治疗性肽自组装增强肿瘤治疗：非共价组装机制、响应性策略与临床转化前景

《MedComm – Biomaterials and Applications》：Self-Assembly of Therapeutic Peptides for Enhanced Cancer Therapy: Strategies, Therapeutic Performance, and Future Perspectives

　　

治疗性肽（therapeutic peptides）因高生物活性、靶点特异性及多样作用机制而在肿瘤治疗中受到日益关注，但其临床应用的局限在于稳定性差和递送效率低。肽自组装（peptide self-assembly）已成为一种有前景的肽递送策略，可使治疗性肽通过非共价相互作用（non-covalent interactions）组织成结构明确的超分子结构，从而为改善其递送性能提供机会。本综述全面概述肽自组装机制，重点讨论协同性非共价相互作用及环境调控，并总结抗肿瘤肽的主要组装策略，包括单体自发自组装、与功能组分共组装以及肿瘤微环境（TME）响应性组装。研究人员还讨论了自组装策略在改善抗肿瘤肽的肿瘤蓄积、肿瘤滞留、细胞内递送及抗肿瘤疗效方面的应用。最后，研究人员强调当前在结构稳定性、可规模化制造及临床转化方面面临的挑战，并提出促进自组装肽治疗剂临床转化的潜在策略。总体而言，本综述为自组装治疗性肽的理性设计提供系统框架，并为开发用于肿瘤治疗的下一代肽纳米药物（peptide nanomedicines）提供见解。

1 引言（Introduction）：论文指出治疗性肽因靶点特异性高、生物活性强和全身毒性低而广泛应用于代谢、骨代谢、神经内分泌、心血管及抗感染等临床领域；在肿瘤治疗中，其可调控肿瘤相关信号通路、干预蛋白相互作用、激活抗肿瘤免疫或阻断关键代谢过程。抗肿瘤肽已涵盖促凋亡/溶瘤肽、PD-1/PD-L1阻断肽及促性腺激素释放激素类似物等。与此同时，酶解快、肾清除快、循环半衰期短及组织分布非特异等问题限制其应用；现有脂质体、聚合物胶束和微球等递送系统仍存在载药量低、制备条件苛刻及生物安全问题，因而自组装递送策略成为重要方向。

2 肿瘤治疗中的治疗性肽：现状、递送挑战与自组装的转化前景（Therapeutic Peptides in Cancer Therapy: Current Landscape, Delivery Challenges, and the Translational Promise of Self-Assembly）：该部分将治疗性肽的治疗潜能、递送限制与制剂策略联系起来，强调自组装在分子设计与超分子组织之间建立桥梁，为克服肽类临床转化障碍提供新机会。

2.1 抗肿瘤肽的现状与递送挑战（Current Landscape and Delivery Challenges of Antitumor Peptides）：治疗性肽介于小分子化疗药与蛋白治疗剂之间，在特异性、选择性、机制多样性、生物相容性和安全性方面具优势；其较大分子表面和复杂空间构象有利于高亲和力多价结合并调控蛋白–蛋白相互作用（PPI），如p53-MDM2/MDMX轴中ATSP-7041可保留p53天然α-螺旋构象并双靶点阻断。与单克隆抗体（mAbs）相比，肽在实体瘤渗透、免疫原性风险和制造成本方面具潜在优势，且固相合成与非天然氨基酸修饰可降低免疫原性风险。已上市抗肿瘤相关肽主要集中于激素依赖性与神经内分泌肿瘤，制剂包括聚合物微球、植入剂及自组装原位储库等。其临床转化仍受体内稳定性差、清除快和膜通透性不足限制，例如LTX-315血浆蛋白酶稳定性不足而多采用瘤内注射，KLAK类肽无载体辅助时细胞摄取有限。

2.2 从载体递送系统到肽自组装：肽递送策略的演进（From Carrier-Based Delivery Systems to Peptide Self-Assembly: Evolution of Peptide Delivery Strategies）：脂质体、聚合物胶束和微球等载体可一定程度保护药物，但面对肽的亲疏水性差异和复杂构象常出现载药量低、突释、有机溶剂/剪切/温度导致活性受损以及非治疗性载体材料相关毒性等问题，且难以通用化。肽自组装利用序列固有疏水域、电荷分布、氢键位点和芳香基团形成非共价相互作用，使治疗性肽本身作为构建单元形成纳米纤维、胶束、纳米颗粒和水凝胶等。相较载体系统，其优势包括高载药、降低外源载体依赖、生物安全性较好、制备简化及利于规模化；单组分系统以同一分子实体兼作治疗剂与组装骨架，多组分杂化系统仍以肽链为主要结构骨架，非肽组分作为功能模块而非载体基质。

