“精準醫療”背景下的靶向藥物研究
——心肌缺血區靶向機制及藥物設計策略※

劉 峰 董少紅 吳美善 梁瑞娟 熊 瑋 劉華東 陳科奇

“精準醫療”背景下的靶向藥物研究
——心肌缺血區靶向機制及藥物設計策略※

劉 峰 董少紅 吳美善 梁瑞娟 熊 瑋 劉華東 陳科奇

如何實現對嚴重危害人類健康疾病的精準治療是目前醫學界的難題和研究熱點。隨著“精準醫療”計劃啟動，藥物設計也隨之進入“精準”靶向藥物分子設計時代。全球范圍內患病人數最高的心血管疾病是目前全球范圍內導致人類病死的主要疾病之一，遠高于因腫瘤及其他疾病病死人數，而其中缺血性心肌疾病已成為威脅人類健康的頭號殺手。目前，雖有多種治療心肌缺血藥物，但多數缺乏組織特異性，同時因缺血區血液循環障礙，使藥物在缺血區的分布往往不甚理想。本研究綜述并探討了針對靶向于心肌缺血區的藥物被動、主動以及理化實現機制與相關策略。

精準醫療；心肌缺血；藥物靶向；分子靶向藥物設計；作用機制

心肌缺血主要是因心肌耗氧量與冠狀動脈血氧供給間的失衡造成的心肌嚴重供血不足。目前多種抗心肌缺血相關藥物應用于臨床，但大部分具有明顯弊端：諸如由于心血管疾病生理特性，藥物缺乏心肌組織特異性，藥物因半衰期短而易在體內降解，或者藥物無法最終進入心肌細胞發揮藥效作用；因心肌組織缺血造成血液循環障礙而必須大劑量給藥方可起效，但增加藥物劑量會引起一定不良反應，從而限制了臨床藥物治療的廣泛應用。而通過藥物載體技術包裹藥物進行創新制劑開發，旨在實現藥物代謝及組織分布行為的改變，特異性地提高病灶部位藥物濃度，進而在病灶部分靶向發揮作用，以達到提高藥物治療效果的目的。心血管藥物靶向給藥技術已成為國內外研究的熱點及趨勢，靶向給藥技術主要利用病灶部位的生理及病理特性實現靶向作用，因此靶向藥物的研發首先應考慮的主要問題便是心血管疾病的生理病理特性。心肌缺血的病理機制較為復雜，心肌收縮、舒張能力降低；心肌電生理發生變化；心肌細胞凋亡；心肌能量代謝發生改變（圖1）。

1 基于被動機制的靶向策略

被動機制的靶向策略主要基于心肌病變部位的生理、病理特點，依靠遞藥系統性質的改變，實現藥物在病變部位的有效釋放進而蓄積。國內外研究最早且臨床應用較多的被動靶向給藥技術是脂質體，通過給藥載體的類細胞膜結構實現藥物在體內代謝及組織分布，最終將藥物成功的靶向分布于靶標。目前研究證實，藥物可以通過脂質體及其他載體實現在心肌缺血組織中積聚，同時脂質體可非特異性地粘連至細胞表面對受損細胞膜進行修補，進而完成脂質體在一定程度上的心肌保護[1]。由于脂質體的部分輔助治療作用，脂質體載體是目前最常用于心肌缺血區靶向研究的藥物載體。對載有含順磁及熒光脂質的納米膠束和納米脂質體在再灌注損傷小鼠模型中靶向集聚于急性再灌注引起心肌梗死區中，并且粒徑小的納米膠束具有更快積累速度[2]。

心肌缺血區的藥物被動靶向機制研究目前主要集中于EPR效應，即心肌缺血造成的藥物透過增強以及藥物滯留[3]，以及利用或避免網狀內皮系統識別和結合實現靶向病灶組織的被動靶向策略。納米脂質體、高分子納米球、脂質納米球、納米乳液及膠束等納米給藥技術均可以通過減少粒徑、表面正電荷化以及長循環等技術基于靶組織EPR效應采用被動靶向機制實現心肌靶向作用。EPR效應在腫瘤及炎癥等病變部位也廣泛存在，是目前研究藥物系統被動靶向的病理生理學基礎。尤其是實體瘤的特殊病理生理學特征，如高密度且結構完整性差的血管分布、局部血管通透性高等可以充分實現大分子藥物物質的腫瘤血管滲出，并且在組織產生藥物滯留效應[4]。對于缺血心肌組織而言，藥物粒子尤其是大分子粒子的尺寸以及負載電荷決定了其藥物的 EPR效應。藥物粒子的尺寸對藥物在缺血區分布的 EPR效應最為明顯，其次當藥物粒子尺寸相當時，由于缺血區細胞表面的負電性特點，荷載正電的藥物粒子更易實現 EPR效應[5]。通過在藥物表面修飾聚乙二醇可以減少網狀內皮系統識別，例如阿霉素脂質體通過在其表面修飾 PEG可減少其在血液中被清除，從而增加腫瘤治療效果，并降低阿霉素造成的心臟不良反應[6-7]。相反，利用被網狀內皮系統識別機制可以作為靶向治療炎性相關疾病的研究思路，例如利用該機制對動脈粥樣硬化進行成像和治療[8]。

