間充質干細胞膜修飾納米粒在腫瘤治療中的研究進展

許曉燕，衛旭東，呂睿

(1.甘肅中醫藥大學第一臨床醫學院，蘭州 730000； 2.甘肅省人民醫院耳鼻咽喉頭頸外科，蘭州 730000)

間充質干細胞(mesenchymal stem cell，MSC)是一類具有自我更新和多向分化潛能的多能祖細胞。國際細胞治療學會定義：MSC表面表達CD90、CD105、CD73，但不表達CD14、CD34、CD45等造血和內皮細胞標志物[1]。干細胞治療在各生物治療領域研究逐漸深入，其中MSC被證實除可以通過特異性靶向損傷部位抑制炎癥進行免疫調節外，還可以通過趨化作用靶向腫瘤組織。近年來仿生膜研究逐漸增多，不同細胞膜的受體不同，包括生長因子受體、趨化因子受體、細胞因子受體等，其中趨化因子對MSC靶向腫瘤部位具有重要作用[2]。納米粒一般由天然高分子物質或合成高分子物質合成。功能性納米粒可以提高抗腫瘤藥物的傳遞效率[3]。在腫瘤治療中，傳統手術只能切除病變部位，而化療存在腫瘤耐藥和異質性等問題，為進一步解決上述問題，有研究將MSC膜涂抹于納米粒上，結果可以降低免疫原性，避免納米復合物過快被單核吞噬細胞清除，保護其攜帶的化療藥物及其他配體分子不被體內肝臟等清除。另外，MSC修飾后的納米粒具有良好的組織相容性，不僅能增強腫瘤被動靶向性，還可主動靶向腫瘤組織或損傷組織[2]。MSC膜修飾納米粒被認為是一種更簡單、與臨床密切相關的負載方法。現就MSC膜修飾納米粒合成納米復合物在抗腫瘤中的應用進展予以綜述，為腫瘤的臨床治療轉化提供理論依據。

1 MSC在腫瘤治療中的作用

MSC是一類具有再生性和多能性的異質成纖維細胞樣細胞，存在于骨髓、臍帶血、脂肪組織、胎盤組織中。在一定條件下，MSC可分化為多種功能細胞，如在骨髓中主要分化為骨、軟骨和脂肪細胞；在神經組織中，神經干細胞可以產生神經細胞和支持細胞；在造血系統中，造血干細胞則可以形成各種血液細胞等[4]。MSC在腫瘤的發生發展中起雙向作用，一方面可以分泌外泌體，促進腫瘤細胞與周圍基質的相互作用，通過刺激微環境、促進血管生成，阻止腫瘤細胞凋亡和免疫反應的發生[5-8]。同時MSC對新增組織表現出明顯的趨向性，其分泌的外泌體通過刺激促炎癥因子和生長因子在腫瘤部位釋放，參與腫瘤間質的構建和相關炎癥反應的發生。另一方面，MSC分泌的外泌體具有抑制腫瘤的作用，研究發現臍帶MSC源外泌體在MCF-7腫瘤細胞中有良好的抗癌作用[9]。腫瘤的發生從正常細胞到惡性腫瘤細胞需至少經歷4～7次突變[10]。MSC具有自我更新和分化的能力，在體內分布廣泛，不斷分裂增殖，導致腫瘤的發生率及增殖錯誤的機會增大，能夠在腫瘤治療中起到識別和靶向作用[11]。另外，由于MSC缺乏共刺激分子的表達，免疫原性相對較低，在同種異體移植中不需要過多考慮免疫抑制因素[12]。近年來，MSC廣泛應用于腫瘤治療，其中納米粒結合MSC方面取得突破性進展[13-15]。綜上所述，MSC可以提高腫瘤的靶向性以高效殺滅腫瘤細胞，且免疫原性低，在抗腫瘤的轉化醫學治療中廣泛應用。

