載藥納米遞送系統(tǒng)在膠質瘤治療中的研究進展

舒波 甘鴻川 出良釗 周順軍

1貴陽市第二人民醫(yī)院神經外科（貴陽 550081）；2貴州醫(yī)科大學附屬醫(yī)院神經外科（貴陽 550004）；3納雍縣人民醫(yī)院（貴州畢節(jié) 553300）

隨著日益劇增的壓力以及人們對健康生活方式的漠視，越來越多的疾病開始顯現(xiàn)，尤其是惡性腫瘤，其發(fā)病率與致死率正逐年升高，引起了全世界的關注。常見的惡性腫瘤包括肺癌、乳腺癌、肝癌、結腸癌和腦瘤等。其中，膠質瘤作為中最具侵襲性和致命性的腫瘤之一，具有預后差、術后復發(fā)率高［1］、5年生存率低（4% ～5%）等特點［2］。臨床的傳統(tǒng)治療包括外科手術、放射治療和化學療法等。其中，由于膠質瘤細胞可以擴散進入周圍的腦實質，侵襲性地浸潤健康腦組織［3］，因此外科手術存在很大的風險。而化療藥物，如替莫唑胺（TMZ）雖已成為治療膠質瘤的一線藥物，但其臨床治療效果并不理想。主要有以下幾個方面限制了其治療效果，首先，口服游離的化療藥物并不能有效地達到腫瘤部位，超過80%的藥物會被肝臟分解代謝，且血液半衰期比較短［4］。其次，在中樞神經系統(tǒng)和外周血液循環(huán)之間形成的血腦屏障可以保護大腦和全身血液直接接觸，這阻止了化療藥物進入大腦［5］。最后，膠質瘤細胞對化療藥物具有較高的耐藥性，研究發(fā)現(xiàn)60% ～75%的膠質瘤患者對于替莫唑胺的治療沒有明顯效果［6］。基于此，對膠質瘤的治療需要尋求更有效的方式來提高患者的存活率。

近年來，國內外眾多科研工作者對微納米材料進行了廣泛和深入的研究，發(fā)現(xiàn)納米材料在藥物遞送方面具有十分優(yōu)異的特性。由于腫瘤組織有異于正常組織的特點，例如，高滲透性和滯留性（EPR）效應、缺氧，低pH、多種高表達的酶以及腫瘤細胞內部的高濃度的谷胱甘肽（GSH）［7］等，上述腫瘤特點已成為國內外科研工作者研究多功能載藥納米制劑的基礎。本綜述主要總結了近年來納米遞藥系統(tǒng)在膠質瘤治療方面的研究進展，為膠質瘤化療領域提供參考。

1 載藥納米遞送系統(tǒng)

高劑量的游離化療藥物治療膠質瘤患會導致大部分藥物被肝臟代謝，同時也會造成全身性的毒性。因此，將化療藥物包埋進入納米顆粒可以減少藥物泄露，減輕全身毒性，延長在血液中的循環(huán)時間，并利用EPR 效應累積在腫瘤部位，從而提高治療效果。替莫唑胺作為膠質母細胞瘤的一線治療藥物，在其自發(fā)水解后，會產生一種活性甲基化劑，使DNA 烷基化，最終導致細胞凋亡［8］。然而，替莫唑胺的半衰期短，長期高劑量給藥會使患者出現(xiàn)嚴重的副作用，如骨髓抑制和血液毒性［9］。然而替莫唑胺的水解具有pH 依賴性，使細胞內pH 降低，導致鈉氫交換體1 表達上調，從而抵消替莫唑胺誘導的細胞凋亡，導致細胞對替莫唑胺產生耐藥性［10］。因此，替莫唑胺水解的活性中間體，5-（3-甲基三唑-1-基）咪唑-4-甲酰胺（MTIC）引起了人們的注意，MTIC 可以避免細胞內替莫唑胺水解引起的瞬時pH 變化。然而，MTIC 的半衰期較短，針對這一問題，DU 等［4］通過可逆加成-鏈轉移聚合的方法合成了一種具有GSH 敏感特性的MTIC-兩親性聚合物。該聚合物可以自發(fā)組裝成納米顆粒，且易被腫瘤細胞攝取，并響應腫瘤細胞內的GSH 以及波長405 nm 光的降解釋放MTIC，導致DNA 烷基化，誘導腫瘤細胞凋亡。

