巨噬細(xì)胞膜仿生納米遞藥系統(tǒng)在疾病靶向治療中的應(yīng)用Δ

李嬋蓮，宋佳敏，陳美玲，任曉亮，王萌#（.天津中醫(yī)藥大學(xué)組分中藥國家重點實驗室，天津 3067；.天津中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，天津 3067）

近年來，基于納米材料的藥物遞送在各種疾病的治療中發(fā)揮著重要作用[1]。納米材料雖能改善藥物的一些理化性質(zhì)，如實現(xiàn)緩控釋效應(yīng)、提高疏水性藥物的溶解度等，但易被機體識別為“非己”物質(zhì)導(dǎo)致被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)識別及清除，從而減弱藥物療效；此外，部分納米材料還存在一定的毒性。為解決這些問題，膜仿生遞藥系統(tǒng)應(yīng)運而生，其中細(xì)胞膜包裹納米粒就是一種新興的納米載藥策略。仿生納米遞藥系統(tǒng)在細(xì)胞膜的修飾下，繼承了納米粒的優(yōu)點以及天然生物膜表面的受體，可有效避免被免疫系統(tǒng)識別及清除，從而延長藥物的體內(nèi)循環(huán)時間，并在特定細(xì)胞膜的作用下實現(xiàn)納米藥物的主動靶向。目前，常用的細(xì)胞載體有紅細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等。其中，巨噬細(xì)胞作為天然免疫系統(tǒng)第一道防線，在生理環(huán)境下可識別及清除壞死或凋亡的細(xì)胞碎片、病原體、呈遞抗原，參與適應(yīng)性免疫和免疫監(jiān)視[2]。此外，巨噬細(xì)胞廣泛分布于人體，能自由穿梭于各個組織，可跨越幾乎不滲透的生物屏障到達(dá)體內(nèi)許多普通藥物無法到達(dá)的區(qū)域[3]。因此，用巨噬細(xì)胞膜包裹納米粒（macrophage membrane-nano particles，MM-NPs）制備的仿生納米制劑可以克服傳統(tǒng)納米制劑靶向性差、免疫原性高等缺點。本文綜述了近年來巨噬細(xì)胞膜仿生納米遞藥系統(tǒng)在疾病靶向治療中的應(yīng)用現(xiàn)狀，以期為該遞藥系統(tǒng)的深入研究和開發(fā)提供參考。

1 巨噬細(xì)胞的來源與類型

巨噬細(xì)胞是造血系統(tǒng)中最具可塑性且功能多樣的固有免疫細(xì)胞，源自單核細(xì)胞。單核細(xì)胞來源于骨髓中的造血干細(xì)胞。單核細(xì)胞通過血液遷移到全身各組織及器官中發(fā)育成巨噬細(xì)胞[2]。炎癥期間，離開血流的一類巨噬細(xì)胞被運送至炎癥部位，它們可自由穿梭于組織間隙成為游離巨噬細(xì)胞；另一類定居于組織器官中的巨噬細(xì)胞，它們一般不再返回血液，而是參與組織修復(fù)、免疫監(jiān)視，被稱為組織定居巨噬細(xì)胞，如肝臟中的肝巨噬細(xì)胞、皮膚中的朗格漢斯細(xì)胞等。這些組織定居巨噬細(xì)胞在組織重塑和維持體內(nèi)平衡中起著關(guān)鍵作用。

巨噬細(xì)胞具有較強的可塑性和異質(zhì)性，受到相應(yīng)的刺激后，可極化為經(jīng)典活化的M1型和交替激活的M2型以維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。M1型巨噬細(xì)胞參與促炎反應(yīng)并釋放干擾素γ、白細(xì)胞介素1β（interleukin 1β，IL-1β）、腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor α，TNF-α）等促炎細(xì)胞因子，以幫助宿主抵御病原體，常在炎癥反應(yīng)和腫瘤的早期階段出現(xiàn)[4]。M2型巨噬細(xì)胞參與抗炎反應(yīng)，可分泌IL-4、IL-10、IL-13等抗炎細(xì)胞因子，以促進炎癥消退、組織修復(fù)和傷口愈合，常在傷口愈合的早期階段和腫瘤的晚期階段出現(xiàn)[5]。目前主要用M1型巨噬細(xì)胞作為藥物載體，以加強炎癥反應(yīng)。但某些疾病的治療也需要抑制免疫反應(yīng)，如用于骨組織修復(fù)的納米材料，發(fā)揮抗炎作用的M2型巨噬細(xì)胞是其理想的藥物載體。