2 MSC膜修飾納米粒在抗腫瘤中的應用

MSC膜能增強合成藥物的生物相容性、滲透性、保留效應及對腫瘤的被動靶向效應，在逃避自身免疫系統的監測中發揮重要作用。其中細胞膜具有良好的相容性，能減少藥物對人體組織造成的不必要刺激和損傷，且與納米粒結合后形成的載藥系統不僅能增加化療藥的敏感性，還能加強被動靶向性和特異主動靶向性相結合，在抗腫瘤中的治療起關鍵作用。

2.1MSC膜在腫瘤治療中的特性 近年來仿生膜修飾納米復合物的研究逐漸增多，特別是細胞膜作為自身物質，更具自身優勢。不同MSC膜的受體不同，受體介導信號轉導后，參與細胞環境及細胞核間的蛋白質合成。MSC膜的受體之一趨化因子有多種受體(如趨化因子受體1、CXC趨化因子受體4、趨化因子受體5、CC趨化因子受體1)，容易在腫瘤組織或損傷部位黏附、遷移。有實驗證實，MSC在腫瘤組織中與靶細胞相互結合后轉移至損傷部位，將藥物或基因等負載物釋放到目標位置[16]。用不同的細胞膜(如紅細胞膜[17]、白細胞膜[18]、血小板膜[19]、干細胞膜和巨噬細胞膜)分別包裹納米顆粒后，表現出的靶向組織不同。目前癌癥的治療方法包括手術治療、化療、放療和基因治療等。手術可以直接切除腫瘤病變部位，但對于遠處轉移和多器官、多組織損傷的情況，無法切除該病變區組織。另一方面化療和放療在殺死病變細胞的同時也會對正常細胞造成損傷。為解決上述問題，研究人員利用MSC膜容易獲取、在體內分布廣泛等特性，提出用MSC膜修飾納米粒合成納米復合物，以期能結合兩者的優勢發揮最大的生物學效應。

2.2MSC膜修飾納米粒的制備及表征 天然細胞膜的提取一般先用低滲溶液使細胞破碎，然后經過差速離心，反復擠壓得到粒徑均一的細胞膜微囊，常見的方法有低滲法、電穿孔法，其他還有利用脂質體直接融合、化學鍵結合和分子間的范德華力、靜電作用、氫鍵作用等物理方法獲取[20]。MSC膜的獲取方便快捷，其修飾納米粒制備常用低滲溶液先使細胞破碎，然后通過物理方法(如擠壓)得到MSC膜，利用脂質可以相互融合的特性合成納米復合物，MSC膜修飾后的納米粒一般呈明顯的球形，其水溶動力學微增及粒徑變大，測量Zeta電位發現與MSC膜相當，則認為細胞膜成功包覆在納米粒表面[21]。MSC膜是否成功包覆在納米粒表面是納米粒載藥系統成功應用的關鍵，其可以降低納米粒在體內的清除速度等[22]。