替莫唑胺之外的其他廣譜抗癌藥物，例如喜樹堿（PTX），阿霉素（DOX），5-氟尿嘧啶（5-Fu）也被用于治療膠質瘤。PAN 等［11］制備了具有高孔隙率和高比表面積的咪唑沸石骨架（ZIF-8），并將Mn2+摻雜進ZIF-8 中（Mn-ZIF-8）提供核磁成像的功能，隨后負載化療藥物5-Fu（Mn-ZIF-8/5-Fu）。體內外實驗證明，可以Mn-ZIF-8/5-Fu 不斷在腫瘤處積累，響應腫瘤部位的酸性環(huán)境，可以有效地清除腫瘤并延長小鼠的存活時間，同時腫瘤部位MR 信號持續(xù)增加，實現(xiàn)了膠質瘤治療與診斷一體化。

2 多藥納米遞送系統(tǒng)

將單一化療藥物負載到納米顆粒中，雖然對膠質瘤的治療效果優(yōu)于游離藥物，但是由于腫瘤的異質性，單一藥物抗腫瘤效果仍不理想，不足以抑制腫瘤的生長和轉移。需要較高的劑量才能達到理想的效果，然而高劑量的藥物會對正常細胞產生負面影響，并可能引起腫瘤細胞耐藥性［12］。因此，越來越多研究致力于多種藥物聯(lián)用治療膠質瘤。例如，化療藥物與線粒體抑制劑、自噬抑制劑或miRNAs 聯(lián)用。研究表明，將各種具有不同理化性質的生物治療分子同時輸送到腫瘤部位，可減少化療藥物所需的劑量，在治療癌癥方面實現(xiàn)協(xié)同效應，從而最大限度地減少劑量相關的副作用，防止或延緩耐藥性［13］。

2.1 化療藥物與線粒體抑制劑 線粒體作為供能細胞器，在細胞的分裂和分化過程中起到重要的作用。因此，靶向線粒體已成為抗腫瘤治療的重要方式。PENG 等［14］制備了一種葡萄糖和三苯基膦共修飾的多靶點GSH 氧化還原敏感脂質體，內部的親水區(qū)域和中間的疏水區(qū)域中分別裝載化療藥物DOX 和化學增敏劑洛尼達明（LND）。葡萄糖修飾的脂質體可以穿過血腦屏障并靶向膠質瘤細胞表面的葡萄糖轉運蛋白受體進入腫瘤細胞。通過響應腫瘤細胞內高濃度的GSH，暴露出帶有正電荷的三苯基膦靶向線粒體，并釋放LND 和DOX。其中LND 和三苯基膦可以干擾線粒體功能，從而提高DOX 誘導細胞凋亡的能力。

2.2 化療藥物聯(lián)合自噬抑制劑 腫瘤細胞的自噬行為有助于腫瘤耐藥性的發(fā)展，使化療藥物對于腫瘤細胞的清除效果并不理想。自噬作為一種保守的自我消化過程，發(fā)生在應激反應之后，清除非必需的細胞器或錯誤折疊的蛋白質，以確保細胞生存［15］。自噬是癌癥進展和化療耐藥過程中的一個重要因素，自噬為快速增殖的癌細胞提供能量，使其能夠在不適宜的腫瘤微環(huán)境中生存［16］。腫瘤細胞在化療刺激下通常會激活自噬，可能會使細胞免于藥物誘導的凋亡。自噬抑制劑或自噬相關基因的沉默可以使癌細胞對多種化療藥物敏感。其中，3-甲基腺嘌呤（3-MA）通過靶向Ⅲ類PI3K/Beclin-1 復合物來抑制自噬小體的形成，從而誘導癌細胞凋亡［17］。基于此，具有ROS 敏感特性的納米顆粒用于遞送PTX，并修飾血管2-多肽被作為靶向基團。通過在腦部給予超聲刺激，可以暫時地開放血腦屏障，增強藥物向顱內腫瘤部位的傳遞。納米顆粒表面的血管2-多肽可以特異性結合到膠質瘤細胞上，促進細胞對納米顆粒的吞噬。利用腫瘤細胞內高水平的ROS 降解納米顆粒，并釋放出3-MA 和PTX，通過3-MA 抑制自噬小體的生成提高PTX 的抗腫瘤特性。