3 抗肿瘤治疗性肽的自组装机制与策略（Self-Assembly Mechanisms and Strategies of Antitumor Therapeutic Peptides）：该部分系统概述抗肿瘤治疗性肽的自组装机制与代表性设计策略，先阐述非共价相互作用协同驱动及环境因素调控的理化基础，再分类分析三类主流组装策略的设计原则、结构特征与适用场景。

3.1 自组装的基本理化机制（Fundamental Physicochemical Mechanisms of Self-Assembly）：肽自组装并非简单物理聚集，而是由氨基酸序列内在编码引导、对外部理化环境高度响应的超分子热力学演化过程；阐明这些机制对理性设计功能化抗肿瘤自组装平台至关重要。

3.1.1 非共价相互作用的协同驱动效应（Synergistic Driving Effects of Non-Covalent Interactions）：自组装核心驱动力来自氢键、疏水作用、π–π堆积和静电作用等的协同。疏水残基可形成热力学有利的疏水核心，如I3K因连续异亮氨酸形成反平行β-折叠并进一步组装为螺旋纤维；A₆K与V₆K模拟显示疏水性影响组装构象，脂链修饰可增强疏水驱动组装。氢键维持α-螺旋和β-折叠等二级结构，如(KLAKLAK)₂与疏水烷基尾偶联后提高α-螺旋含量并形成柱状纳米纤维，KLVFF及GNNQNY等淀粉样序列可经氢键等驱动原位组装。静电作用发生于赖氨酸/精氨酸与天冬氨酸/谷氨酸之间，R₁₀与D₁₀可形成凝聚体。芳香残基经π–π堆积驱动组装，F-F为经典基序，Bip-FK9可形成纳米纤维。组氨酸和半胱氨酸可与Zn²⁺、Fe³⁺等过渡金属离子形成配位键，EAKH₆可经Zn²⁺–组氨酸配位形成纤维网络。多数体系依赖多种作用协同，如K肽/E肽经静电、π–π堆积、疏水作用与氢键共同促进有序组装。

3.1.2 环境因素的调控（Modulation by Environmental Factors）：肽自组装受浓度、pH、温度、离子强度和TME响应显著调控。浓度需达到临界组装浓度；pH可改变带电侧链解离状态和静电作用，如组氨酸咪唑基质子化可破坏静电平衡并诱导形貌变化，H₆标签片段在酸性肿瘤环境中原位形成纳米纤维。温度可竞争性影响不同作用力，ELP核心重复序列(VPGXG)_n在高于转变温度时由疏水作用驱动可逆相变。离子强度通过电荷屏蔽调节聚集，KFFFFK在NaCl浓度增加时由扭曲纤维转变为纳米管，Hofmeister离子可调节肽凝聚体结构。TME多刺激可协同调控，如HpYss含ALP可切磷酸化酪氨酸和GSH敏感二硫键，先形成纳米颗粒再向纳米纤维转变；HCPT–GFFpYG–PLGLAG–IND则经ALP和MMP-2双重响应实现肿瘤富集、滞留和核内递送。

3.2 肽基肿瘤治疗中的代表性自组装策略（Representative Self-Assembly Strategies in Peptide-Based Cancer Therapy）：现有策略可归纳为单体自发自组装、与功能组分共组装及TME响应性组装。前者将肽单体或肽–药物偶联物直接组织为纳米结构；共组装强调肽与额外功能组分整合；TME响应性组装依赖肿瘤相关刺激调控组装行为。

3.2.1 单体自发自组装策略（Spontaneous Self-Assembly of Monomers Strategies）：该策略通过引入有序肽段、脂链、配位基团或芳香结构增强分子间非共价作用，使治疗性肽或含肽结构单元同时作为纳米载体构建单元。亲/疏水肽模块化设计可形成纳米纤维、胶束和纳米颗粒，如LASAP1由疏水PTP-7b与亲水iRGD构成并自组装为球形纳米颗粒，PSP-DPMI经N端疏水缬氨酸链驱动形成约90 nm中空纳米壳。脂链修饰可增强两亲性并驱动定向排列，如[KLAK]₃C基元连接双亚油酸尾并以D-Lys和DMA屏蔽正电荷后形成约150 nm球形载体；LEU–脂肪酸偶联物中脂链长度可调节组装稳定性和细胞穿透。π–π堆积可作为辅助驱动力，如SMAC–FRRG–DOX利用DOX蒽环与FRRG中苯丙氨酸的π–π堆积形成约220 nm球形纳米颗粒。