2 MM-NPs在疾病靶向治療中的應(yīng)用

2.1 惡性腫瘤

腫瘤生長需要較多營養(yǎng)物質(zhì)的流入與代謝物的排出，當(dāng)周圍的環(huán)境無法滿足其生長需求時，腫瘤會向周圍組織浸潤，形成新生血管。但大部分新生血管不完整，無法正常運輸氧氣，導(dǎo)致形成缺氧、間質(zhì)液體張力高、pH低的腫瘤微環(huán)境[6-7]。腫瘤組織分泌的趨化因子以及腫瘤內(nèi)部缺氧壞死導(dǎo)致組織釋放大量的炎癥因子都會招募體內(nèi)的巨噬細(xì)胞向腫瘤富集。因此，巨噬細(xì)胞是腫瘤微環(huán)境中最豐富的細(xì)胞，占實體瘤的50%以上[8]。研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞參與腫瘤的生長與轉(zhuǎn)移，并能影響腫瘤微環(huán)境，基于此，MM-NPs可實現(xiàn)高腫瘤靶向性、低免疫原性，其靶向腫瘤組織過程的示意圖見圖1[3]。

圖1 MM-NPs靶向腫瘤組織過程的示意圖

2.1.1 乳腺癌 乳腺癌是全球女性癌癥死亡的主要原因之一。乳腺癌的轉(zhuǎn)移是導(dǎo)致患者死亡的主要原因，主要包括肺轉(zhuǎn)移與骨轉(zhuǎn)移[9]。多藥耐藥現(xiàn)象降低了腫瘤部位藥物濃度，而受體介導(dǎo)的主動靶向與腫瘤的高滲透、長滯留效應(yīng)相結(jié)合，使藥物最大程度地富集于腫瘤部位。研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞膜上的整合素α4和整合素β1與乳腺癌細(xì)胞上血管細(xì)胞黏附分子1相互作用，可提高巨噬細(xì)胞與癌細(xì)胞之間的親和性，顯著抑制乳腺癌的肺轉(zhuǎn)移[10]。乳腺腫瘤分泌的趨化因子2與巨噬細(xì)胞膜上的表面趨化因子受體2結(jié)合，可促進MM-NPs向腫瘤部位聚集，增強藥物在腫瘤部位富集[11]。Xuan等[12]發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞膜包裹金納米顆粒可在乳腺癌荷瘤小鼠體內(nèi)實現(xiàn)長循環(huán)，顯著增強抗乳腺癌效果。Poudel等[13]發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞膜包裹硫化銅納米粒通過光療與化療聯(lián)合作用可改善腫瘤的深層侵襲，增強抗乳腺癌效果。Rao等[14]使用巨噬細(xì)胞膜包載新型熒光探針，利用巨噬細(xì)胞膜靶向腫瘤能力，將熒光探針成功遞送至腫瘤部位，可有效實現(xiàn)腫瘤體內(nèi)成像。綜上，MM-NPs不僅可憑借巨噬細(xì)胞膜使納米藥物主動靶向乳腺癌的肺轉(zhuǎn)移部位，延長納米藥物在體內(nèi)的循環(huán)時間，增加乳腺癌部位的藥物濃度，還可憑借納米粒優(yōu)異的化學(xué)和光學(xué)性能實現(xiàn)對癌癥部位的光熱治療和高效的體內(nèi)腫瘤成像。

