基于金納米籠的控釋給藥系統研究進展*

李春明，趙騰月，陳萬一△

（1.重慶大學附屬腫瘤醫院，重慶 400030； 2.鄭州大學，河南 鄭州 450001）

金納米籠（AuNCs）是具有中空多孔結構的新型納米材料，可由銀納米立方體與氯金酸通過電化學置換反應制得［1］。因粒徑均一、尺寸可調、穩定性高、生物相容性好等優點，進入21 世紀以來，其在疾病診斷、靶向給藥、藥物控釋等領域得到了廣泛研究。相較于其他實心納米材料，AuNCs 在高效載藥方面更具有優勢，但如不加修飾而直接用于載藥，藥物會在到達靶部位前過早釋放，從而導致靶部位藥物濃度過低，使療效降低、藥物毒副作用增加［2?4］。因此，為防止藥物分子過早釋放，開發控釋功能化的AuNCs 十分必要。近年來，研究人員設計了多類型“閥門”封堵AuNCs 的孔洞，實現了對AuNCs 的控釋化修飾?，F對基于AuNCs 的單一及聯合刺激響應控釋型給藥系統進行分析，以期為納米材料的控釋功能化修飾及應用提供參考。

1 單一刺激響應控釋型

1.1 溫度響應控釋型

溫度響應控釋型給藥系統是在構建給藥系統時引入溫度敏感性材料，當溫度變化時，溫度敏感性材料的理化性質發生變化，從而控制藥物的釋放［5］。其中相變材料（PCM）和溫度響應性聚合物作為代表性的溫度敏感性材料，在基于AuNCs 的控釋給藥系統中的應用較廣泛。

1 ?十四醇是一種脂肪醇類PCM，具有較低的毒性和較好的生物相容性，其相變溫度為38～39 ℃，稍高于人的正常體溫（37 ℃）。1 ?十四醇在周圍溫度低于其相變溫度時以白色固體形式存在，高于其相變溫度時以液態形式存在。因此能同時作為載藥介質和“溫敏性開關”，用于構建溫度敏感型給藥系統。在較高溫度下，將PCM 與熒光染料或藥物［如羅丹明6G［6?7］、自由基引發劑［8］、anti ?miR ?181b［9］、吲哚菁綠（ICG）［10］、阿霉素［11?12］、尼羅紅［12］、鈣離子［13］、亞硒酸［14］等］混合裝入AuNCs 內腔；降低溫度后，PCM 的固化使得染料或藥物分子封裝于AuNCs 內腔。直接加熱時，局部溫度升高，使PCM 快速熔化并從AuNCs 孔洞流出，同時釋放出負載的染料或藥物分子。由于AuNCs 具有良好的光熱和聲熱轉化性能，當施以近紅外光（NIR）或高強度聚焦超聲時，AuNCs 產熱導致體系溫度升高，并可通過控制NIR 或高強度聚焦超聲的強度和作用時間來調節升溫過程，從而有效地控制負載藥物的釋放。

溫度響應性聚合物是一類能對外部溫度刺激產生響應行為的聚合物。當周圍溫度發生微小改變時，聚合物的理化性質將相應發生變化，這使其在藥物控釋［15］、組織工程［16］等領域得到廣泛應用。聚（N?異丙基丙烯酰胺）是最常見的一種溫度響應性聚合物，可作為智能涂層包覆于AuNCs 或其復合納米粒（如金納米籠二氧化硅復合納米粒AuNC@mSiO2）的外表面，實現藥物控釋。室溫下，聚（N?異丙基丙烯酰胺）分子鏈上的酰胺基團能與周圍水分子形成氫鍵，使聚合物鏈伸展而實現對AuNCs 孔洞的封堵；當溫度升高到其低臨界溶解溫度（LCST）以上時，聚合物與水分子間的氫鍵斷裂，使得聚合物鏈收縮，體積變小，實現負載藥物的觸發釋放［17］。另外，還可通過N?異丙基丙烯酰胺（NIPAAm）與其他親水或疏水性單體共聚，靈活調節共聚物的LCST范圍。YAVUZ 等［18］研究了表面修飾有NIPAAm 與丙烯酰胺（AAm）的溫敏性共聚物pNIPAAm ?co ?pAAm 的金納米籠在近紅外激光作用下的藥物控釋行為，該類溫敏性共聚物的鏈構象在LCST 時發生改變，其LCST 可通過改變共聚時AAm 的比例，實現30～50 ℃的調控。AuNCs 在合適的局域表面等離子體共振（LSPR）波長的近紅外激光作用下產生光熱效應，體系溫度升高（＞LCST）時，使AuNCs 表面該類溫敏性共聚物的鏈皺縮而將AuNCs 的孔洞打開，釋放出藥物；當關閉近紅外激光，體系溫度下降（＜LCST）時，該類溫敏性共聚物的鏈重新舒展并堵住AuNCs 的孔洞，終止藥物釋放。此外，也可運用比NIR 激光系統具有更深穿透力的高強度聚焦超聲使載藥體系溫度升高，實現藥物的受控釋放［19］。