3.2.2 与功能部分共组装策略（Co-Assembly With Functional Moieties Strategies）：多组分协同共组装指两种或以上功能构建单元经氢键、静电、疏水、π–π堆积等非共价作用形成高度有序复杂结构。治疗性肽可与CPT、PTX、DOX等化疗药、Ce6等光敏剂及小分子抑制剂共组装。如1-Pept/DOX纳米纤维经静电吸引形成，内吞后在酸性内体/溶酶体解离释放DOX，1-Pept再经胰蛋白酶催化重组为刚性纤维破坏细胞骨架；Pt-CP纳米管经金属配位共组装。dKLA与Ce6经静电、氢键和疏水作用形成PDC NPs，并可PEG化改善调理和剪切下过早释放。HBBplus@CA由MAPK/ERK抑制肽与Wnt/β-catenin抑制剂CA共组装为约190 nm纳米颗粒。HBpep与SMAC、PAD肽经液–液相分离（LLPS）形成微米级凝聚体，经胆固醇依赖脂筏途径入胞并避开溶酶体降解，GSH裂解二硫键释放治疗肽。

3.2.3 刺激响应性自组装策略（Stimulus-Responsive Self-Assembly Strategies）：该策略将组装过程与特定生理或外部信号耦合，通过酶切位点、酸敏基团、靶向识别序列或氧化还原响应键触发原位组装。酶响应方面，PNpC经ALP去磷酸化后疏水性骤增并由可溶态转变为纳米纤维；PMI–FFY–HCPT前体经ALP去磷酸化后电荷排斥降低、疏水性增加并形成α-螺旋和纳米纤维。酸响应方面，CAA修饰KLAK后可在弱酸性TME中水解释放，破坏亲疏水平衡并原位形成约100 nm纳米颗粒；DMA修饰[KLAK]₃可在酸性肿瘤环境发生电荷反转并恢复膜破坏活性。靶向结合触发方面，HER2靶向环肽–FFVLK单体在识别HER2后局部富集并促使FFVLK由无序转为β-折叠，形成表面黏附纳米纤维网络以阻断HER2二聚化；相关策略还扩展至CXCR4/PD-L1双特异纳米阻断剂及CD206/CD47糖肽。氧化还原响应方面，E3C16E6经GSH敏感二硫键裂解释放疏水片段并形成纳米纤维，EVMSeO经硒氧化物还原触发构象转变和纳米带组装，干扰内质网和高尔基体功能。

4 改善肿瘤治疗中治疗性肽递送的自组装策略（Self-Assembly Strategies for Improved Delivery of Therapeutic Peptides in Cancer Therapy）：自组装肽系统疗效增强通常源于多功能模块的理性整合，组装基序提供超分子结构基础，靶向配体、响应序列和治疗组分作为功能元件调节肿瘤识别、生物激活和治疗机制。

4.1 降低阳离子溶瘤肽的全身毒性（Reducing Systemic Toxicity of Cationic Oncolytic Peptides）：阳离子溶瘤肽可结合负电肿瘤细胞膜、直接裂解肿瘤并诱导免疫原性细胞死亡（ICD），但游离肽在循环中非特异作用于红细胞和正常细胞膜，导致溶血和脱靶毒性。自组装可在生理环境中屏蔽正电荷或保护活性构象，进入TME后解组装释放活性肽。pD2RP和D2RpP在循环中预组织为失活蠕虫状纳米纤维，经ALP去磷酸化后形成正电荷且富含α-螺旋的膜破坏性纳米纤维并诱导ICD，溶血作用可忽略。PLP与酸敏阴离子多肽PLDA经静电复合形成DNPs，在生理条件屏蔽PLP正电荷，酸性TME中马来酸酰胺键水解并释放PLP，最大耐受剂量由5 mg/kg提高至30 mg/kg。

