Av均为IgG3抗体，二者均不阻断Tf与TfR1的结合，但却能够诱导K562细胞和 Y3-Ag1.2.3 and C58细胞的凋亡，从而抑制其增殖[23-31]。随着抗体基因工程技术的发展，越来越多的学者考虑用更小的抗体片段如scFv来替代全抗体，因为scFv既保留了抗体对抗原的亲和力，也大大降低了抗体的分子量，从而能够促进抗体对实体瘤发挥疗效。Ronan Crépin等[32]从噬菌体展示库中分离出了3TF12 和 3GH7两个候选抗TfR1单链抗体，研究结果表明这两个scFv能够拮抗Tf与TfR1的结合，并且能够阻断一系列造血性细胞系的体外增殖，在此基础之上，研究者们又通过抗体工程的方法将这两个scFv制备成了其二价抗体（55kD)，分别命名为F12CH 和 H7CH，二者能够阻断癌细胞的增殖，IC50值达到0.1μg/mL，而在红白血病裸鼠模型中，F12CH给药之后能够减弱肿瘤的生长，表明其对实体瘤具有一定的治疗作用。

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