謝君［20］首先制備了AuNCs，負載酪氨酸酶相關蛋白2（TRP2）后，在其表面包覆脂質體（Lipos），然后連接靶向分子CD11c 抗體（aCD11c）并插入免疫佐劑單磷酰脂質A（MPLA），最終產物命名為Lipos ?AuNCs ?MPLA ?aCD11c ?TRP2，Lipos ?AuNCs 作為載體裝載TRP2可減少其降解，還能將TRP2和MPLA 靶向共遞送至樹突狀細胞；Lipos ?AuNCs 對TRP2 的包封率高達（82.3 ± 5.7）%，對Lipos ?AuNCs ?TRP2 在25 ℃和37 ℃時的體外釋放研究結果表明，TRP2于37 ℃時的釋放速度顯著高于25 ℃時，說明溫度升高有利于提高磷脂雙分子層的流動性，使其更易被破壞而釋放藥物；動物體內實驗結果表明，Lipos ?AuNCs ?TRP2 經皮下注射進入C57小鼠體內，由于aCD11c的靶向作用而被樹突狀細胞快速攝取，TRP2經72 h后幾乎完全釋放。血液生化和組織病理學結果均表明，Lipos ?AuNCs在C57小鼠體內的生物相容性良好，可作為TRP2、MPLA 及aCD11c的共同載體用于黑色素瘤抗原肽疫苗的進一步研究。

其還制備了包覆有Lipos 并負載ICG 和MPLA 的AuNCs（Lipos ?AuNCs ?ICG ?MPLA），能避免ICG 在體內外被快速分解或清除，而ICG 能增強Lipos ?AuNCs ?MPLA 的光熱效應，外層包覆的是熔點高于室溫的溫敏性脂質體，NIR照射AuNCs產生的光熱效應使其流動性增加而分解，實現對ICG的溫敏控釋。

1.2 激光響應控釋型

溫度響應控釋型AuNCs是利用AuNCs的光熱效應誘導藥物釋放，但較低的釋放效率阻礙了其應用。XU等［21］對負載有鋁酞菁的AuNCs復合材料施加以780 nm 的飛秒脈沖激光（脈沖100 fs，頻率80 MHz，照射強度50 W/cm2）20 s 后，即可觸發AuNCs 爆炸分解為大小不一的碎片，從而較充分地釋放出鋁酞菁，發揮光動力治療作用。而相同功率和持續時間的780 nm 連續波激光照射下不會引起AuNCs 破裂。將該負載有鋁酞菁的AuNCs 復合材料分散于去離子水中，經上述脈沖激光照射30 s 后，離心并收集上清液中的鋁酞菁，通過測定熒光強度計算鋁酞菁的釋放量。結果表明，30 s的釋放率約70%，釋放效率大幅升高。此外，該研究還利用了游離鋁酞菁與AuNCs 內鋁酞菁間瞬態壽命的不同，借助時間分辨瞬態吸收光譜的實時成像功能來研究藥物釋放動力學，這也將為納米藥物遞送領域相關研究提供借鑒和參考。

1.3 RNA 響應控釋型

惡性腫瘤發生往往伴隨mRNA 的改變，許多腫瘤抑制因子功能的喪失是由mRNA異常引起的，且mRNA在細胞中含量豐富，故腫瘤相關mRNA 可用于引發載體中藥物的釋放。ZHANG 等［22］利用AuNCs 的空腔裝載抗癌藥物阿霉素（Dox），AuNCs 的表面用特殊“工字形”DNA 結構修飾，實現對AuNCs 孔洞的封堵，制備出包含有Dox分子的AuNCs生物探針。該探針進入乳腺癌細胞后，細胞中需同時存在3 種mRNA 作為啟動開關，通過與“工字形”DNA 的鏈發生特異性雜交反應，將AuNCs的孔洞打開，AuNCs 中的Dox 得以釋放；而在其他不符合條件的細胞中，無法進行完全鏈雜交置換，則無法釋放藥物。

