納米粒藥物載體靶向模體在治療腫瘤方面的研究進展

郭永川 綜述，許建利，帥磊淵審校

(重慶市江津區中心醫院普通外科 402283)

癌癥仍然是導致人類死亡的主要原因，嚴重影響了人類健康。雖然過去幾十年對癌癥的生物學行為有了進一步的認識，并產生了一系列更好的診斷和治療方法，但是癌癥的病死率仍居高不下。有研究表明，我國2015年癌癥的新發病例和死亡病例可能分別高達429.2萬人和281.4萬人[1]。化療藥物能夠高效地殺死腫瘤細胞，但是由于缺乏特異性，致使化療藥物很難集中在腫瘤組織發揮作用，因此也產生嚴重的不良反應[2]。納米醫學是隨著納米生物醫藥發展起來用納米技術解決醫學問題的學科，由于納米粒粒徑小、成分多變、表面功能穩定，為靶向腫瘤微環境及其相互作用提供了可能，彌補了傳統化療藥物的局限性，為靶向腫瘤細胞提供了一個理想的平臺[3]。納米靶向可以通過兩種方式實現：被動靶向和主動靶向。本文將對目前癌癥靶向納米策略進行綜述。

1 被動靶向

被動靶向是指通過減少與非靶器官、組織及細胞的非特異性相互作用來增加靶部位/非靶部位的藥物水平比例[4]。納米粒的被動靶向功能主要是利用了腫瘤的生理學特性和組織結構異常，這些異常能夠導致高滲透、長滯留效應。新生的腫瘤血管通透性大、淋巴管少，使得大分子的納米粒滯留聚集在腫瘤微環境，濃度明顯提高[4]。只有當這些大分子沒有被腎臟清除或者免疫細胞攝取，這種累積效果才能夠起到治療的作用[3-4]。高效的納米載體具有兩個重要的特性：一是能夠長時間保留在血液循環中，二是能夠靶向特異性的識別組織和細胞[3]。盡管被動靶向通過調節納米粒的大小、形狀和表面修飾等，可以實現第一點，然而，由于缺乏主動靶向，不能區分健康組織和腫瘤組織，導致治療效果不佳、不良反應大等[2]。

2 主動靶向

主動靶向是利用配體-受體、抗原-抗體及其他形式的分子識別方式將藥物遞送到特定的組織器官[5]。主動靶向利用腫瘤過表達的受體，如葉酸受體，用于靶向治療，能夠明顯地提高治療效果并減少潛在的不良反應[6]。下文主要闡述了與腫瘤主動靶向相關的配體，包括葉酸、轉鐵蛋白、寡核苷酸適配子、抗體以及多肽。

2.1葉酸 葉酸是靶向腫瘤遞送系統中使用最為廣泛的配體之一[6]。葉酸受體在多種腫瘤組織中表達上調，如宮頸癌和腦癌等，在絕大多數的正常組織中表達很低[7-8]。所有的葉酸受體對葉酸都有高親和力[8]。α葉酸受體對N5-甲基四氫葉酸的親和力與對葉酸一樣具有較高的親和力，然而β葉酸受體對N5-甲基四氫葉酸的親和力比對葉酸的親和力低50倍。α葉酸受體過表達于40%的腫瘤細胞，而β葉酸受體主要過表達于惡性造血細胞[8]。這些受體分布的差異和對不同配體的特異性，可以用于設計基于葉酸的組織選擇靶向遞送系統[7]。PERES-FILHO等[9]的研究表明葉酸受體靶向脂質體搭載的化療藥物，能夠增加細胞的攝取和細胞毒性。實驗表明，在急性髓性白血病細胞中β葉酸受體上調，葉酸修飾的脂質體阿霉素，在全身給藥后，能夠快速清除腫瘤細胞。葉酸修飾的金納米粒也能夠增強過表達葉酸受體的腫瘤細胞的攝取，進而增強了化療藥物的靶向性，提升化療藥物的療效[5]。此外葉酸修飾的超順磁納米粒和量子點在腫瘤診斷方面也有應用，LUO等[10]的研究表明葉酸修飾的超順磁氧化鐵納米粒可以協助核磁共振(MRI)對胃癌的診斷以及對程序性死亡配體-1(PD-L1))的靶向沉默作用。