2.1.2 結(jié)直腸癌 結(jié)直腸癌是我國最常見的癌癥之一，其發(fā)病率也呈現(xiàn)明顯上升的趨勢。據(jù)報道，結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展與腫瘤免疫逃逸密切相關(guān)，因而免疫治療被認(rèn)為在結(jié)直腸癌的治療中有很大潛力[15]。王鵬[16]用巨噬細(xì)胞膜包裹10-羥基喜樹堿的聚乳酸-共聚乙酸[poly（lactide-glycolide acid），PLGA]納米粒，發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞膜能顯著增強結(jié)腸癌細(xì)胞對納米粒的攝取，同時減少巨噬細(xì)胞對仿生納米制劑的攝取，表明該仿生納米制劑對結(jié)腸癌細(xì)胞的靶向能力與免疫逃逸能力良好。Wang等[17]發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞-癌細(xì)胞融合膜包裹納米制劑具有優(yōu)越的免疫逃逸和同源黏附能力，表現(xiàn)出體內(nèi)長期滯留以及靶向積累，可顯著抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞的生長，延長結(jié)直腸癌模型小鼠的生存時間。綜上，MM-NPs有望用于結(jié)直腸癌的免疫治療。

2.1.3 黑色素瘤 黑色素瘤是一種由黑色素細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化而形成的腫瘤，其患者病死率較高。惡性黑色素瘤的轉(zhuǎn)移率較高，現(xiàn)有的治療方法難以達(dá)到痊愈。黑色素瘤中的巨噬細(xì)胞含量為0～30%，在皮膚黑色素瘤、鼻竇黑色素瘤的原發(fā)病變部位中均發(fā)現(xiàn)有巨噬細(xì)胞[18]。人類惡性黑色素瘤早期會表達(dá)巨噬細(xì)胞趨化蛋白1，該蛋白高表達(dá)會促進大量單核巨噬細(xì)胞聚集和腫瘤被破壞[19]。Cao等[20]構(gòu)建了巨噬細(xì)胞膜包裹紫杉醇白蛋白納米粒，發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞膜可顯著提高納米粒對腫瘤細(xì)胞的攝取效率，且不改變其主要的內(nèi)化途徑；還可延長納米粒在B16F10荷瘤小鼠腫瘤部位的滯留時間，增加抗腫瘤效果。

2.1.4 腦膠質(zhì)瘤 腦膠質(zhì)瘤是一種非常致命的腦癌。化療是治療腦膠質(zhì)瘤最常規(guī)的治療策略，但傳統(tǒng)的化療藥物無法達(dá)到有效治療劑量。在腦膠質(zhì)瘤發(fā)病早期，血腦屏障完整，可保護腦組織免受血液循環(huán)中有毒物質(zhì)的侵害，也可阻止絕大部分藥物進入腦組織發(fā)揮作用；而在晚期，由于高滲透、長滯留效應(yīng)，血腦屏障受到損害，完整性降低，但腫瘤內(nèi)間質(zhì)液體壓力和血腦腫瘤屏障的增加仍然阻礙治療藥物進入腫瘤[21]。因此，如何將藥物有效遞送至腫瘤部位是治療腦膠質(zhì)瘤最主要的挑戰(zhàn)之一。在腦膠質(zhì)瘤周圍存在大量的巨噬細(xì)胞，巨噬細(xì)胞膜上的整合素α4與巨噬細(xì)胞分化抗原1有助于納米藥物穿過血腦屏障靶向腦膠質(zhì)瘤[22]。Lai等[23]設(shè)計了巨噬細(xì)胞包裹納米粒，發(fā)現(xiàn)該納米粒能穿過血腦屏障，選擇性地聚集于腫瘤部位，同時還能通過光熱療法殺死腫瘤細(xì)胞，延長腦膠質(zhì)瘤模型小鼠的生存時間。