2.3納米粒的選擇 納米粒大小為1～100 nm，按化學種類不同可以分為有機納米粒、無機納米粒、金屬納米粒、高分子納米粒等，不同納米粒的優勢不同。近年來納米粒作為精準傳遞分子靶向藥和化療藥到腫瘤組織的載體，在抗腫瘤治療中的作用廣泛：①納米粒具有較強的表面效應，即對目的組織有吸附力和生物活性，且可生物降解，無細胞毒性和遺傳毒性。②由于納米分子小，在化療中能夠穿過血管壁進入血液循環到達腫瘤部位。研究表明，正常組織的新生血管與腫瘤組織新生血管的區別在于后者具有一定的滲漏性，絕大多數的腫瘤組織血管具有“小孔”，直徑一般為380～780 nm，納米粒可以穿過毛細血管、組織間隙及組織內皮細胞，將藥物在細胞或亞細胞的水平上釋放，而正常組織的血管內皮細胞間隙較小，納米粒不能穿過，這也為納米粒運輸抗癌藥物靶向進入腫瘤組織提供了可能，也是其具有腫瘤靶向性的基礎[3]。③納米粒作為藥物載體可避免藥物被內源性吞噬系統吞噬，提高藥物在體內的穩定性，但未經過修飾的納米藥物極有可能被內皮網狀系統的巨噬細胞吞噬，只有少量的納米藥物進入目的組織，降低腫瘤治療的有效率。作為非病毒載體，納米載體具有特殊的結構及表面電荷，可以根據需要進行修飾，如連接小分子物質，保護其目的基因不受機體血漿、組織細胞中各種補體及酶的破壞，在保證基因轉染效率的前提下，納米修飾后的基因能夠長期穩定表達，納米載體可長時間循環，緩慢釋放，延長藥物作用時間，與傳統的脂質體相比，納米修飾后的基因能在機體中穩定表達。④除一些納米粒本身在腫瘤中有一定治療作用外，修飾后的納米復合物可以靶向和定位腫瘤部位，通過控制藥物在血液中的釋放率來提高生物利用度。納米粒在腫瘤部位的積聚作用包括主動和被動作用，主動靶向方面，可以結合配體產生主動靶向沉積作用，如作用于細胞核。而被動靶向，則由于其在腫瘤部位的高通透性和滯留效應，納米材料能夠更好地透過腫瘤組織和保留在組織中，保證所攜帶的配體及化療藥等發揮最大作用，這為納米藥物的醫學生物治療提供了理論基礎。Le Fèvre等[23]通過去除磁小體表面潛在的有毒物質后，在其表面覆蓋多聚賴氨酸，在小鼠膠質瘤中，與單純化學合成的氧化鐵納米粒相比，覆蓋多聚賴氨酸的納米復合物抗癌效果更顯著。近年來，金屬納米粒在生物醫學的應用越來越廣泛。納米粒除作為藥物載體具有生物相容性和靶向目的組織外，還能通過自身轉換將外部光能轉換為熱能來殺死腫瘤細胞，達到抗腫瘤的目的。Multari等[24]以單寧酸為還原劑，制備了表面包覆金納米粒的超順磁性氧化鐵納米粒，超順磁性氧化鐵納米粒將接收到的光能轉化為熱能，選擇性靶向癌細胞，從而殺傷癌細胞。另外，Yang等[25]研究表明氧化亞銅納米粒在治療腎癌時通過促進細胞內鈣和活性氧類的積累在體內外誘導內質網應激和線粒體介導的細胞凋亡，并且能降低化療藥物的耐藥性，增強化療藥物的敏感性，具有較低的全身毒性。

2.4MSC膜修飾納米粒在腫瘤治療中的優勢 近年來，MSC膜修飾納米粒在臨床腫瘤治療研究中有諸多優勢。Lai等[26]制備了低免疫原性的MSC膜，即一種新型的仿生膜，表面修飾納米粒后，不僅可以增強配體分子和藥物等被包載和攜帶物質的靶向性，降低機體對納米復合物的免疫原性、提高對目的組織識別能力，且本身具有低毒性，減少對其他組織和細胞的損害。以往研究多通過表面修飾配體分子(如葉酸[27]、糖胺聚糖[28]、攜精氨酸-甘氨酸-天門冬氨酸肽)來加強藥物主動靶向性，但上述配體分子除使受體密度和靶蛋白數量嚴重缺乏和影響其靶向性外，也可能會激活免疫系統，在一定程度上引起機體對該配體分子的過敏反應[29]。近年來細胞膜作為載體顯示出其潛在優勢。有報道提出，MSC可以分泌胞外小泡(一種攜帶蛋白質、核酸和蛋白質的膜小泡)，參與腫瘤的微環境調節、免疫及炎癥的發生[30]。

