靶向SR-B1受体作为癌症治疗和成像的通道

摘要

背景

高密度脂蛋白（HDL）因其对动脉粥样硬化的保护作用而被指定为“良好的胆固醇”载体。高密度脂蛋白水平升高的有益影响归因于几个因素，包括参与胆固醇逆向转运、抗氧化作用和抗炎功能(Miller等人，1985年;Navab等人，1991年,2000年,b条,2001). 在胆固醇逆向转运过程中，高密度脂蛋白清除多余的外周胆固醇，并将其引导至肝脏进行处置（或再循环），至少部分由清道夫受体B类1型（SR-B1；图​图1A1安培). 在代表多种恶性肿瘤的几组癌症患者中发现血浆胆固醇水平降低（尤其是低HDL胆固醇水平）(Rose等人，1974年;Fiorenza等人，2000年;Shah等人，2008年;Muntoni等人，2009年). 关于癌症患者HDL胆固醇水平降低的机制，一些报告发现SR-B1受体的过度表达是潜在的原因(Lacko等人，2002年;Mooberry等人，2010年;

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图1

高密度脂蛋白的生理作用是通过肝脏清除多余的组织胆固醇。（A）在第1阶段，富含胆固醇的HDL被细胞表面的SR-B1受体捕获。（B）在第2阶段，HDL通过SR-B1将胆固醇酯载体直接输送到细胞质中。（C）在第3阶段，耗尽的HDL颗粒释放到血液中。大多数癌症患者的血液胆固醇低于正常水平，尤其是高密度脂蛋白（或良好）胆固醇。图片由Andras Lacko提供；完整的动画视频可在https://www.youtube.com/watch？v=q0YiPqmsXRg.

Shahzad等人，2011年;de Gonzalo Calvo等人，2015年;Li等人，2016年;袁等，2016). 因此，需要解决的关键问题之一是SR-B1受体功能增强可能在多大程度上导致大多数癌症患者的高密度脂蛋白胆固醇水平显著降低，因为SR-B1在恶性和转移性生长发展中的确切作用尚待阐明。多项研究的结果(Cruz等人，2013年;Yang等人，2013)提示向快速生长的恶性细胞输送胆固醇，由过度表达的SR-B1受体促进，至少对某些肿瘤类型至关重要。曹等（2004）另一方面，当CLA-1（SR-B1）受体的羧基末端发生突变时，乳腺癌异种移植物无法生长，而其他研究表明SR-B1受体的羧端区域并不直接参与胆固醇转运(Connelly等人，2001年;曹等人，2004). 虽然SR-B1受体参与致癌的机制尚不清楚，但SR-B1的表达可能预示着癌症患者的预后和生存前景，因此可能作为特定恶性肿瘤的重要诊断生物标记物发挥作用。

高密度脂蛋白代谢和受体，特别强调清道夫受体

循环高密度脂蛋白的前体在肝脏中产生，随后释放到循环中。这些是缺乏胆固醇的盘状结构，主要由载脂蛋白A-I（apo A-I）和磷脂组成(Hamilton等人，1976年). 接下来，ATP-结合盒蛋白ABCA-1有助于从外周组织中加载含有过量胆固醇的新生盘状HDL。在高密度脂蛋白中逐渐积累的胆固醇随后被卵磷脂胆固醇酰基转移酶（LCAT）酯化，生成成熟的球形高密度脂素颗粒，其核心区域扩大，主要含有胆固醇酯。虽然载脂蛋白A-I是高密度脂蛋白的主要蛋白质成分，但它从其他脂蛋白中获得其他载脂蛋白，包括载脂蛋白A-II、载脂蛋白A-IV、载脂细胞C-III或载脂蛋白E。各自的载脂蛋白可能促进HDL与几个脂蛋白受体的相互作用(Alaupovic等人，1972年;斯坎努，1972年;斯坎努与智慧，1972年;Schmitz和Mollers，1994年;菲奇，1999).

