納米技術在惡性腫瘤治療中的應用進展

趙文萃，趙慶蘭，梁玲玲

中國人民解放軍聯勤保障部隊第九六四醫院藥劑科，長春 130061

惡性腫瘤的治療一直是醫學領域竭力攻克的難題，雖然近年來其治療取得了一定的進展，但療效仍不盡如人意。目前認為，可自我更新、不斷分化、刺激腫瘤生長的腫瘤干細胞是導致惡性腫瘤難以根治的一個重要因素。常規手術切除、放療、化療等方法雖然可以誘導腫瘤細胞凋亡，抑制腫瘤生長，但對腫瘤干細胞的殺滅效果不理想。腫瘤干細胞多位于腫瘤內部，且往往處于細胞分裂的靜止期，耐藥性較強。因此，臨床治療惡性腫瘤的關鍵是采取積極措施抑制腫瘤干細胞的生長。納米技術是多種基礎理論、專業工程理論、當代高新技術的結晶，屬于跨學科的邊緣科學技術。目前，隨著納米技術的快速發展，國內外專家對惡性腫瘤的防治研究逐漸從細胞水平發展至分子、原子水平。特別是經納米技術制備的納米藥物、基因載體，在靶向性藥物治療、基因治療中發揮著重要作用，對腫瘤組織具有較強的靶向性，且可高選擇性地到達腫瘤細胞，對腫瘤細胞內外小分子或基因產生作用，抗腫瘤效果理想。本文就納米技術在惡性腫瘤治療中的應用進展作一綜述。

1 納米技術在惡性腫瘤常規治療中的應用

惡性腫瘤的常規治療方法包括手術、放療、化療，可挽救患者生命，提高患者的生存率。但手術創傷大，術后轉移和復發風險較高；化療、放療的選擇性較差，可導致正常細胞出現損傷，不良反應較多。近年來，臨床中越來越多地關注惡性腫瘤常規治療中具有靶向性、緩釋性特點的納米技術的應用，且以納米藥物為主。納米藥物主要是采用納米技術制造的、粒徑為1～1000 nm的藥物及作為載體的納米粒，兩者均具有一定的靶向性，可為惡性腫瘤的治療提供新的選擇。具體來說，納米藥物實現靶向性的原理與其生物學特征有關，可實現組織靶向、細胞靶向甚至分子靶向的藥物特異性遞送模式，納米藥物進入血液循環后，大多數被巨噬細胞吞噬，使藥物富集于肺、肝、淋巴結、骨髓等器官，這些器官為納米藥物的天然靶器官，因此臨床多根據納米藥物的這一特點治療轉移性腫瘤[1]。納米?？蓪τH水性或疏水性藥物進行溶解或包裹，具有靶向、緩釋、增強療效、降低毒性等特點。將一些難溶性藥物制作成納米粒，可促使藥效增加，延長藥物在體內的循環時間。Luo等[2]合成、表征了一種基于葉酸-聚乙二醇-二硫化-聚醚酰亞胺聚合物包裹的超順磁性氧化鐵納米?；蜻f送系統，并順利將程序性死亡受體1（programmed cell death 1，PDCD1，也稱 PD-1）-干擾小RNA（small interfering RNA，siRNA）遞送至特定的胃癌組織，其抑癌作用較為理想。吳兆勇等[3]在前列腺癌的治療中，應用基于二硫鍵交聯合成的精氨酸-組氨酸（HRss）陽離子聚合物構建了新型納米復合物 HRss/微小 RNA（microRNA，miRNA）-15a，發現其轉染效率較HRss1/miRNA-15a和HRss3/miRNA-15a更高，對前列腺癌干細胞運動能力的影響更大。納米藥物緩釋性的原理是納米藥物進入血液循環后被吞噬細胞吞噬，經溶酶體作用，降解載體，緩釋入血，可增加血藥濃度，延長血藥濃度的維持時間。納米藥物緩釋治療可延長藥物在惡性腫瘤內的存留時間，抑制腫瘤生長。此外，惡性腫瘤組織的血管具有較大的通透性，故靜脈途徑給予納米藥物可實現腫瘤內有效輸送，增強療效，且能控制給藥劑量，減少不良反應的發生。目前，臨床常用的納米粒子緩釋抗腫瘤藥物包括半乳糖化多柔比星白蛋白納米粒子、5-氟尿嘧啶聚乳酸載藥納米粒子、三氧化二砷白蛋白納米粒子等[4]。