李榮華［23］設計制備了一種基于AuNCs 的DNA 邏輯門納米機器，用于檢測腫瘤標志物miRNA，可精準識別細胞狀態并控制活細胞中的藥物釋放。該機器是通過在裝載抗癌藥物Dox（本身帶有熒光）的AuNCs 孔洞上封堵一種可編程的G ?四分體器件來獲得。只有作為刺激因子的2 種miRNA 同時存在時，該機器才可將DNA邏輯門打開而釋放Dox，從而提高了藥物釋放的精準性?；诖嗽O計，該課題組還構建了OR，NOR 和XNOR 邏輯門納米機器，分別可精準識別健康細胞、初步篩選和精準識別癌細胞并釋放納米機器內的抗腫瘤藥物，與其他類型的納米控釋制劑相比，其響應的特異性和精準性得到了顯著增強。另外，雖然該類納米控釋制劑的核酸成分具有很高的可編程性和安全性，但也易被核酸酶降解。因此，對核酸酶具有良好耐受性的邏輯門納米控釋器件的開發，是一個亟待解決的問題。

1.4 酶響應控釋型

酶在生物體的代謝過程中起著催化劑的作用。腫瘤組織常伴隨酶表達的失調，如腫瘤細胞中酯酶、糖苷酶或蛋白酶的表達水平通常高于正常細胞。利用靶組織中高表達的某些酶，可以設計酶響應控釋型藥物載體。酶響應納米載體表面具有特定分子，可通過腫瘤細胞內外酶的過度表達來識別和降解，可觸發藥物控釋的酶有組織蛋白酶B、透明質酸酶和基質金屬蛋白酶等［24］。

鐘華［25］制備出一種以AuNCs 為內核、DNA 納米結構為外殼的核殼結構AuNCs 膠囊，該膠囊利用AuNCs的中空結構裝載藥物，利用DNA 納米結構外殼實現膠囊的靶向及藥物的封裝和控釋。該膠囊借由細胞內吞作用進入細胞后，其表面的網狀DNA 納米封裝層被溶酶體中脫氧核糖核酸酶降解，結構變得松散，使裝載的Dox 釋放到細胞中，此過程可通過激光共聚焦顯微鏡監測分析。

2 聯合刺激響應控釋型

2.1 溫度-pH 響應控釋型

腫瘤組織與正常組織間pH 的差異可用于設計制備pH 響應控釋型給藥系統，將藥物遞送到腫瘤細胞中，達到控制藥物釋放的目的。由于pH 響應控釋型給藥系統的研究較成熟，且AuNCs 自身具有優異的光熱轉化能力，無需另外的光熱轉化試劑，故AuNCs 應用于溫度?pH 響應控釋型給藥系統具有得天獨厚的優勢。

ZHAN 等［26］設計制備了一種用于腫瘤聯合治療的復合納米載藥體系。該載藥體系分為兩部分，一部分是空腔內負載有厄洛替尼的AuNCs，其表面帶有正電荷；另一部分是帶負電荷的金納米簇@牛血清蛋白粒子（Au Cluster@BSA），通過靜電吸引吸附在AuNCs 表面，作為AuNCs 表面孔洞的封堵劑，防止藥物提前釋放。該載藥體系進入腫瘤細胞后，在內涵體和溶酶體的低pH下，Au Cluster@BSA 部分的表面電荷發生轉換，其與AuNCs 之間的靜電吸引減弱，能從AuNCs 表面脫落并導致厄洛替尼的釋放。在NIR 的照射下，AuNCs 產生熱量，升高的溫度進一步促進藥物釋放的同時，還可發揮熱療的作用，協同厄洛替尼對EGFR 通路的阻斷作用，實現對腫瘤的聯合治療。

ZHANG 等［27］合成了一種新型的聚己內酯?金納米籠/氫氧化鐵?聚丙烯酸［PCL ?AuNCs/Fe（OH）3?PAA］復合納米材料，其疏水性質的AuNCs 一端，可負載多烯紫杉醇（Dtxl），而帶有負電荷的Fe（OH）3?PAA一端，可負載正電荷的Dox，因而具備雙重載藥的特性。PAA 是pH 敏感性聚合物，而Fe（OH）3納米粒在酸性環境中不穩定，因此在酸性pH 刺激下，Dox 可從破碎的Fe（OH）3?PAA 部分爆發性釋放。在較弱的NIR 激光照射強度（0.5 W/cm2）下，AuNCs 內部比Fe（OH）3?PAA端產熱更高，AuNCs 內部Dtxl 的溶解度增加并加速釋放，并能使硫代的PCL 與復合納米粒分離，但對Fe（OH）3?PAA 結構域中的Dox 釋放影響較?。辉谳^高照射強度的NIR 激光照射下，誘發AuNCs 和Fe（OH）3?PAA 結構域產生更多的熱量，因而能觀察到2種藥物的同時釋放。由于該復合納米粒子的靈活性，可通過酸性pH 和較低照射強度的NIR 激光照射來較為靈活地調節Dox和Dtxl 2種藥物的釋放順序。