4.2 增强肿瘤靶向与蓄积（Enhancing Tumor Targeting and Accumulation）：游离治疗性肽因分子小和肾清除快而肿瘤定位差；自组装形成纳米超分子结构可经增强渗透与滞留（EPR）效应促进被动蓄积。为增强特异性，RGD/iRGD等整合素靶向肽被广泛整合。P17由RGD、KLA及正辛酸构成，可自组装为稳定纳米颗粒，RGD识别αvβ3整合素，KLA诱导线粒体损伤和凋亡；LASAP1中iRGD亦增强主动识别。当前主动靶向自组装治疗肽仍以RGD/iRGD为主，其他靶向配体有限，靶向基序需与序列组成、组装行为和生物活性平衡。

4.3 促进肿瘤部位局部滞留（Promoting Local Retention at Tumor Sites）：肽在肿瘤富集后易被间质液和淋巴回流清除，局部治疗持续时间短。通过响应肿瘤部位酶或结合功能受体发生原位形貌转变并形成纳米纤维网络，可显著延长滞留。PAC-SABI由CD47结合肽、抗CD24单抗和KLVFF基序构成，在ALP富集肿瘤中去磷酸化后经π–π堆积和β-折叠氢键由球形胶束转变为致密三维纳米纤维，荧光信号可维持至120 h。PPC-1经MMP-2切割暴露KLVFF并形成缠结β-折叠纳米纤维网络，96 h仍维持肿瘤荧光并持续阻断PD-1/PD-L1。FTP纳米颗粒结合ATP7B后经氢键、π–π堆积和疏水作用转变为笼状纳米纤维网络，滞留至168 h并干扰铜稳态诱导铜死亡。N-Pep经Mn²⁺与酚羟基配位、π–π堆积和氢键形成多孔三维水凝胶支架，可包载αPD-1抗体并实现超过7天局部滞留。

4.4 促进细胞内递送与溶酶体逃逸（Facilitating Intracellular Delivery and Lysosomal Escape）：抗肿瘤肽膜穿透弱且易被溶酶体捕获降解。细胞膜原位组装可诱导膜相分离并破坏膜屏障，溶酶体环境内组装可损伤溶酶体膜并促进逃逸。KYP由(KLAKLAK)₂和磷酸化酪氨酸组成，经细胞膜ALP去磷酸化后原位形成约400 nm聚集体，促进脂质和蛋白相分离并增加膜通透性，经小窝介导内吞且与溶酶体定位有限，IC₅₀约为游离肽的五分之一。KCKT含KLAKLAK、CAA、KLVFF和TCPP，在溶酶体酸性环境中CAA水解并原位转变为富含β-折叠纳米纤维，联合声动力ROS破坏溶酶体完整性，共定位系数由不可转变对照的0.94±0.03降至0.50±0.06，超声后进一步降至0.22±0.07。TEP–FFG–CRApY在溶酶体内经ALP去磷酸化形成β-折叠纳米纤维，诱导溶酶体膜通透性损伤并促进逃逸，释放纤维与GPX4结合增强铁死亡。

4.5 实现多模态联合治疗（Enabling Multimodal Combination Therapy）：单药易耐药，联合治疗可同时靶向多条病理通路。除共组装递送化疗药、光敏剂和小分子抑制剂外，还可将功能活性单元共价修饰于肽链形成单组分系统。CPT与OVA来源抗原肽SIINFEKL共价连接于同一自组装骨架，入胞后GSH裂解二硫键同时释放CPT和抗原肽。PPC由PD-L1拮抗肽CVRARTR、MMP-2可切序列PLGLAG、自组装基序FFKYG和光敏剂Purpurin 18构成，在肿瘤中MMP-2切割释放PD-L1拮抗肽并逐渐转变为含光敏剂纳米纤维，实现光热–免疫治疗并抑制原发灶、远端瘤和肺转移。MAPN由KLA与CVR共组装，响应高H₂O₂释放CVR阻断PD-1/PD-L1，响应高GSH释放KLA靶向线粒体并诱导mtDNA泄漏，激活cGAS–STING通路。RC–K–FX整合MUC1-C抑制肽RC、KLVFFGG和线粒体毒性肽FX，入胞后与MUC1-C结合并原位组装，既包裹MUC1-C阻断其二聚化，又经FX破坏线粒体结构功能。

5 转化图景：从实验室到临床（Translational Landscape: From Lab to Clinic）：肽自组装策略已在提高肿瘤蓄积、滞留、胞内递送和疗效方面形成较完整递送方案，Lanreotide获批验证了注射部位自组装为纳米管并形成缓释储库的概念，但多数研究仍处实验室制备阶段，复杂体内生理条件、工业规模制造和标准化质量控制尚未充分解决。