与涉及整个脂蛋白颗粒内吞摄取的低密度脂蛋白（LDL）胆固醇的传递不同，来自HDL的大多数胆固醇经历一个被称为选择性脂质摄取的过程，该过程由SR-B1受体促进，仅涉及从HDL复合物中去除胆固醇酯(图​图1B1B年). 随后的步骤包括通过一种称为后内吞作用的过程释放现已耗尽胆固醇的高密度脂蛋白(Pagler等人，2006年;Sun等人，2006年). 因此，高密度脂蛋白的蛋白质组分不会内化，但仍（至少暂时）与质膜结合(图​图1C1摄氏度).

质膜蛋白SR-B1是小鼠HDL受体(Acton等人，1996年). 人类同源物被称为CD36和LIMPII类似物-1（CLA-1）。人类HDL受体由509个氨基酸组成，表观分子量为85 kDa，包括通过N-连接糖基化连接到多肽部分的碳水化合物部分(卡尔沃等人，1997年). SR-B1的表达在参与胆固醇代谢或类固醇激素合成的组织中最为显著，包括肝脏、肾上腺、卵巢和睾丸(Landschulz等人，1996年;卡尔沃等人，1997年;Arenas等人，2004年;Shahzad等人，2011年). 然而，除了作为HDL受体，促进HDL的选择性脂质摄取外，SR-B1还被证明是LDL、VLDL、氧化LDL和乙酰化LDL的高亲和力受体(卡尔沃等人，1997年).

SR-B1选择性摄取脂质的机制尚待详细描述。SR-B1的已知结构域包括一个短的N端细胞内区域、一个N端跨膜结构域、一个形成细胞外环的富含半胱氨酸的区域、一个中端跨膜区域和一个C端细胞内结构域(克里格，1999年). 据推测，SR-B1形成一个“疏水通道”，允许亲脂HDL成分进入细胞(Rodrigueza等人，1999年). 文献中的报告试图描述各自的功能域及其对HDL结合和选择性脂质摄取的具体贡献。在CD36和SR-B1结构域之间创建嵌合受体的研究表明，SR-B1的N端和C端跨膜和细胞质结构域对选择性脂质摄取都不是必需的。选择性脂质摄取的功能被发现是SR-B1胞外区的任务(Connelly等人，2001年). SR-B1的胞外结构域包含六个半胱氨酸残基，在小鼠、大鼠、仓鼠、兔子、猪、牛、狗和人类亚型中高度保守(Hu等人，2011年). 在突变分析中，发现一些半胱氨酸残基干扰细胞表面定位和选择性脂质摄取，可能是由于形成异常的二硫键和蛋白质错误折叠所致(Hu等人，2011年).

SR-B1受体在肿瘤细胞中的表达及其潜在作用

血管生成

高密度脂蛋白通过MAPK途径诱导人冠状动脉内皮细胞内皮管形成和血管生成(Miura等人，2003年).Seetharam等人（2006年）结果表明，SR-B1介导的PI3K/Akt/MAPK通路激活了内皮细胞迁移。这种作用在SR-B1基因敲除小鼠中受损(Seetharam等人，2006年). 在低氧条件下，HDL通过SR-B1刺激PI3K/Akt通路，导致低氧诱导因子-1α（HIF-1α；图​图22). 其结果是激活VEGF的转录并诱导血管生成，这可以通过转导含有抗SR-B1 shRNA的慢病毒来抑制(Tan等人，2014年). SR-B1的突变分析发现，改变一个跨膜结构域中的关键谷氨酰胺残基会干扰p38/MAPK信号传导。在小鼠模型系统中，突变SR-B1不能增加内皮细胞丰度或刺激血管生成，即使HDL激活(Saddar等人，2013年). 在炎症介导的血管生成中，HDL和SR-B1似乎发挥抑制作用(McGrath等人，2009年).

