一氧化氮供體型藥物傳輸系統在抗腫瘤領域的研究進展

關 旸 王 博

浙江中醫藥大學實驗室與設備管理處 浙江省杭州市 310053

一氧化氮供體型藥物傳輸系統在抗腫瘤領域的研究進展

關 旸 王 博

浙江中醫藥大學實驗室與設備管理處 浙江省杭州市 310053

一氧化氮供體型藥物具有優越的抗腫瘤作用，但多數小分子NO供體穩定性不高、適用范圍窄、靶向性不強，而NO供體型藥物傳輸系統能夠避免這些問題的發生。本文綜述了當前NO供體型藥物傳輸系統的研究進展，概括了NO和抗癌藥物協同治療腫瘤的成果和特點，展望了NO供體型藥物傳輸系統在抗腫瘤領域的未來發展前景。

一氧化氮供體；藥物傳輸系統；抗腫瘤；協同效應

1 背景

一氧化氮（NO）是一種重要的內源性氣體信號分子，參與機體的各種生理和病理過程，和心血管內環境的穩定、免疫系統反應、神經傳遞、細胞增殖與凋亡等生命活動密切相關[1]。研究證實，NO不僅在治療心血管類疾病、肝臟疾病、白血病、性功能勃起障礙、妊高癥等方面具有顯著效果[2]，而且可以抑制腫瘤細胞的增殖和轉移，加速腫瘤細胞凋亡，表現出多機制、多方面的抗腫瘤作用[3]。此外，NO還具有抑制和逆轉腫瘤細胞的多藥耐藥效應（MDR），是一種頗具潛力的抗癌劑[4]。但NO的生物半衰期極短、穩定性差，且有些慢性病會造成血管內皮細胞損傷，減少體內的NO生成，因此，外源性NO的補充是一種有效的治療措施，NO供體則是為了滿足該醫療手段而開發的。NO供體（nitric oxide donor）是指能夠在體內釋放NO的化合物。不同結構的NO供體其轉化NO的速度與程度不同，理想的NO供體是自發穩定地釋放NO，無需復雜反應和細胞代謝[2]。而在腫瘤治療領域，對NO供體材料的要求更加苛刻，因為NO對腫瘤具有雙重作用，只有高濃度的NO（μmol/L級）才能用于腫瘤治療，而低濃度的NO（pmol/L至nmol/L級）反而會促進腫瘤細胞的生長[5]。因此，如何將NO供體輸送到腫瘤細胞并釋放出高濃度的NO，是提高療效的關鍵。

單一地利用NO治療腫瘤存在一定的風險，雖然前期高濃度的NO可以起到治療作用，但后期殘留的低濃度NO很有可能會促進腫瘤的生長而使得治療失敗，將NO與有抗腫瘤效果的藥物相結合則可以避免這一問題[6]。要實現這一想法，其中一種方案是將抗腫瘤藥物制備成NO供體（即NO供體藥物），如：非甾體抗炎類藥物NO供體NO-阿司匹林（NCX-4016）在臨床研究中表現出很好的腫瘤抑制效果[7,8]，NO-5-氟尿嘧啶也有增強的抗腫瘤功效[9]。但該方法的適用范圍僅限于化學結構適合制備成NO供體的藥物，且大多數小分子NO供體型藥物穩定性不高，易在血液循環過程中分解，靶向性和定位能力不強。而另外一種方案是用NO供體型藥物傳輸系統將抗腫瘤藥物負載并直接輸送到腫瘤組織，該方法普適性較強，合成出NO供體型納米材料后，可傳遞多種抗腫瘤藥物。本文將著重介紹NO供體型藥物傳輸系統在抗腫瘤領域的研究進展。

2 NO供體型藥物傳輸系統及其應用

Duong等[10]通過可逆加成斷裂鏈轉移法（ATRP），以低聚乙二醇（OEG）和2-乙烯基-4,4-二甲基-5-惡唑酮（VDM）為單體，合成了疏水段含有巰基的嵌段共聚物，然后用S-亞硝基硫醇對共聚物中的硫醇基團進行修飾，得到包含硫醇和NO的NO供體。在水溶液中，嵌段共聚物自組裝形成膠束，將S-亞硝基硫醇基團包裹在疏水內核中。該聚合物膠束能夠釋放出NO，且釋放行為具有氧化還原響應性。雖然膠束的NO釋放量不足以發揮顯著的細胞毒性，但和神經母細胞瘤BE(2)-C細胞中游離的順鉑相比，膠束的預處理可將順鉑的IC50值降低5倍。另一方面，該膠束釋放的NO對非癌性細胞（MRC-5）中IC50值的影響微乎其微。該研究對NO和藥物遞送系統的組合抗腫瘤治療有重要價值。在他們的啟發下，Lee團隊[11]采用了類似的策略來開發含有NO供體的無機粒子改性的納米粒來提高多柔比星（DOX）的治療效果。他們合成出S-亞硝基谷胱甘肽（GSNO）負載的碳酸鈣（CaCO3）納米顆粒（GSNO-MNPs），該納米顆粒的NO釋放行為具有pH敏感性和氧化還原響應性。盡管GSNO-MNPs的細胞毒性可以忽略，但納米顆粒的預處理對DOX的抗癌效用提高了約30%，雖然本研究中沒有給出詳細的作用機制，但作者提出了納米顆粒中釋放出的NO加速了過氧亞硝酸鹽的形成、從而提高了DOX的抗癌效率這一假設。