2.2 阿爾茨海默病

阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是一種神經(jīng)系統(tǒng)性疾病，俗稱老年癡呆癥。AD患者在全球范圍內(nèi)不分年齡段地迅速增加，其主要特征是記憶力與思考能力的降低或喪失，目前還沒有有效的治療方法來延緩或阻止其發(fā)展[24]。炎癥是AD神經(jīng)元損傷的重要原因，小膠質(zhì)細(xì)胞通過激活補體級聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)生IL-1、IL-6、TNF-α等炎癥因子，參與AD的免疫反應(yīng)[25]。線粒體改變是AD發(fā)展的驅(qū)動力，氧化代謝反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的活性氧可導(dǎo)致線粒體功能障礙，而AD的發(fā)展也會影響線粒體的功能，形成惡性循環(huán)[26]。Han等[27]制備的巨噬細(xì)胞膜包裹染料木黃固體脂質(zhì)納米粒成功繼承了巨噬細(xì)胞的免疫特性，隱藏了納米粒從而免其被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)捕獲；該仿生納米制劑還能有效穿過血腦屏障靶向到神經(jīng)元細(xì)胞，進一步定位于線粒體從而抑制其產(chǎn)生活性氧，進而保護神經(jīng)元，抑制其凋亡。

2.3 肝臟缺血再灌注損傷

肝臟缺血再灌注損傷是肝切除和原位肝移植過程中常見的病理過程，已被證實是早期移植失敗或慢性移植排斥反應(yīng)以及肝衰竭的主要原因，目前暫無有效的治療策略[28]。因此，緩解肝臟缺血再灌注損傷是提高肝移植患者生存率的治療策略之一。肝臟缺血再灌注損傷是一個復(fù)雜的過程，涉及活性氧的釋放、肝巨噬細(xì)胞的活化和炎癥因子的分泌等多個因素[29]。Ou等[30]發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞膜包裹PLGA可中和脂多糖（lipopolysaccharide，LPS），減少LPS與Toll樣受體4的結(jié)合，通過下調(diào)Toll樣受體4/髓樣分化因子88/IL-1受體相關(guān)酶/核因子-κB信號通路、抑制炎癥反應(yīng)來避免肝臟缺血再灌注損傷的發(fā)生。

2.4 動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）是一種典型的慢性炎癥性血管病變，是腦血管病、冠心病和外周動脈疾病等缺血性心腦血管病的共同病理學(xué)基礎(chǔ)[31]。單核巨噬細(xì)胞可通過表面趨化因子受體2感應(yīng)趨化因子，靶向AS部位[32]。此外，巨噬細(xì)胞上的清道夫受體（CD36）可與AS中的低密度脂蛋白結(jié)合，使得MM-NPs可以靶向AS病灶部位并促進藥物釋放[33]。Gao等[33]發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞膜包裹阿托伐他汀的活性氧納米粒對巨噬細(xì)胞有免疫逃逸功能，對LPS和氧化型低密度脂蛋白誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞炎癥以及泡沫細(xì)胞形成有抑制作用，能有效降低全身性炎癥，對小鼠AS有良好的治療效果。王溢[34]發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞膜包裹藥物的PLGA具有藥物緩釋、長效血液循環(huán)及高效AS靶向作用，同時可顯著增強炎癥內(nèi)皮細(xì)胞對納米粒的攝取作用，促進藥物在AS病變部位聚集，從而有效抑制AS的發(fā)展。程立婷等[35]發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞膜包裹PLGA納米粒可有效識別血管細(xì)胞黏附分子1受體，實現(xiàn)AS靶向。

2.5 內(nèi)毒素血癥與膿毒癥

內(nèi)毒素血癥是一種宿主對細(xì)菌內(nèi)毒素反應(yīng)失調(diào)引起的病理生理反應(yīng)，其免疫系統(tǒng)不受控制地被激活導(dǎo)致全身炎癥反應(yīng)綜合征[36]。膿毒癥是一種宿主對感染反應(yīng)失調(diào)引起的可危及生命的多器官功能障礙，在臨床上具有高病死率[37]。內(nèi)毒素血癥與膿毒癥都表現(xiàn)為血清中LPS水平升高。在人體的循環(huán)系統(tǒng)中，LPS在巨噬細(xì)胞膜表面CD14受體的輔助下與巨噬細(xì)胞表面Toll樣受體4結(jié)合，刺激巨噬細(xì)胞釋放TNF-α、IL-6等炎癥因子，可導(dǎo)致一系列的炎癥反應(yīng)綜合征[38]。Shen等[39]發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞膜包裹納米粒憑借巨噬細(xì)胞膜上特異性結(jié)合LPS的受體，能夠捕獲、中和內(nèi)毒素，減少炎癥因子的釋放，并能有效釋放藥物，顯著減弱內(nèi)毒素血癥模型小鼠的免疫反應(yīng)，提高小鼠的存活率。Thamphiwatana等[40]也發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞包裹納米顆粒具有與巨噬細(xì)胞相同的抗原性外觀，繼承了與內(nèi)毒素結(jié)合的能力，并且能降低促炎細(xì)胞因子水平，抑制細(xì)菌的擴散，從而延長膿毒癥模型小鼠的生存時間。

