金纳米颗粒共轭结合衣霉素结构式
纳米颗粒(<100 nm)可避开免疫系统的清除机制而到达疾病靶点组织，可长时间地发挥效应。研究者据此假设纳米材料包被的衣霉素可能具有更佳的治疗效果，并有望成为实体肿瘤如乳腺癌临床治疗的更合适的药物。衣霉素是一种潜在的天冬酰胺结合型蛋白质糖基抑制剂，此前已发现它具有如下作用：在体外具有将细胞周期阻滞在G1期而抑制血管生成的作用，在基质胶植入小鼠模型中也表现出抗血管作用，在免疫缺陷裸鼠模型中通过诱导肿瘤微血管“ER应激”而发挥预防双阴和三阴乳腺癌进展的作用。
衣霉素可单独使用或与辐射/放疗联合使用。为评估纳米-衣霉素的效应，研究者合成了肽纳米材料包被的衣霉素，纳米管、金纳米颗粒(Au NPs)与衣霉素的共轭结合物，衣霉素与纳米管共轭结合物，Au NPs与纳米管结合并进而共轭结合衣霉素等不同的复合物。纳米颗粒的功能特征可经透射电子显微术(TEM)、傅里叶变换红外光谱术、动态光散射、原子力显微镜(AFM)、可见吸收光谱技术等予以界定。
二甲基噻唑-二苯基溴化四唑(MTT)方案显示，纳米颗粒(1 µg/mL)可抑制毛细胞血管上皮细胞增殖，如，在治疗后的一小时内血管生成大约50%，传统的衣霉素药物对此无能为力。但纳米材料包被的衣霉素可通过同时抑制细胞周期蛋白D1 和CDK4，或分别抑制细胞周期蛋白D1, 或 CDK4及磷光体Rb的表达而阻滞细胞周期进展。p53蛋白丝氨酸392位点的磷酸化的含量下降，但P53总量不变。
GRP-78/Bip表达的增加可鉴别“ER状态”。磷酸-PERK表达上调以及DPMS表达显著下调诱导非折叠蛋白反应。caspase-9和caspase-3的表达下调意味着经纳米-衣霉素诱导的”ER应激”形成了非典型细胞死亡通路。
研究背景：
在过去的十年间，金纳米颗粒(Au NPs)及基于多肽的纳米结构因其在催化、化学致敏、电子学、光学、传感器和生物医学方面的应用潜力，而得到越来越多的广泛关注。特别是单分子层延展金纳米颗粒技术利用硫醇盐复合物与Au NPs相结合，从而使其承载和传递不同治疗因子的能力大大增加，如药物、蛋白质、以及核苷酸等。一些类型的Au NP共轭物现已准备用于药物呈递系统。Au NPs与PEG共价结合形成的复合物也已被用于药物呈递系统。在一项独立性研究中已经合成了NP-多聚物转染载体。
本研究的主要目的是评估纳米-衣霉素复合物是否可改善治疗效果。其机理是纳米结构颗粒可避免免疫系统的清除机制，并将药物长效地递送至病患组织。衣霉素是一种GPT复合抑制剂，近来的研究表明它可以在以下几个方面发挥抑制作用：(I)体内和体外的血管生成；(II)乳腺癌微血管环境；(III)在免疫缺陷小鼠模型中阻滞乳腺癌进展。衣霉素可有效治疗双阴或三阴乳腺癌。“ER应激”和其后的不折叠蛋白效应及细胞自噬诱导了上述现象的发生。
乳腺癌是一种多因素疾病，它的发生不仅仅依赖遗传变异，也依赖于个人体质及环境因素。乳腺癌表现出多样性特点，一系列内在和外在因素都会促进该疾病的发生和发展。乳腺癌的病因学较为复杂，但其过度增殖性障碍主要表现为血管生成依赖。“血管生成开关”因此成为关键性的调控程序，促血管生成和抗血管生成因子因肿瘤及其内环境，如低氧环境、炎症环境及癌基因和原癌基因的突变等而达到动态平衡。
已知常见的促血管生成因子包括血管内皮生长因子(VEGF)，基底成纤维细胞因子(FGF-2)，表皮生长因子(EGF)，血小板衍生生长因子(PDGF)，以及基质金属蛋白酶(MMPs)。内生性抗血管原性因子包括血小板凝血酶敏感蛋白(TSP-1)，血管抑素，肿瘤抑素及内皮抑素等。
乳腺癌的进展取决于诊断时的分期。每年全世界都有超过100万例妇女诊断为乳腺癌，其中大约40万名可获得生存机会。2013年的乳腺癌数据显示乳腺癌在美国有如下特征：有232400例新诊浸润性乳腺癌，64640例原位癌（非浸润性），以及将近39620例死亡。健康成人的血管系统处于相对静止之中，其表皮细胞每10年分裂一次。
然而，组织重建及血管生成对于乳腺癌的生长和转移是关键的，这为其治疗提供了一个绝佳的靶点。因此科学家研发出如下治疗策略：(I)利用内皮毒素、生长因子拮抗剂、蛋白酶抑制剂、内生性抗血管因子、抗血管化疗等靶向治疗血管生成；(II)其他靶向治疗。
一些证据显示，N连接糖蛋白在毛细血管内皮细胞增殖和分化中起重要作用。脱氧甘露野尻霉素（一种杂交型和混合型N-多聚糖的抑制剂）在体外实验中显示出抑制毛细血管生成的活性。与之相反，苦马豆素(swainsonine，一种混合型而非杂交型N-多聚糖)不能抑制血管生成。
在本研究中，研究者检查了不同纳米结构的衣霉素（如，纳米颗粒，纳米金颗粒结合型、纳米多肽包被型等）作为可供选择的乳腺癌给药载体的效果。一些特定的药物如阿霉素若与亲水性纳米颗粒共轭结合将比单一给药更深入地抵达细胞。本文首次合成纳米结构衣霉素并对其进行了首次研究。我们期望纳米结构衣霉素得益于其高表面-体积比，进而增加药物的有效性。
衣霉素与Au NPs及肽纳米管的共轭结合物经傅里叶变换光谱学技术、动态光散射、原子力显微镜(AFM)、可见吸收光谱技术等加以鉴定。CDK4和磷酸-Rb (Ser249/Thr252)的表达下调提示细胞周期停滞于G1。从另一方面来讲，GRP-78及其下游调控子IRE-1 和PERK/磷酸-PERK的表达上调不仅肯定了“ER应激”的存在，而且明确了upr介导的细胞活动的存在。事实上，DPMS表达弱化证实了upr信号的激活。纳米结构衣霉素治疗后细胞caspase-9 和caspase-3的下调提示upr信号偏离了中心法则，而“ER应激”诱导的upr细胞死亡提示非经典通路的存在。