目前認為，惡性腫瘤較難根治的主要原因是腫瘤組織由異質性細胞群體組成，其中除可快速增殖的腫瘤細胞外，還存在少量的腫瘤干細胞。既往常規手術切除、放化療雖然可以誘導腫瘤細胞凋亡，促使腫瘤細胞數量減少，但較難完全殺滅處于腫瘤內部的腫瘤干細胞，而腫瘤干細胞可自我更新、增殖、分化，刺激腫瘤生長。腫瘤細胞、腫瘤干細胞的殺滅機制存在差異，前者包括破壞腫瘤組織血管、誘導腫瘤細胞凋亡等，后者包括逆轉多藥耐藥以提升藥物敏感性、逆轉腫瘤干細胞高表達抗凋亡基因以誘導細胞凋亡、抑制DNA修復等。而納米藥物可通過改變腫瘤部位環境，利用實體瘤的高通透性、滯留效應聚集于腫瘤部位，控制藥物在腫瘤部位釋放，促使腫瘤部位的藥物含量升高，且可增強生理條件下疏水性藥物的溶解性和穩定性，延長藥物作用的持續時間，特異性殺滅腫瘤干細胞[5]。其作用表現為：①納米藥物可增強傳統藥物殺滅腫瘤干細胞的效能，臨床可通過合理構建的納米藥物傳送系統，負載傳統化療藥物，殺滅腫瘤干細胞。以化療藥物紫杉醇為例，負載紫杉醇的納米粒子可提高紫杉醇對腫瘤干細胞的抑制作用。Shabani Ravari等[6]制作了多烯紫杉醇靶向載藥納米粒子，結果發現，相較于單獨應用多烯紫杉醇，應用多烯紫杉醇靶向載藥納米粒子可有效降低4T1、MCF7細胞的半數抑制濃度（50%inhibitory concentration，IC50）；治療期間采用共焦顯微鏡進行觀察，結果發現，細胞對多烯紫杉醇靶向載藥納米粒子的攝取能力顯著提升。Choi等[7]在負載紫杉醇的聚乳酸納米粒子表面連接葉酸，結果發現，其可增強紫杉醇對卵巢癌干細胞的殺傷作用，提高抑瘤作用。超順磁性氧化鐵納米顆粒為直徑達到單疇這一臨界值的單疇晶體顆粒，具有良好的表面修飾性，可結合靶向配體，發揮腫瘤靶向性。Bakhtiary等[8]研究認為，超順磁性氧化鐵納米顆粒可實現精準靶向治療，輔助惡性腫瘤的早期診斷，且能夠提高放療、化療等常規治療對腫瘤組織的殺傷效應。②納米載體負載雙藥可通過不同的作用機制發揮協同作用，抑制腫瘤細胞和腫瘤干細胞的生長，改善惡性腫瘤的治療效果。以鹽霉素為例，該藥是一種羧酸聚醚類抗生素，可抑制腫瘤干細胞的生長，但也具有水溶性較差的弊端。將表面修飾聚乙二醇的聚乳酸納米粒子分別負載鹽霉素、多烯紫杉醇后，可形成兩種載藥量高、藥物可持續釋放的納米粒子。Li等[9]研究發現上述兩種納米粒子聯用可提高對胃癌細胞和胃癌干細胞的殺傷作用，與單一應用納米粒子或鹽霉素、多烯紫杉醇雙藥治療相比，兩種納米粒子聯用能夠獲得更為顯著的抑瘤效果，可達到治療惡性腫瘤的目的。Gong等[10]制備了分別負載鹽霉素、多柔比星、鹽霉素和多柔比星的納米脂質體，發現兩種藥物脂質體聯合應用，對肺癌細胞的生長具有較好的抑制作用。