2.2轉鐵蛋白 轉鐵蛋白是一種血清糖蛋白，能夠結合于細胞表面的轉鐵蛋白受體，通過受體介導的內吞作用將鐵離子轉運到細胞內[11]。轉鐵蛋白受體在惡性腫瘤細胞中表達上調，其表達可能比正常細胞高100倍，利用這一差異可以用于腫瘤藥物的靶向遞送[12]。一些研究顯示，轉鐵蛋白連接的脂質體能夠有效地將藥物遞送到表達轉鐵蛋白受體的腫瘤細胞。機制研究表明，這些靶向脂質體是通過受體依賴的內吞途徑入胞的，因而能夠克服P糖蛋白介導的藥物外排導致的耐藥性[11-12]。肺癌細胞中，轉鐵蛋白受體表達高于正常肺泡細胞，GUO等[13]進行了轉鐵蛋白修飾的脂質體阿霉素在肺癌吸入治療中的研究，結果顯示轉鐵蛋白修飾的阿霉素可以提升阿霉素的抗癌作用。此外，一些研究表明，轉鐵蛋白受體靶向的聚乳酸-羥基乙酸共聚物搭載的紫杉醇，在體內外研究中均顯示出了較好的抗腫瘤效果，增加了荷瘤小鼠的存活時間[13]。

2.3單克隆抗體 抗體能夠與細胞膜上特定的抗原結合。在過去10多年，科學家們利用抗體作為靶向模體進行了廣泛的研究。未結合的單克隆抗體在淋巴瘤、乳腺癌、結直腸癌、慢性淋巴細胞白血病等腫瘤顯示出了治療效果，并且已經廣泛應用于臨床[14]。表皮生長因子受體(EGFR)在許多癌癥中過表達，它能夠與兩種配體結合：表皮生長因子(EGF)及轉化生長因子α，進而刺激腫瘤細胞生長與增殖[15]。西妥昔單抗是一種嵌合人鼠單克隆抗體，通過競爭性結合EGFR產生抗腫瘤效果。實驗顯示西妥昔單抗修飾的金納米粒能夠特異性的靶向治療EGFR陽性的胰腺癌和結直腸癌細胞系[14-15]。隨后將靶細胞暴露于非線性射頻消融能量，通過金納米粒產生熱能將腫瘤細胞消融[5]。人表皮生長因子受體2(HER2)過表達于約25%的侵襲性乳腺癌中，但是在正常組織中表達很低[15]。體內外實驗表明，曲妥珠單抗結合的納米粒能夠特異性的靶向不同的細胞系[12]。結合曲妥珠單抗的超順磁氧化鐵納米粒可以用作MRI顯像的對比增強劑，用于檢測HER2陽性的腫瘤[10,16]。過表達HER2的腫瘤在T2加權像顯示出了增強的信號，提高癌癥的檢測能力。這些結果表明曲妥珠單抗結合的磁性納米粒是一種潛在的疾病診斷試劑，可以用于乳腺癌的早期診斷[12]。此外，除了靶向納米粒用于疾病診斷外，研究者也探索了曲妥珠單抗用于藥物遞送。目前臨床中針對HER2陽性晚期轉移性乳腺癌的曲妥珠單抗和細胞毒素劑的偶聯制劑T-DM1已經獲得美國食品藥品管理局的批準[12,16]。

2.4多肽 類似于抗體，多肽也能夠與對應的受體相互作用，影響細胞的增殖，并且，同抗體相比，多肽的制備價格更低廉、工序更簡單。精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)三肽序列，是α5β1整合素的必要識別位點。在腫瘤細胞中，特定的整合素表達增強對于促進腫瘤轉移、血管生成、增殖、遷移和侵襲非常關鍵，并且參與細胞外基質的水解[17]。整合素的過表達以及其在不同腫瘤中的重要作用，使其成為治療干預和藥物遞送的靶點[18]。RGD能夠被24種已知的整合素中的一半識別，并且整合素對RGD的識別通過晶體結構進行了確認，因此是一種十分有前景的靶向配體[17-18]。其他高效的RGD類似物包括九肽RGD、iRGD及西侖吉肽[17]。研究者將9-RGD共軛連接到納米粒，攜帶阿霉素用于乳腺癌的治療，實驗表明，該藥物明顯提升了荷瘤小鼠的生存期[18]。DANHIER等[18]將RGD連接到PEG-PCL的聚乙二醇鏈上，與PEG-PLGA一起制備成納米粒，體外實驗表明RGD修飾的納米粒能夠很好的結合于人臍靜脈內皮細胞上的整合素。體內試驗表明該納米粒同樣能夠靶向治療腫瘤血管，給予搭載紫衫的納米后，抑制了腫瘤的生長，延長了荷瘤小鼠的生存時間。目前西侖吉肽用于治療膠質細胞瘤，已經進入Ⅲ期臨床試驗，對于許多其他腫瘤也進入了Ⅱ期臨床試驗，在這些病例中，西侖吉肽作為一種高效的整合素拮抗劑發揮作用[19]。此外，與激素相關的癌癥，比如前列腺癌、乳腺癌等，高表達黃體生成素釋放激素類似物受體同其他的細胞毒性藥物或者藥物遞送系統進行偶聯，可以用于癌癥的靶向治療[20]。多肽配體中，RGD研究最多，除了前面提及的兩種配體，其他還包括生長抑素、蛙皮素及血管肽等，也可以用作靶向治療的模體[17,19]。