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图2

正常低氧诱导血管生成的SR-B1信号通路。HDL和SR-B1的相互作用激活PI3K/Akt途径，导致HIF-1α转位到细胞核并转录VEGF。高密度脂蛋白治疗和SR-B1的过表达已被证明激活肿瘤细胞中的PI3K/Akt通路，并刺激增殖和迁移。

与HDL和SR-BI一样，肿瘤通常通过PI3K/Akt激活和HIF-1α途径利用血管生成的信号机制(卡拉尔和梅蒂，2011年). 一些研究已经确定SR-BI和PI3K/Akt途径之间的联系，但SR-BI影响血管生成的机制尚不清楚。Danilo等人（2013）发现与SR-B1敲除肿瘤相比，携带MDA-MB-231异种移植物的小鼠在对照肿瘤中的微血管密度显著增加。在前列腺癌TRAMP小鼠模型中，喂食高脂肪、高胆固醇西式饮食的小鼠降低了血浆HDL胆固醇水平，增加了SR-B1的肿瘤表达，并增加了肿瘤血管生成(Llaverias等人，2010年).

这些关于胆固醇代谢、信号机制、增殖、迁移和血管生成的研究已经用癌细胞、小鼠模型中的肿瘤异种移植物以及前列腺癌和乳腺癌的患者肿瘤样本进行。文献中关于SR-B1和癌症的大多数发现都集中在乳腺癌和前列腺癌上。将这些研究的重点扩大到其他类型的肿瘤，将有助于阐明SR-B1受体的作用以及控制癌症增殖、迁移、侵袭和血管生成的相关信号机制。

SR-B1作为肿瘤预后和生存的预测因子

清道夫受体B类1型（SR-B1）是一种促进从循环脂蛋白（主要来自HDL）中摄取胆固醇酯的HDL受体。最近的研究表明，SR-B1的表达水平与乳腺癌和前列腺癌的侵袭性和不良生存率相关(Schörghofer等人，2015年;袁等，2016). 此外，基因组数据显示，根据癌症类型，SR-B1的高表达或低表达可能会促进不良生存。本节重点介绍SR-B1作为特定类型癌症的诊断和预后生物标记物，通过评估进展和生存率来定制个体治疗，从而为癌症患者带来更好的结果。

SR-B1在多种恶性细胞系如乳腺癌、前列腺癌、卵巢癌、胰腺癌、鼻咽癌和结直肠癌中的表达升高(Martin等人，1999年;曹等人，2004;Shahzad等人，2011年;Twiddy等人，2012年;Zheng等人，2013). 在人类乳腺癌中，异种移植研究中发现恶性组织中的SR-B1蛋白水平高于无癌周围组织(曹等人，2004). 此外，HDL受体的突变减弱了MCF-7细胞的增殖(曹等人，2004). 同样，另一项研究表明，50%以上的乳腺癌组织中SR-B1高表达，这与肿瘤较大、淋巴结转移和总生存率降低显著相关(袁等，2016). 此外，SR-B1 mRNA和蛋白水平较高的乳腺癌显示肿瘤内胆固醇酯积聚增加，这与患者的侵袭性和预后不良有关(de Gonzalo-Calvo等人，2015年). 同样，在小鼠模型中，SR-B1的敲除显著减小肿瘤大小，并减少细胞增殖和迁移在体外本研究还确定了HDL-SR-B1和Akt之间的联系，其中HDL胆固醇酯刺激的乳腺癌细胞表现出持续增殖、迁移/侵袭和随后的肿瘤生长(Danilo等人，2013年). 综上所述，这些研究揭示了SR-B1作为乳腺癌治疗的预后标志物和治疗靶点的关键作用。

通过SR-B1从HDL中摄取胆固醇酯有助于许多重要的细胞功能，如雄激素的产生。因此，SR-B1的敲除被证明会降低前列腺癌细胞中前列腺特异性抗原（PSA）的水平和细胞活力(Twiddy等人，2012年). 前列腺癌组织切片的mRNA微阵列文件和免疫组化分析Schörghofer等人（2015）发现SR-B1 mRNA和蛋白的表达与前列腺癌的进展和转移呈正相关。研究表明，SR-B1在高Gleason分级前列腺肿瘤中的表达高于低Gleason等级前列腺肿瘤(Schörghofer等人，2015年). 此外，SR-B1的表达和参与雄激素合成的酶显示出正相关，表明SR-B1可能在建立雄激素独立性方面具有潜在作用(Schörghofer等人，2015年). 此外，在鼻咽癌（NPC）中，SR-B1在75%的临床NPC样本和所有检测的NPC细胞系中过度表达，而SR-B1的表达在周围的非恶性上皮细胞中较低，表明SR-B1可能是NPC的生物标志物(Zheng等人，2013).