王玉中［28］首先在AuNC 表面合成了帶有乙烯基的聚乙烯薄層，然后利用N?異丙基丙烯酰胺與甲基丙烯酸在其表面原位聚合而包裹了厚度10～20 nm 的P（NIPAm ?co ?MAA）凝膠層，最終成功制備出包裹有智能凝膠的核殼結構的復合納米粒AuNCs@PS/DVB@P（NIPAm ?co ?MAA）。該復合納米粒具備P（NIPAm ?co ?MAA）的溫度和pH 雙敏感特性，能根據周圍環境的溫度、pH 或兩者的共同變化發生構造上的緊縮與松展變化。結果證明，與單一響應的納米粒相比，具有溫度?pH 雙耦合響應特性的該智能核殼結構納米粒更能對外界環境的細微干擾而作出變化，從而能精準地控制其中藥物的釋放。

房杰［29］首先制備出AuNCs 粒子，然后采用靜電吸附誘導融合的方法，將具有pH 敏感特性的脂質體包裹在AuNCs 表面，然后在脂質體表面進行腫瘤細胞靶向劑轉鐵蛋白（Tf）修飾，得到Au@Liposome ?Tf 復合納米粒，其釋藥速率隨pH 的降低而加快，在模擬腫瘤部位的酸性環境（pH5.2）的藥物釋放率是正常組織pH 環境（pH7.4）的4倍以上。此外，AuNCs的光熱效應能有效地促進納米粒的藥物釋放，在酸性pH 和光熱效應的雙重激發下，2 h左右藥物便可釋放完全。

2.2 溫度-氧化還原響應控釋型

谷胱甘肽（GSH）是人體內重要的抗氧化劑，保護細胞成分免受活性氧的損傷。細胞內環境中的GSH濃度比細胞外基質中高約1 000 倍，大多數腫瘤細胞內GSH 濃度至少比正常細胞內高4 倍［30］。由于其硫醇?硫醇交換性質，GSH 可分解二硫鍵，或通過金硫鍵等取代附著在金表面的配體。因此，GSH 是腫瘤細胞內藥物釋放的潛在觸發因素［31］。當到達腫瘤細胞內后，GSH 濃度的增加會導致金硫鍵斷裂并打開AuNCs 的孔洞而釋放藥物。該刺激響應策略常結合AuNCs 的光熱轉化及溫度響應釋放特點，共同用于藥物的控釋。

ZHANG 等［32］構建了一種基于AuNCs 的多功能復合納米材料，該納米材料是將兩親性嵌段共聚物生物素?聚乙二醇?聚姜黃素（Biotin ?PEG ?PCDA，BPP）通過金硫鍵修飾在AuNCs 的表面，然后裝載含Dox 的1 ?十四醇來構建AuNCs@DBPP，AuNCs@DBPP 在體溫（37 ℃）和血液GSH 低濃度水平（5 μmol/L）下2 h 藥物釋放量僅為9%。而在1 ?十四醇的熔點、細胞內高濃度GSH（5 mmol/L）時會顯著觸發Dox 釋放，2 h 的釋放量達75%。

SHI 等［33］開發了一種基于AuNC 的控釋給藥系統用于阿爾茨海默癥的治療。他們首先制備了苯硼酸（PBA）修飾的金納米籠（AuNCs ?PBA），再將作為堵孔試劑的人免疫球蛋白G（IgG）通過其鄰二醇與苯硼酸形成硼酯鍵，連接在AuNCs ?PBA 外表面，實現對金屬螯合劑的封堵，藥物的控釋依賴于2 種機制：第一種是H2O2可將芳基硼酯氧化成酚類，導致堵孔劑IgG 的脫落和負載藥物的釋放；第二種釋放機制是AuNCs吸收NIR而產熱引起硼酯鍵的斷裂，其受NIR照射產熱可用于遙控藥物的釋放。該設計將內源性刺激與外源性刺激相結合，實現了藥物的精準遞送，具有無創、遠程的特點。