2 納米技術在惡性腫瘤熱療中的應用

熱療主要是通過加熱改變腫瘤細胞生長的溫度、環境，促使細胞變形、壞死，達到治療的目的。腫瘤細胞對高熱敏感，與正常組織相比，腫瘤組織散熱慢，多數腫瘤細胞致死溫度的臨界點為42.5～43.0℃，在該溫度范圍內進行熱療，可促使細胞膜通透性增加，便于納米粒子進入腫瘤細胞，提升細胞內藥物的聚集率，且能對抗腫瘤藥物所致腫瘤細胞DNA雙鏈損傷的修復進行調控，促使化療藥物充分發揮藥效。光熱治療法是一種經納米粒子介導的腫瘤治療方法，以近紅外激光為外界能量源，可在人體內轉換為熱能，提高腫瘤部位的溫度，有效殺滅腫瘤細胞。多壁碳納米管的導熱性能良好，且可吸收電磁輻射[11]。Behnam等[12]認為多壁碳納米管介導的光熱治療法可促使腫瘤干細胞失去長期增殖的能力，具有較顯著的抑瘤效果，且生物安全性良好。還有研究發現，在單壁碳納米管表面連接CD133單克隆抗體形成的納米管，能夠主動靶向惡性膠質瘤干細胞[13]。

磁性納米顆?？稍诮蛔兇艌鲎饔孟聦崿F靶向釋藥，順磁性或超順磁性納米鐵氧體顆粒還能夠產熱，提升腫瘤細胞溫度至40～45℃，經高熱殺滅腫瘤細胞。張李鈺等[14]利用生物素和鏈霉親和素的親和作用，將上皮細胞黏附分子核酸適配體SYL3C與鐵磁納米顆粒連接，形成核酸適配體-鐵納米粒復合物，結果發現，在交變電磁場的作用下，核酸適配體-鐵納米粒復合物對上皮細胞黏附分子陽性的腫瘤細胞具有較強的熱殺傷效應。目前，納米技術與熱療相結合的新方法——磁流體熱療也開始越來越多地引起關注。Hensley等[15]研究發現，腫瘤細胞吸收納米磁粒的能力較正常細胞高8～400倍，且含納米磁粒的腫瘤細胞分裂時仍含納米磁粒，此種含納米磁粒的腫瘤細胞易受磁流體熱療的殺傷作用，經磁流體熱療可有效地進行靶向定位升溫，效果更穩定。目前，磁流體熱療與其他治療方法聯合應用已成為研究熱點。陳剛等[16]制備了包裹磁性納米粒子（Fe3O4）、抗腫瘤藥物（吉西他濱）的磁性白蛋白納米球，將納米球中的Fe3O4置于交變磁場，顯示磁響應性良好，且吉西他濱/Fe3O4白蛋白納米球聯合交變磁場熱療對肝癌細胞株SMMC 7721的抑制作用更顯著，抗腫瘤作用增強，這對探尋更好的肝癌治療方法具有重要意義。