圖1 心肌缺血區組織的病理與靶向

近年來，針對治療心肌缺血藥物（如外源性腺苷、谷胱甘肽和輔酶Q10等）靶向設計多通過脂質體藥物載體以及藥物EPR效應來實現，而心肌缺血區血流灌注速度、血管通透性以及藥物半衰期 3個方面決定了靶向藥物的最終分布效應[9]。多種疾病發生與體內輔酶Q10缺乏有關，例如心臟病、高血壓、帕金森病、癌癥、牙周疾病、哮喘以及人類免疫缺陷病毒感染。口服輔酶Q10對心血管相關疾病的治療具有顯著臨床價值，尤其是對線粒體功能障礙導致的心肌疾病。因此，輔酶Q10心肌靶向制劑的研究對于心肌梗死相關心肌疾病的治療，尤其是缺血再灌注引起心肌組織損傷的保護與治療具有重要的臨床應用價值。此外，制備成功的ATP脂質體應用于急性心肌梗死兔中發現，接受ATP脂質體冠狀動脈給藥兔的心肌梗死區面積顯著縮小，進一步研究發現ATP脂質體經PEG修飾后可以顯著增加ATP脂質體的體內循環時間，可有效提高受損心肌細胞ATP水平[10]。

基于上述研究結論，目前一直認為利用藥物粒子EPR效應、基于心肌缺血區被動靶向策略的藥物設計主要滿足以下兩點：①為提高聚合物親水性及其水中的彌散效果，聚合物藥物的流體動力學直徑應大于腎小球毛細血管截留臨界值。②為提高膠態載體系統的隱形性，規避Kupffer細胞識別、截留，膠態載體系統均要完成其表面的親水修飾。

2 基于主動機制的靶向策略

基于主動機制的藥物靶向策略（又稱為“生物導彈”）主要依靠藥物特異性的識別目標靶位的特殊分子（諸如受體、抗原、凝集素、葉酸或轉運體等）進行特異性的結合，進而觸發細胞吞吐機制，最終完成藥物載體在病變組織和細胞內的靶向選擇性富集效果。

2.1 抗體介導的藥物靶向機制細胞內抗原成分因細胞膜在缺血環境下功能紊亂而出現外露現象，而該部分外露抗原成分可以作為外源性載藥系統主動進行靶向結合的靶標，最終實現藥物在受損心肌組織的主動靶向分布及富集。研究顯示肌球蛋白在缺血導致細胞膜破裂后并未流出細胞外，該特點使肌球蛋白成為藥物主動靶向策略最為常用的靶點[11]。而前期動物實驗采用放射性同位素標記（采用131I、111In 和99mTc）的抗肌球蛋白抗體在兔或犬心梗區的高度靈敏度和特異性，充分證實了肌球蛋白作為常用靶點的有效性[12]。抗肌球蛋白免疫脂質體經 PEG修飾后可以延長其在血液循環中的時間，進而增加在動物心梗區的主動靶向集聚。此外，肌鈣蛋白 I抗體也可以通過主動靶向策略實現其在心肌缺血區的富集。

此外，心肌缺血區通過局部炎性反應可在細胞膜上產生大量細胞黏附分子，因其獨有的特異性，也可以作為載藥系統的表面修飾與改性，最終實現基于主動靶向機制心肌缺血區的藥物富集。

2.2 受體介導的藥物靶向機制β腎上腺素能受體配基烯丙洛爾修飾脂質體經大鼠靜脈注射后，其在心臟和肺的含量分別增加了4.9倍和7.4倍。β1受體在心肌缺血時的增量及敏感性均顯著，鑒于此對 β1受體配體進行脂質體修飾有助于進一步提高藥物主動靶向效果，增加心肌細胞對藥物的攝取。

此外，利用病毒載體介導心肌缺血區藥物靶向研究也逐漸增多，考慮到特異性不高以及基因無法長期表達的缺點，進一步研究方向主要集中于通過加載組織特異性調控元件（心室特異性肌球蛋白輕鏈-2啟動子/增強子）提高該類藥物載體的心肌靶向效果。

3 基于理化機制的靶向策略

由于有氧代謝受阻，酸性代謝產物增加及清除受阻，心肌缺血最終導致缺血區細胞內酸中毒。為此針對缺血區酸性環境的 pH敏感靶向制劑可以實現藥物在缺血區的靶向聚集及釋放。

對急性心肌梗死組織施以外加磁場可以產生一定保護作用。由此設計的藥物磁性靶向在實現心肌缺血區診斷作用的同時，還可以達到外加磁場以及藥物的保護作用。此外，以微泡作為載體負載藥物或基因的超聲靶向微泡破裂法，通過超聲波與微泡相互作用實現藥物在靶區釋放在心血管疾病中的應用也逐漸增多。也有研究證實，微泡-靶基因混合物（表達特定基因的質粒與脂質微泡共孵育）利用UTMD可以實現目標基因在心肌組織的靶向釋放及表達[13-14]。但UTMD能否成功用于人體尚需進一步證實。

4 總結

靶向心肌缺血區給藥策略常需要聯合多種機制來實現，因此設計心肌缺血區的靶向給藥系統應綜合考慮各種靶向機制以達到最佳效果。目前，雖已取得一些進展，探明一些藥物分布影響因素，發現一些特異性靶標，但有限的靶標數量及其特異性仍限制了藥物靶向分布。今后針對缺血區血供改善、提高靶標的靶向效率、新靶標的發現及多種靶向策略組合應用將是該領域進一步的研究方向，尤其是缺血區血供的快速恢復與多種靶向機制的有機組合。

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10.12010/j.issn.1673-5846.2017.02.062

深圳市人民醫院，廣東深圳 518100

深圳市科技計劃項目（編號：JCYJ20160422151912249）

劉峰，博士學位，醫師。研究方向：心力衰竭、冠狀動脈粥樣硬化性心臟病、分子靶向治療等研究

董少紅，Email：iceicelover@163.com