Song等人[12]以FDA批準的藥用輔料TPGS為基礎，將其OH端基轉化成硝酸酯，制備了TPGS硝酸酯型NO供體（TNO3）。自組裝得到的膠束在PBS中、144h后的NO釋放量為10%；在DMEM培養基中、96h后的NO釋放量為16.6%。然而，由于硝酸酯的氧化還原響應性，膠束在谷胱甘肽（GSH）和HepG2細胞中出現NO的突釋，釋放量分別為90%和90.5%。釋放出的NO不僅在較高濃度（1μMNO）下誘導細胞毒性，而且增強了DOX的體外細胞攝取。尤其是，TNO3和DOX之間的藥物相互作用系數（CDI）值低于0.7，這表明：膠束釋放的NO和DOX對腫瘤細胞的治療具有協同效應。體內實驗結果證實，在TNO3和DOX的聯合給藥下，DOX在腫瘤部位前4小時的聚集量是DOX單獨給藥時的1.4倍，作者認為，這是由于NO會引起實體瘤周圍血管的擴張，從而減小間質壓力、增加腫瘤灌注，有助于DOX在更短時間內富集于腫瘤之中。本研究還證明了，在TNO3和DOX的共同治療下，對腫瘤生長的抑制作用相比單獨施用TNO3和DOX有顯著增強。

Wang等[13]用納米共沉淀法一步得到含有S-亞硝基硫醇和DOX的載藥納米顆粒：首先在亞硝酸鈉的有機溶液中，通過3-巰基丙基三甲氧基硅烷（MPTMS）的酸催化縮合，得到SNO聚硅倍半氧烷，再將該混合物加入到DOX的水溶液中，得到含有S-亞硝基硫醇和DOX的復合納米粒（SNODOX）。實驗表明，SNODOX對MDA-MB-231的細胞毒性分別高于DOX和SNO單獨給藥的細胞毒性，說明NO和DOX具有協同作用，值得注意的是，對于正常細胞（H9c2大鼠），SNODOX并未表現出細胞毒性的增強。這意味著NO和藥物遞送系統的結合對腫瘤細胞的靶向治療有潛在意義。Munaweera等[14]用類似的方法制備了氨基改性的介孔二氧化硅納米粒子（MSN），然后負載順鉑并用二醇二氮烯翁修飾。該研究也顯示：同時包含NO供體和順鉑的MSN的治療指數均高于單獨使用NO供體和順鉑，再次證明了NO和藥物的協同作用效果。Sung的團隊[15]利用微流體裝置和水包油包水（W/O/W）雙乳液法制備聚（D,L-乳酸-共-乙醇酸）的中空納米粒（PLGA HMs）用來負載傳輸抗癌藥物伊立替康（CPT-11），而納米粒的親水內核為NO供體——二亞乙基三胺二醇二氮烯翁（DETANONOate）。研究顯示，該納米粒釋放NO和藥物的行為具有pH響應性，在pH為6的環境下，空心納米粒（HM）釋放出的NO氣泡會導致HMs的外殼中產生微孔和缺陷，使得其中負載的CPT-11快速釋放；在pH為8.0的環境下，內核的NO供體不會分解出NO，因而CPT-11釋放較慢。HMs對于CPT-11的攝取和Pgp轉運蛋白的表達與外界的pH值呈負相關，酸性條件下（pH6.6）HMs對CPT-11的載藥量增加了100%；而中性條件下（pH7.4）HMs的CPT-11載藥量僅增加13%。在動物實驗中，HMs對小鼠腫瘤的抑制作用相比游離的CPT-11有顯著增強。

Fan J等[16]開發了可聯合遞送NO和DOX的UV/Vis光響應膠束，制備方法是用PEG-PLGA共聚物同時負載DOX和UV響應性的NO供體——N，N'-二仲丁基-N，N'-二亞硝基-1,4-苯二胺（BNN6），形成復合載藥膠束。在黑暗條件下，PBS中的膠束沒有被檢測到NO釋放，而在365nm的紫外線照射下，膠束中的BNN6隨即釋放出NO。紫外線持續照射2分鐘，即可促使膠束內核中的BNN6分解崩塌并隨之帶來DOX的突釋。在無光照的情況下，膠束在96h內未出現NO釋放且DOX的釋放量僅為28%。mPEG-PLGA-DOX-BNN6對MDR癌細胞表現出顯著的抗癌作用（約70%的細胞毒性），而游離的DOX、mPEG-PLGA-DOX和mPEG-PLGA-BNN6均未表現出有效的癌細胞毒性（20-30%的細胞毒性）。該論文提出了利用外部刺激控制NO和藥物傳輸遞送、協同治療的研究思路。

3 展望

一氧化氮供體型藥物傳輸系統及其在抗腫瘤方面的應用研究尚處于起步階段，但近年來日漸升溫，能夠將NO和其它抗癌藥物聯合傳輸至腫瘤部位進行協同治療是它的一大特點和優勢。相比小分子的NO供體型抗癌藥物，該智能傳輸系統的適用范圍更廣、可以負載多種藥物、更容易實現靶向功能和外部環境響應性。但NO供體型藥物傳輸系統仍存在一定的局限性，如：NO和藥物協同效應的分子學和藥理學機制尚未完全明確；NO體內釋放的穩定性和可控性有待提高等，還需要我們進一步的探索。未來關于NO供體型藥物傳輸系統的研究可能主要集中在NO和抗癌藥物匹配治療方案的優化、如何更好地克服多藥耐藥效應（MDR）和NO釋放時間和濃度的把控等幾個方面，這些研究推動了智能型藥物納米制劑的開發與進展，具有潛在的臨床意義。

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浙江中醫藥大學2017年度校級科研基金項目（2017ZY22）。