3 納米技術在惡性腫瘤基因治療中的應用

惡性腫瘤的臨床治療中基因治療也發揮著重要作用，其原理是經基因轉染技術，在靶細胞內導入正?；蚧蚓哂兄委熥饔玫幕?，以發揮治療效果。近年來，研究發現在惡性腫瘤的發生、發展過程中，基因改變發揮著重要作用[17]。腫瘤細胞特別是腫瘤干細胞內siRNA、miRNA表達異?？山档图毎淖晕腋潞驮鲋衬芰ΑＲ虼?，臨床推薦將siRNA、miRNA作為殺滅腫瘤干細胞的工具。此外，腫瘤抑制基因也可通過調節特定酶的表達水平，抑制腫瘤細胞、腫瘤干細胞的增殖。但核苷酸類藥物也存在不足之處，如核內釋放量少、易被核酸酶降解、組織特異性低等。因此，需采取積極的措施，探尋有效的載體，導入核苷酸類藥物，以改善基因治療的效果。脂質體具有載藥量大、無毒、類型多、生物相容性高、炎癥反應少等特點，脂質體納米粒子可負載多種核甘酸類藥物，以達到治療惡性腫瘤的目的。乳腺癌干細胞中miRNA-200c的表達顯著下調，而提高miRNA-200c的表達水平后可在一定程度上提升靶向微管藥物的敏感度[18-19]。Liu等[20]基于該問題制作了一種固體脂質納米粒子，可促進miRNA-200c表達上調，殺滅腫瘤干細胞。Jang等[21]研究發現，miRNA-34a可以抑制腫瘤干細胞表面標志物CD44的表達，并進一步抑制腫瘤干細胞的分化、轉移；在此基礎上制作一種負載miRNA-34a的固體脂質納米粒子，結果發現，該納米粒子可增加細胞對miRNA的攝取，清除胃癌干細胞。此外，納米控釋系統作為核苷酸載體，具有靶向輸送核苷酸、防止核苷酸降解、幫助核苷酸轉染細胞、準確定位等作用，可改善惡性腫瘤的基因治療效果。Eniyan等[22]基于分支桿菌phlei DNA易被核酸酶降解的特點，利用分支桿菌，制作聚氨基葡萄糖分支桿菌phlei DNA納米粒子，發現聚氨基葡萄糖分支桿菌phlei DNA納米粒子可控制核酸酶對DNA的降解，促進腫瘤細胞凋亡。此外，近年來臨床對復合型基因載體的重視度也越來越高，部分研究取得了一定進展。例如Chen等[23]制作介孔二氧化硅納米粒子，發現該納米粒子進入細胞后，可被腫瘤細胞內含量較多的谷胱甘肽刺激，促進藥物釋放，發揮抑瘤作用，控制腫瘤復發。

4 問題與展望

現階段國內外高度重視采用納米技術靶向腫瘤干細胞治療惡性腫瘤，且取得了較多的研究成果。值得注意的是，雖然納米技術在惡性腫瘤的臨床治療中具有廣闊的應用前景，但也存在一些難以忽視的問題：①納米粒子與細胞表面靶向分子的結合效率及進入生理環境后的穩定性仍未具體明確；②納米藥物靶向腫瘤干細胞時，腫瘤干細胞、正常干細胞共享較多的信號通路，故治療期間可能損傷正常細胞；③針對納米技術在惡性腫瘤臨床治療中不良反應的問題有待研究。相關研究發現，水溶性富勒烯分子可透過血腦屏障，導致黑鱸魚大腦損傷[24]。其他納米粒子也具有潛在的危險，如樹突狀納米材料可能導致滲透性破壞，嚴重者甚至引發細胞膜破裂[25]。納米材料的毒理學及生物效應研究顯示，一旦其粒徑減小到一定程度，可導致本來無毒性或毒性相對較小的材料表現出毒性或毒性增加[26]。納米技術還可引發機體內噬菌細胞過載，降低免疫力，且因表面積極大，易吸附組織或體液中的酶及其他蛋白質等大分子，干擾生物學反應過程[27]。因此，在采用納米技術對惡性腫瘤進行治療時，需加強其人體毒理學研究，而這是目前世界范圍內納米技術研究領域所忽視欠缺的。此外，目前大多數納米技術的應用尚處于動物實驗、臨床前試驗階段，少數藥物進入惡性腫瘤治療的Ⅰ期和Ⅱ期臨床試驗。但筆者可以預見，今后隨著臨床研究的不斷深入以及納米技術的持續發展，必將更深層次了解其作用機制、毒理學特點等，并與其他治療方法共同發揮作用，以提升惡性腫瘤的治療效果，減少相關不良反應的發生，改善患者預后。