有趣的是，使用R2基因组分析和可视化平台生成Kaplan–Meier生存曲线¹结合公开获取的微阵列数据，证实了神经母细胞瘤、尤因肉瘤、膀胱癌、乳腺癌和骨髓瘤中SR-B1高表达与预后不良的相关性(Pawitan等人，2005年;Hanamura等人，2006年;Molenaar等人，2012年;Sjodahl等人，2012年). 然而，在卵巢癌、骨肉瘤、B细胞淋巴瘤和肺癌中观察到相反的情况(图片等，2006年;Kuijjer等人，2012年;Lisowska等人，2014年)特别是低SR-B1与低生存率相关。考虑到SR-B1表达调控的复杂性，很难假设观察到的SR-B1的表达变化与患者生存相关的机制。也许转录因子如p53、STAT蛋白和c-myc在调节SR-B1表达中起作用(Gutierrez-Pajares等人，2016年)从而影响致癌和转移。或者，miR-125和miR455等微小RNA可能会降低恶性肿瘤中SR-B1mRNA和蛋白质水平的表达，就像它们在类固醇生成组织中一样(胡等，2012). 因此，所有这些因素（单独或共同）都可以解释观察到的SR-B1表达变化及其与患者总体生存率的相关性。

SR-B1作为药物输送的网关

HDL作为过量胆固醇从外周细胞向肝脏的促进剂，在胆固醇逆向转运中的第一个决定性作用由格洛姆塞特（1968）在这个过程中，来自循环HDL颗粒的胆固醇可以通过受体介导的机制被摄取，可以直接从HDL通过SR-B1摄取，也可以在胆固醇酯从HDL转移后由LDL受体摄取(Besler等人，2012年). 通过LDL和SR-B1受体摄取HDL有效负荷的主要差异在于，LDL介导的操作是内吞性（非特异性），而SR-B1介导的摄取是非内吞性的（高度特异性）。在随后的过程中，脂蛋白特异性地结合到细胞表面，直接在细胞内传递疏水性物质，而不将脂蛋白外壳内化。这种机制绕过网状内皮系统和溶酶体有效载荷（包括药物）的暴露，因此，与LDL受体用于药物输送的内吞过程相比，它更为可取(Bricarello等人，2011年;Ng等人，2011年;Cruz等人，2013年;McMahon等人，2015年).

由于脂蛋白（尤其是HDL）具有由蛋白质组分稳定的磷脂单层的独特结构，覆盖着牢固的内部疏水核心，因此被认为是天然纳米载体，可通过SR-B1网关将疏水化合物（包括抗癌药物）窝藏和运输至癌细胞和肿瘤。(参赞和波兰德，1982年;Bijsterbosch和van Berkel，1990年;Bijsterbosch等人，1994年;费尔斯通，1994年;Lacko等人，2007年;Bricarello等人，2011年).Silvente-Piorot和Poirot（2012年）已经证明，致癌和肿瘤发展对细胞胆固醇代谢的改变有着巨大的影响。作为一种反响，SR-B1受体在大多数恶性细胞中的表达增强(Shahzad等人，2011年)以满足他们对提高增殖率的胆固醇需求(Mooberry等人，2010年;Ng等人，2011年;Shahzad等人，2011年;Zheng等人，2013). 因此，SR-B1受体很有可能成为不同类型癌症的生物标记物。几项研究表明，与健康受试者相比，恶性细胞对胆固醇的需求增加，导致癌症患者的高密度脂蛋白胆固醇水平降低(Lacko等人，2007年;Ng等人，2011年). 使用定量实时PCR技术，Shahzad等人（2011年）与正常组织相比，乳腺癌、卵巢癌、结直肠癌和胰腺癌的大多数肿瘤样本中SR-B1受体的表达显著增加(Shahzad等人，2011年). SR-B1介导的过程也已被证明在癌细胞从重组高密度脂蛋白（rHDL）摄取抗癌剂中发挥作用(McConathy等人，2008年;Mooberry等人，2010年;Sabnis等人，2012年;沈等，2014;Song等人，2015年). 在SR-B1过度表达的前列腺癌细胞中，通过Mooberry等人（2010年）其中SR-B1介导的药物进入占这些细胞紫杉醇掺入总量的82%。在另一项研究中，使用合成HDL金纳米粒子模板的构造，Yang等人（2013）研究表明，与天然HDL类似，仿生HDL-NPs可以被配制成靶向淋巴瘤细胞中的SR-B1受体。此外，通过对SR-B1结合的差异化操作和限制胆固醇输送，他们显示了淋巴瘤细胞的凋亡诱导(Yang等人，2013).