2.6 糖尿病

糖尿病是以高血糖為特征的代謝疾病，主要分為1型和2型。1型糖尿病是B細(xì)胞破壞引起的，通常導(dǎo)致胰島素絕對缺乏；2型糖尿病是由于胰島素的分泌或作用逐漸喪失引起的，通常與胰島素抵抗相關(guān)[41]。研究表明，巨噬細(xì)胞參與1型糖尿病及2型糖尿病的發(fā)生發(fā)展，已逐漸成為相關(guān)治療的主要靶點[42]。巨噬細(xì)胞膜表面特異性蛋白使MM-NPs可以靶向炎癥部位，被證明可用于1型糖尿病的治療。Zhang等[43]用巨噬細(xì)胞膜包裹羰基錳的介孔二氧化硅納米藥物遞送系統(tǒng)治療1型糖尿病，發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞膜可實現(xiàn)納米藥物長循環(huán)，促使其向炎癥組織聚集，減輕炎癥反應(yīng)，抑制B細(xì)胞凋亡，降低糖尿病模型小鼠的血糖水平。2型糖尿病通常表現(xiàn)為高血糖水平和血脂異常，患者體內(nèi)低密度脂蛋白不僅高于正常人群，且易被氧化成氧化型低密度脂蛋白。巨噬細(xì)胞上的CD36受體可與氧化型低密度脂蛋白結(jié)合，增強促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生[44]。因此，巨噬細(xì)胞也有望成為治療2型糖尿病的有效載體。但目前利用巨噬細(xì)胞膜包裹納米粒治療2型糖尿病的相關(guān)研究尚未見報道。

2.7 骨組織修復(fù)

機體進行骨組織修復(fù)過程包括促炎反應(yīng)和抗炎反應(yīng)。適當(dāng)?shù)拇傺追磻?yīng)或抗炎反應(yīng)對骨組織修復(fù)有積極作用，但過激的促炎反應(yīng)或抗炎反應(yīng)會破壞成骨細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的礦化。因此，控制促炎或抗炎細(xì)胞因子的平衡對于骨組織修復(fù)過程中的成骨作用至關(guān)重要。Yin等[45]發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞膜包裹D1分解素的金納米膠囊能通過膜表面Toll樣受體，可精確靶向到細(xì)菌并與促炎細(xì)胞因子結(jié)合從而顯著抑制炎癥反應(yīng)，并通過近紅外的照射促進M2型巨噬細(xì)胞極化，促進小鼠股骨缺損區(qū)的骨再生。此外，在許多臨床疾病中，炎癥是導(dǎo)致骨質(zhì)流失的重要原因，而巨噬細(xì)胞作為炎癥細(xì)胞，在骨骼形成與破壞中起著關(guān)鍵作用[46]。因此，利用巨噬細(xì)胞開發(fā)仿生遞藥系統(tǒng)治療骨關(guān)節(jié)疾病是一種有前景的骨再生策略。

3 結(jié)語

與傳統(tǒng)非仿生納米制劑相比，MM-NPs已被證明具有更低的免疫原性、更高的靶向性、更好的生物相容性，在惡性腫瘤（乳腺癌、結(jié)直腸癌、黑色素瘤等）、AD、肝臟缺血再灌注損傷、AS等治療中都顯現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。但目前MM-NPs的研究大部分集中于抗腫瘤研究，其他相關(guān)疾病的研究相對較少；MM-NPs的研究只處于實驗室研究階段，且其在靶向部位的釋放機制以及其臨床療效尚不可知，其載體的長期毒性也需要進一步研究。