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为解决急性髓系白血病(AML)复发难题，中山大学研究团队在Biomaterials发表题为“Bone marrow microenvironment-responsive polymeric-drug/siRNA regulate leukemia stem cells assisting for prevention of AML relapse”的研究论文，本研究设计了一种靶向骨髓微环境的缺氧响应型聚合物-药物/siRNA共递送系统PPLFazo/siFis1@C，该系统通过阻断CXCR4/CXCL12轴促使白血病干细胞(LSCs)迁出骨髓庇护所，同时沉默线粒体分裂蛋白Fis1基因削弱LSCs干性，显著增强化疗敏感性，该研究为AML复发防治提供了新思路。

PPLFazo/siFis1@C系统作用机制：

该系统将阳离子聚合物Plerixafor与偶氮苯接头（PPLFazo）和Fis1 siRNA（siFis1）特异性地共同递送到骨髓，以靶向具有骨髓微环境响应肽涂层（C）的白血病干细胞（LSC）

（1）Plerixafor：通过阻断CXCR4和CXCL12之间的相互作用来促进LSC从骨髓生态位中释放，迫使LSCs 离开 “安全区”，暴露在化疗药物的攻击范围内。

（2）Fis1 siRNA：沉默Fis1后，LSCs 的线粒体自噬功能受损，自我更新能力骤降，最终失去 “永生” 特性，变得对化疗敏感。

（3）肽涂层（C）：通过骨髓中高浓度的Ca2+结合，实现靶向富集；而在缺氧环境中，偶氮苯连接子会被特异性切断，精准释放药物和siRNA，避免对正常组织的误伤。

Fig. 1.PPLFazo/siFis1@C在骨髓微环境中调节LSCs

一、研究背景与目的

1. 急性髓系白血病（AML）的现状与挑战

AML是一种恶性血液肿瘤，尽管强化诱导化疗和异基因造血干细胞移植取得了进展，但复发和难治性AML的五年生存率仅约10%。

化疗后耐药白血病干细胞（LSCs）的持续存在是AML复发的主要原因。LSCs具有无限自我更新能力，能迁移到骨髓低氧微环境中逃避化疗药物。

2. 现有治疗策略的局限性

传统化疗难以有效靶向LSCs，免疫疗法如CAR-T因缺乏理想靶点和免疫抑制微环境面临挑战。

破坏LSCs与骨髓微环境的相互作用及抑制其内在干性是关键，但现有研究多聚焦于直接清除AML细胞，对LSC耐药机制探索不足。

3. 研究目的

传统疗法对此束手无策，亟需能同时破坏LSCs"避难所"和消除其"再生能力"的创新策略。开发一种响应骨髓微环境的聚合物-药物/siRNA递送系统，精准共递送CXCR4拮抗剂普乐沙福（plerixafor）和靶向线粒体分裂蛋白 1（Fis1）的siRNA，以抑制LSCs迁移和干性，辅助预防AML复发。

二、技术与方法

研究采用了几项关键技术：

（1）通过迈克尔加成反应合成缺氧响应型偶联剂并构建聚合物PPLFazo。

（2）利用静电作用负载siRNA形成纳米复合物；设计MMP-2/Ca2+ 。

（3）双响应肽涂层实现骨髓靶向；建立AML小鼠模型验证体内疗效。

三、关键结果

1. 纳米系统表征

（1）PPLFazo/siFis1@C在血清中48 h稳定，与缺少偶氮苯连接体的PP/siFis 1相比，PPLFazo/siFis 1在低氧环境下4 h显著释放siRNA，且均未表现出显著的细胞毒性。

（2）与低CXCR 4表达的C1498细胞相比，正常细胞和表现出高CXCR 4水平的细胞均表现出PPLFazo/siFis 1摄取的逐渐增加。表明细胞摄取依赖CXCR4，且CXCR4高表达细胞摄取量是低表达细胞的2~3倍。

Fig 2. PPLFazo/siFis1@C复合物的理化表征

2. 体外功能验证

体外实验显示，PPLFazo/siFis1@C在模拟骨髓微环境下能快速释放有效成分。

（1）在缺氧条件下，PPLFazo/siFis 1显著减弱了Fis 1 mRNA的表达，表明PLFazo/siFis1@C纳米颗粒在缺氧细胞微环境中能有效地递送siRNA并沉默基因。

（2）用PPLFazo/siFis 1处理的C1498细胞中的线粒体膜电位降低，导致线粒体功能紊乱和干性标志物(如CD34+、CD38-)表达减少；线粒体自噬标志物LC3-II/I 比率下降，Western进一步证实Fis 1沉默导致线粒体自噬的下调。

Fig 3. PPLFazo/siFis1@C对Fis1敲除能力的评价和线粒体自噬抑制作用

3. 体内治疗效果

基于体外细胞摄取结果，为了进一步证实PPLFazo/siFis1@C在白血病小鼠体内的骨髓靶向性，将C1498细胞以一定剂量静脉注射到C57/BL 6小鼠体内，建立白血病小鼠模型。

（1）纳米颗粒注射1 h后在骨髓富集，荧光强度是对照组4倍。

（2）联合3 mg/kg米托蒽醌治疗，AML小鼠生存期延长至42天，脾脏重量减少约 50%，WBC计数降至正常水平。

（3）米托蒽醌剂量优化至4 mg/kg时，50天生存率近70%，CD33+和CD47+细胞清除率超50%。

Fig 4. PPLFazo/siFis1@C在AML小鼠体内的生物分布及骨髓靶向作用

4. 安全性评估

动物实验中，经该纳米系统联合阿糖胞苷治疗的AML小鼠，骨髓中LSCs比例较对照组下降90%，中位生存期延长2.3倍。组织分布实验证实纳米颗粒在骨髓中的蓄积量是普通制剂的5.8倍，得益于肽涂层与骨髓钙离子的特异性结合。

（1）主要器官（心、肝、脾、肺、肾）H&E染色无明显损伤，血液学指标正常。

（2）不影响人CD34+ 造血干细胞活力和集落形成能力。

Fig 5. PPLFazo/siFis1@C在AML小鼠模型中的初始治疗效果

四、结论与展望

该研究创新性地将微环境响应型材料设计与LSCs清除策略相结合，突破了传统疗法的两大局限：一是物理屏障导致的药物递送效率低，二是单一靶向策略易产生耐药性。通过同时干预CXCR4/CXCL12趋化轴和Fis1介导的线粒体自噬通路，实现了对LSCs"栖息地"和"生存技能"的同步破坏。这种双管齐下的策略为AML复发防治提供了新思路，其模块化设计也可拓展至其他肿瘤干细胞的靶向治疗。

值得注意的是，该系统的肽涂层技术巧妙地利用了骨髓特有的高钙和MMP-2微环境，既避免了血液中的非特异性清除，又实现了病灶部位的特异性蓄积。而缺氧响应型释放机制则确保药物在靶细胞内精准释放，这种时空双重调控策略为肿瘤靶向递送系统设计提供了重要参考。研究团队Yiqiu Zhang、Shihong Cheng等通过跨学科合作，将药物化学、纳米技术和分子生物学手段有机结合，展现了转化医学研究的巨大潜力。