5.1 实验室规模制备技术（Laboratory-Scale Preparation Techniques）：实验室常用溶剂交换法，将两亲性治疗肽溶于与水互溶有机溶剂后注入水相缓冲体系并搅拌，通过极性骤变驱动疏水聚集形成纳米颗粒、胶束和囊泡；如DMSO中肽快速注入PBS可形成纳米胶束。静电屏蔽亦是常用方法，加入NaCl、KCl或MgCl₂屏蔽表面电荷并促进有序堆积，可获有序单层纳米管。物理混合可操作性高、条件温和且无需有机溶剂或辅料，如阳离子肽与阴离子肽搅拌混合经静电吸引形成纳米颗粒。

5.2 临床转化的主要障碍（Major Hurdles in Clinical Translation）：Lanreotide经局部注射自组装为原位储库已用于肿瘤临床，局部给药提供相对局限且浓集的微环境，有利于超分子组装形成和滞留。全身静脉给药则面临快速稀释、血浆蛋白相互作用、生理离子强度、剪切应力和酶降解等复杂血液理化环境，维持组装状态更困难，目前静脉给药的肿瘤治疗自组装肽系统临床转化仍有限。其关键障碍包括生理条件下稳定性不足、易过早解组装或形貌转变、规模化放大和批间一致性困难，以及此类兼具治疗分子与递送功能的系统在结构表征、质量控制和体内命运评价方面标准化方法及监管指南尚不完善。

6 结论与展望（Conclusion and Outlook）：论文总结抗肿瘤治疗性肽发展、递送瓶颈及自组装相较载体系统的优势，阐述理化组装机制、代表性构建策略及在肿瘤蓄积、滞留、胞内摄取和协同联合治疗中的应用，并讨论临床转化障碍。总体而言，肽自组装具序列可编程性、良好生物安全性和TME响应性，是有望克服递送屏障并增强抗肿瘤疗效的策略。研究框架正从“构建药物载体”转向“构建具治疗功能的超分子结构”，自组装由递送策略演化为集成平台，对复杂生理环境下结构稳定性和治疗功能保持提出更高要求。

6.1 人工智能辅助的理性设计（Rational Design Aided by Artificial Intelligence）：传统研究多依赖经验优化或FF、KLVFF等有限天然基序筛选，周期长且难以准确预测分子结构变化、组装形貌与生物效应关系。基于深度学习和大规模预测模型的从头肽设计成为方向；高通量计算模拟和分子动力学（MD）分析可预测特定溶剂环境中α-螺旋和β-折叠空间构象及序列层面自组装热力学自发性；主动学习框架可建立闭环优化流程，以目标药代动力学性质为约束反向筛选和生成最优序列，扩展非天然氨基酸修饰化学空间，并支持对pH、酶和ROS等多TME信号的级联响应设计。

6.2 组装过程的原位时空表征（In Situ Spatiotemporal Characterization of Assembly Processes）：当前多采用低温透射电子显微镜（Cryo-TEM）和原子力显微镜（AFM）等体外静态方法，样品干燥或冷冻可能改变组装状态，难以实时监测肽解离、相分离和二级结构重建的真实动态过程。需发展整合先进生物成像和原位表征的动态追踪系统：液体相透射电子显微镜（LPTEM）可在天然液相环境以纳米分辨率直接观察单体组装动态；高速原子力显微镜（HS-AFM）以亚秒时间分辨率追踪单分子组装；荧光共振能量转移（FRET）可经供受体距离敏感性监测活细胞内蛋白聚集体结构转变；同步辐射小角X射线散射（SAXS）可由散射图谱推断组装体形状，为构效关系优化提供理化证据。

6.3 体外与体内稳定性的优化（Optimization of In Vitro and In Vivo Stability）：肽组装依赖非共价键维持结构，对浓度、pH、离子强度和剪切力高度敏感，稳定性不足是药物转化的核心瓶颈。分子设计上可通过氨基酸修饰、引入非天然氨基酸、适度交联和环化等增强抗酶解能力，同时保持生物活性；产业化层面可引入微流控芯片和连续流反应设备制备形貌均一的组装材料，并需标准化冻干技术以在长期储存中保持二级结构完整，建立涵盖临界聚集浓度、表面电位和内毒素等多指标质量标准以满足药学质量要求。