2.5寡核苷酸適配子 寡核苷酸適配子是單鏈DNA或者RNA寡核苷酸，可以折疊成為二級、三級三維結構，使其能夠和特異的生物靶點結合，主要是與蛋白質結合。針對特異靶點的適配子，是通過“指數富集配體系統進化”的方法進行篩選的[21]。該方法是首先制備大量隨機的單鏈DNA和單鏈RNA序列庫，然后將這些適配子暴露于靶分子，并篩選出能夠特異性結合的適配子，最后通過聚合酶鏈式反應進行富集。同抗體之類的靶向模體相比，寡核苷酸適配子具有許多潛在的優勢。該核酸適配子可以化學合成，因此可以大規模生產，成本低，批次之間差異小。由于適配子中加入了骨架，使其更耐受熱、更穩定。這些特性，使其在納米粒制備過程中，能夠承受不同的實驗條件；合成后，可以在常溫下運輸，并長期保存而保持穩定[22]。最后，同抗體相比，適配子更小(<10 kDa)，更容易穿透腫瘤組織。FAROKHZAD等[23]首次報道A10 RNA適配子能夠識別前列腺特異性膜抗原的胞外域，他們使用該適配子偶聯的納米粒用于藥物遞送。同非靶向納米粒相比，使用該適配子修飾的納米粒靶向遞送多西他賽，其明顯增強了體外細胞毒性。DHAR等[24]報告了類似的策略，使用靶向前列腺特異性膜抗原(PSMA)的適配子靶向納米粒包裹鉑(Ⅳ)，用于前列腺癌的治療。其他學者發現，利用配體靶向納米粒，進行雙藥靶向遞送抗腫瘤治療，能夠增強抗腫瘤效果，并最小化劑量相關毒性[21-22]。YU等[25]使用PSMA靶向RNA適配子制備一種靶向超順磁氧化鐵納米粒，并載有多柔比星化療藥，具有診斷和治療疾病兩種功能。除了A10 RNA適配子外，還有針對表皮生長因子受體的適配子，靶向核仁的適配子(AS1411)，靶向MUC1蛋白的適配子等[24,26]，這些適配子可能在其他腫瘤的診療中扮演重要作用。

3 小 結

目前，癌癥的治療手段多種多樣，包括手術治療、放療、化療及生物治療等，但是，到目前為止還沒有哪種治療手段可以完全取代其他治療方法，這說明每種治療手段都各有利弊。納米醫學是隨著納米生物醫藥發展起來用納米技術解決醫學問題的學科，由于納米粒具有粒徑小、成分多變、表面功能穩定等特點，為靶向腫瘤微環境及其相互作用提供了可能。事實上，腫瘤靶向納米載體已被用于腫瘤的早期診斷、治療，甚至治療后隨訪，具有廣闊的應用前景。由于被動靶向治療效果差，具有一定的盲目性，因此，主動靶向治療顯得尤為重要。本文綜述了目前一些最為重要的主動靶向策略，如基于單克隆抗體的靶向模體對靶向受體具有高選擇性和高親和力，但是由于體內使用單克隆抗體的時候會產生免疫反應，這在一定程度上限制了單克隆抗體的應用。多肽和抗體非常類似，能夠干擾腫瘤細胞的配體-受體相互作用，其經歷了單功能靶向、雙功能靶向、腫瘤穿透以及環境相應型靶向等發展過程。而寡核苷酸適配子具有免疫原性弱的特點，可以由化學物質合成，使其在體內高度穩定，并且寡核苷酸適配子可以靶向許多的靶點，包括生物大分子、有毒分子等。對于像轉鐵蛋白、葉酸這類靶向配體，可以靶向腫瘤細胞過度表達的轉鐵蛋白受體、葉酸受體，進而發揮抗腫瘤效應。雖然以上腫瘤主動靶向均有各自的優點，但是，到目前為止，仍未有最佳的靶向策略公布，每種策略都有其相應的弊端，還需要進一步的研究加以完善。也許可以采用組合策略來提高藥物遞送的準確性，為更為有效的個性化治療奠定基礎。