2.3 RNA-離子響應控釋型

李榮華［23］設計制備了一種由雙重miRNA 引發、細胞內源Mg2+輔助藥物釋放的AuNCs 藥物遞送探針（AuNCs@DNA/ Dox），該探針可實現熒光成像引導的靶向性化學?光熱協同治療腫瘤。研究者先在AuNCs表面設計并修飾了DNA 納米鎖?架橋式結構，用于封堵AuNCs表面的孔洞。人乳腺癌MCF ?7細胞中特有的高表達miRNA ?155 和miRNA ?21 同時存在時，納米鎖中部分DNA鏈形成DNA酶結構，當細胞內Mg2+存在時發生酶切反應，將DNA 納米鎖打開，從而釋放出包裹在AuNCs 里的抗癌藥物Dox。該控釋給藥系統能控制藥物精準、有效地在人乳腺癌細胞中釋放，達到靶向、控釋的效果。值得指出的是，該過程利用了DNA 酶循環放大反應，實現了化療藥物的自發循環釋放，減少了化療藥物的使用量，為新型控釋制劑的研發提供了思路。

2.4 溫度-pH-酶響應控釋型

WANG 等［34］以AuNCs 為主體、透明質酸（HA）為封蓋試劑，成功構建了一種多重刺激響應型藥物控釋平臺AuNCs ?HA，由于封蓋試劑HA 只有在細胞內的內涵體或溶酶體中才被其中的透明質酸酶降解，故只有AuNCs ?HA 進入到腫瘤細胞內，才會在熱、酸性pH 和透明質酸酶的多重刺激下精準釋放藥物。在進入腫瘤細胞前，即使施加近紅外光照射，AuNCs ?HA也不會提前釋放藥物。體內外實驗結果表明，該多重刺激響應的AuNCs ?HA 納米平臺，達到了較好的光熱和化學藥物治療協同治療效果。

還有研究者在AuNCs，HA 的基礎上，分別修飾各種功能分子，包括熱響應共聚物P（NIPAM ?co ?Am）、肝癌特異性黏附肽A54或聚乙二醇等，開發了其他靶向控釋制劑，實現了納米給藥系統的多重刺激響應型釋藥及腫瘤的聯合治療，以及藥物的精準控釋，升高了靶部位的藥物濃度，減輕了毒副作用［35?37］。

由于該類型的AuNCs 控釋給藥系統具有三重刺激響應性，更能提高藥物控釋的精準性，但也使得三重刺激響應性的設計及作用發揮更加復雜，其制備成本及臨床轉化難度也隨之增加。

3 結語

與單一刺激響應控釋型載體比較，聯合刺激響應控釋型載體可更好地調控藥物釋放，在藥物遞送過程中表現出更高的效率及特異性。

對AuNCs 進行控釋化修飾，可減少循環過程中的藥物泄露，實現靶部位的響應性釋藥。近年來，研究人員設計并制備出不同機制的AuNCs 控釋給藥系統，以期達到對所負載藥物的減毒增效目的。其中，pH、RNA、酶等內源性刺激存在于腫瘤微環境或腫瘤細胞內部，無需外部設備來觸發藥物釋放，具有非侵入性、治療成本低的優點，但也存在人工干預度低等缺點，從而影響內源刺激響應型AuNCs 的功效；腫瘤組織的異質性，也會限制內源刺激響應型AuNCs 的臨床轉化能力。與內源性刺激比較，超聲波，激光等外源性刺激，可通過調節刺激的位置、時間和強度來靈活地控制藥物釋放，但施加的外部刺激可能會影響正常的生理組織，且需要技術人員借助設備來實現，因此會增加治療成本。隨著控釋給藥系統向著精準化、智能化發展，賦予AuNCs 多重刺激響應性能是一種行之有效的策略，但其存在設計制備更加復雜、質量控制難度大等問題。

值得指出的是，對刺激響應型AuNCs 的藥物釋放行為研究，大多數僅處于體外的概念性驗證階段；對其安全性的研究，盡管都聲稱毒性小、生物相容性好，但均僅停留在細胞或動物水平，尚未進入臨床研究階段。故未來還需對其在人體內的安全性、有效性等方面開展進一步的研究工作。隨著醫學、藥學和材料學等相關學科的不斷發展，更多基于新材料、新機制的AuNCs 控釋給藥系統將被成功構建，并在疾病診療等領域發揮更大作用。