SR-B1作为显像剂输送管道

由于脂蛋白能够在其核心区域优先结合疏水性化合物，因此脂蛋白被公认为提供止痛药的平台。rHDL样颗粒已被开发用于通过对比增强MRI成像动脉粥样硬化(Frias等人，2004年). 在本研究中，从人血浆中提取的载脂蛋白a-I与市售磷脂重组，磷脂与钆（Gd）螯合物偶联，使颗粒在MRI中可见。此外，脂质单层中含有一个绿色的两亲荧光团7-硝基-2-1,3-苯并二唑-4-基（NBD-DPPE），用荧光技术进行检测。注射了这种制剂的载脂蛋白E基因敲除小鼠的腹主动脉MRI扫描显示，rHDL在主动脉壁上显著积聚。扩展此方法，Cormode等人（2008年）开发了一种合成的HDL/apoA-I模拟纳米粒子，该纳米粒子由脂类和apoA-1衍生的两族α螺旋肽37pA组成。这些纳米粒子由钆螯合物和基于脂质的荧光团罗丹明-PE组成，进入磷脂层，使其适合于MRI和荧光成像。

Skajaa等人（2010年）采用rHDL作为载体，在小鼠模型中为易感动脉粥样硬化斑块提供多种诊断试剂。他们表明，通过将各种类型的图像增强化合物加载到rHDL纳米颗粒的核心或表面，可以通过不同的成像方式（MRI、CT、光学）对其进行可视化。这些发现表明，使用rHDL作为载体也可以完成动脉粥样硬化以外的病理过程的成像。

基于荧光的研究报告Shah等人（2016）结果表明，药物缬鲁比星在rHDL中封装时具有不同的光学性质。此外，缬鲁比星在水环境中的量子产率较低，当加入rHDL纳米粒时，其量子产率增加了几倍。此外，他们表明rHDL-valrubicin制剂可用于SR-B1阳性前列腺癌细胞系的共焦成像。

这些研究揭示了HDL型纳米粒子通过SR-B1受体传递热休克药物的潜力；从而进一步强调了SR-B1受体在促进显像剂传递方面的作用。

癌症治疗：挑战和新疗法

目前使用的许多癌症化疗药物都面临着挑战，包括溶解度、生物分布和组织非特异性(Farokhzad和Langer，2009年). 大多数抗癌药物在生物分布中也是非选择性的，因为它们影响所有快速分裂的细胞，从而将药物传播到健康组织和恶性组织中。纳米技术的进步和靶向药物运载工具的使用显示了克服这些挑战以实现有效化疗的巨大潜力。通过增加治疗剂在恶性细胞中的优先积累，同时保护健康细胞，从而减少毒副作用，可以显著提高药物的治疗指数(Rigotti等人，2003年;Foit等人，2015年;Lacko等人，2015年).