利用MSC的特性包覆納米粒來靶向高效治療癌癥，對腫瘤有明顯的抑制作用，其優勢體現在以下幾個方面。①同源靶向性：MSC膜還具有主動靶向性，其含有的趨化因子受體可與受損組織產生的因子相互結合，特異地靶向炎癥或腫瘤等病變組織。腫瘤干細胞存在于腫瘤部位的侵襲區，傳統的化療藥物很難靶向這一部分細胞，這也是腫瘤復發的重要原因。合理地將MSC膜涂抹于納米粒表面可以達到良好的靶向性，從而提高化療藥物利用度，減少不良反應的發生[31]。Yang等[32]利用MSC膜易獲得、增殖能力強等優點，合成聚乳酸羥基乙酸納米粒，在其表面涂抹一層MSC膜，結果表明，MSC膜可明顯提高聚乳酸羥基乙酸納米粒的細胞攝取能力，增強化療藥物對肝癌細胞的殺傷作用及靶向性，表現為抑制腫瘤生長，誘導肝癌細胞凋亡的作用。用熒光標記后，在共聚焦顯微鏡下可觀察到納米復合物在細胞吸收過程中完好，進一步研究功能化質膜對納米粒的細胞攝取情況發現，隨著孵育時間延長，細胞攝取率高于裸納米粒，且功能化納米復合物在靶向細胞吸收后容易在酸性環境下釋放。②免疫原性低且組織相容性好，循環時間長：由于腫瘤血管結構紊亂及其間隙壓力較高，大多數傳統的被動載藥顆粒只能穿過部分間隙，無法到達目的部位發揮高效的藥物傳遞作用。Gao等[33]證實涂抹MSC膜后納米粒的血液循環時間增加，正常直徑>200 nm的顆粒容易激活人類自我補體系統并被內皮網狀系統清除，但是MSC膜可以增強趨化、靶向與逃避巨噬細胞的免疫作用，在成功制備MSC膜修飾納米粒后并對其特性進行評價，發現MSC膜修飾的納米粒具有較好的相容性，檢測血液中的血紅蛋白未見溶血。制備MSC膜囊泡，將其懸置于磷酸鹽緩沖鹽水和胎牛血清中2周，動態光散射法監測發現顆粒大小無明顯變化，證實了其在體內外均有長期穩定性，且在蘇木精-伊紅染色中心臟、肝臟等重要器官組織均未有明顯炎癥或壞死細胞存在，證明其納米復合物無明顯的不良反應[33]。③減小納米粒的毒性、增加化療藥物的敏感性，發揮協同作用[21]。Liu等[34]設計包覆MSC膜的阿霉素負載超順磁氧化鐵納米粒，研究其在結腸癌治療動物實驗中的影響，發現包覆MSC膜的超順磁氧化鐵納米粒載藥系統可降低納米粒的毒性，提高阿霉素化療藥物的敏感性并減少全身不良反應。Mu等[35]發現包裹磁性納米粒不僅可加速腫瘤細胞凋亡，還可加強干擾小RNA基因沉默和光熱治療的協同作用。Zhang等[36]構建了攜帶疏水抗癌藥物7-乙基-10-羥喜樹堿的干細胞膜偽裝聚多巴胺納米粒，用于惡性骨腫瘤的光熱治療。結果顯示，該納米復合物在近紅外輻射和酸性環境刺激下釋放，檢測該負載后的納米復合物發現仍保持了良好的光熱效應，具有協同光熱治療的作用，是治療骨惡性腫瘤的有效方法。

3 展 望

MSC膜修飾納米聚合物在抗腫瘤中的作用使其在生物醫學中有良好的應用前景，但MSC膜修飾納米聚合物的應用安全性及在腫瘤中的雙向性作用帶來的不良反應還有待探討。不同納米粒的特性不同，有些納米粒自帶抗腫瘤功能，同時大部分納米復合物有親水性和疏水性兩面，因此如何利用不同納米粒正確包封或結合藥物顯得至關重要。另外目前已報道的細胞膜修飾納米粒以單膜居多，能否通過合成雙膜來合成更高效率的膜修飾納米聚合物以達到更好的抗腫瘤效果仍具有挑戰性。