高密度脂蛋白HDL型纳米载体具有理想的药物载体的许多特征。颗粒尺寸小，生物相容性好，无免疫原性，循环半衰期长，具有选择性输送(Zheng等人，2005年). 因此，HDL颗粒功能性是基于HDL的药物递送策略的主要工具(Kypreos等人，2013年). HDL型纳米粒子在药物输送方面的潜力由参赞和波兰德（1982）; 然而，有关这方面的系统研究首先是由Kader和Pater（2002）20年后(参赞和波兰德，1982年). 他们报告称，将抗癌药物加载到高密度脂蛋白和低密度脂蛋白中对复合物的性质影响最小，而封装药物对人类癌细胞的细胞毒性增强(Kader和Pater，2002年). 有充分的证据表明，肿瘤组织的特征是血管渗漏和低淋巴引流，导致肿瘤不同部位间质压力不相等(Wu等人，2013年;Omidi和Barar，2014年). 这种压力差导致颗粒在肿瘤中心和边缘之间的不均匀滞留。HDL和类HDL颗粒被认为通过SR-B1受体表现出主动靶向性，而不是通过增强通透性和滞留（EPR）效应利用被动靶向性(Bricarello等人，2011年;Llaverias等人，2011年;Gorin等人，2012年;Danilo等人，2013年;Huynh和Zheng，2013年).

尽管许多抗肿瘤药物在临床前研究中显示出了前景，但这些药物通过临床试验的成功率极低。这主要是由于许多药物对周围（正常）组织表现出偏离目标的作用²SR-B1受体促进疏水性药物的选择性传递，特别是对恶性肿瘤的选择性传递。因此，rHDL药物传递系统具有独特性，是一种潜在的癌症治疗增强剂。Lou等人证明了包裹在rHDL中的抗肿瘤药物阿克拉霉素对恶性细胞具有优先的细胞毒性(Lou等人，2005年).Sabnis等人（2012年）发现将缬柔比星封装在rHDL纳米粒中，其对前列腺和卵巢细胞的最低抑制浓度（IC50）分别是游离药物的1.8倍和2.6倍。还发现，缬柔比星/rHDL制剂对非恶性细胞的毒性降低，证明了rHDL纳米粒的选择性肿瘤递送能力。在过去的10年里，科学家们正在认识到HDL和HDL模拟药物在癌症治疗中的潜力，主要是由于这些纳米粒子的相互作用(图​图11)带有SR-B1受体(McMahon等人，2011年;贾等人，2012;Rui等人，2013年;Zheng等人，2013;Dong等人，2014年;Fischer等人，2014年).

癌症生物标记物、治疗和成像发展的未来机遇

传统的化疗一直是一种松懈的疗法，有长期和短期的不良副作用。在某些情况下，副作用比疾病本身更严重。不同的研究小组已经充分证明，与正常细胞相比，恶性细胞持续过度表达SR-B1受体。基于脂蛋白的技术可以通过选择性地向癌细胞和肿瘤传递有效载荷来解决上述问题。含有apoA-1的HDL型制剂用于人体全身给药的安全性已被许多临床研究证实(Lacko等人，2002年;Kuai等人，2016年). 此外，这些制剂有可能重新定位一些被认为是抗癌药物但由于溶解度差和过度外周毒性而被否决的药物。与传统的药物和靶向筛选策略相比，该策略可能具有商业利益。

如果在开始化疗方案之前将SR-B1表达水平的测定作为预测试，则基于HDL的药物输送可针对SR-B1高表达肿瘤的相应癌症患者进行调整。或者，对于低SR-B1表达的患者，可以设计特定的功能化rHDL纳米粒，以靶向不同的过度表达肿瘤抗原。因此，致癌药物可以从天然脂蛋白受体中重新路由，从而个性化基于HDL的治疗方法。

尽管脂蛋白作为靶向药物递送剂的概念早在1982年就提出了，其功能特性对药物制剂的适用性众所周知，但目前在临床试验或临床应用中还没有基于脂蛋白的药物递送制剂。然而，考虑到其多功能性和选择性靶向能力，生物功能性HDL型纳米颗粒可能会改变下一代癌症治疗的范式。SR-B1受体介导的亲脂抗癌药物或显像剂通过HDL和HDL模拟纳米粒的通路增强了这些制剂作为止血剂的潜力。

作者贡献

列出的所有作者都对这部作品做出了实质性、直接和智力上的贡献，并批准出版。

利益冲突声明

AL是两项已发布专利的共同发明人，涉及SR-B1介导的药物递送。NS是一项涉及SR-B1相关药物输送的已发布专利的共同发明人。所有其他作者都声明，该研究是在没有任何可能被解释为潜在利益冲突的商业或金融关系的情况下进行的。

致谢

脚注

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