2.3 化療藥物聯(lián)合基因治療 腫瘤細胞中miRNAs的異常表達與其化療耐藥有關。miRNAs 是一種小的非編碼RNA，miRNAs 通過翻譯來調控細胞的增殖、分化和凋亡等細胞機制［18］。JIANG 等［19］制備了一種負載miR34a 和替莫唑胺的刺激脂蛋白樣納米顆粒，通過刺激腫瘤細胞的巨胞飲實現(xiàn)了在胞內的靶向積累。miR34a 作為膠質瘤中的腫瘤抑制因子，調控了膠質瘤細胞的自我更新和化學耐藥，特別是與替莫唑胺聯(lián)合使用時，顯著提高了替莫唑胺的化療效果，大幅延長了小鼠生存時間。

3 多模納米遞送系統(tǒng)

單藥或多藥納米遞藥系統(tǒng)治療膠質瘤，都會存在耐藥的風險，從而誘導腫瘤后期的轉移與復發(fā)。將化療藥物與活性氧（reactive oxygen species，ROS）、高溫等非耐藥形式相結合，可以顯著提高膠質瘤的治療效果。

3.1 化療藥物聯(lián)合ROS ROS 具有多種存在形式，比如羥基自由基（·OH），單線態(tài)氧（1O2），超氧陰離子（·O2-）和過氧化氫（H2O2）等［20］。具有較強氧化作用的ROS（·OH 和·O2-）可以對蛋白質、多糖等生物分子和細胞器造成嚴重的氧化損傷［21］；還可以通過破壞血管和激活免疫反應來抑制腫瘤發(fā)展［22］。化學動力治療（CDT）、光動力治療（PDT）、聲動力學治療等都是產生ROS 的方式，并被廣泛應用于抗腫瘤研究，來克服腫瘤的耐藥性。XIAO等以N，N′-雙（丙烯酰基）胱胺做交聯(lián)劑，制備了巨噬細胞膜包被的氧化還原敏感特性的仿生納米凝膠，并原位沉積二氧化錳，物理包埋順鉑［23］，以此聯(lián)合化療和CDT 來治療膠質瘤。該納米凝膠可以有效地穿透血腦屏障并特異性靶向到膠質瘤細胞，不僅可以消耗腫瘤細胞中的GSH 釋放順鉑和二氧化錳，還可以通過CDT 產生·OH，提高了該納米凝膠抗腫瘤的特性。同時，Mn2+的存在也具有膠質瘤核磁成像的功能。

3.2 化療藥物聯(lián)合高溫、ROS 高溫可改變細胞膜的流動性，損傷細胞器功能，抑制腫瘤細胞呼吸，誘導細胞凋亡等［24］。腫瘤局部高溫可以通過光熱療法（PTT）得以實現(xiàn)，光熱吸收劑可將近紅外區(qū)（700 ～950 nm）的光能轉化為強效熱能來損傷腫瘤細胞。迄今為止，科研人員研究了許多光熱納米轉換劑，包括IR825、IR783、吲哚菁綠、聚多巴胺和金納米粒子等。然而，高溫會誘導腫瘤細胞中熱休克蛋白上調，這可能會增加腫瘤細胞對熱應激的耐受性，從而降低PTT 的療效［22］。因此，將PTT 與PDT、化療等方法聯(lián)合使用，將會提高抗腫瘤效果。LU 等［25］設計了一種由氨基酸偶聯(lián)喜樹堿負載IR783 的納米顆粒，并修飾血管2-多肽作為靶向基團；體外和體內實驗結果表明，該納米復合物可以有效地穿過血腦屏障并靶向膠質瘤細胞。此外，該納米顆粒具有化療與PTT 聯(lián)合治療的功能，在原位膠質母細胞瘤荷瘤裸鼠中表現(xiàn)出了更好的治療效果，延長了生存時間。XU 等［26］制備了一種具有以低氧敏感特性的脂質聚合物納米顆粒，硝基咪唑作為低氧敏感基團，膠質瘤靶向多肽修飾磷脂單元用來穿透血腦屏障和靶向腫瘤細胞，同時負載吲哚菁綠和DOX。當納米顆粒穿透血腦屏障進入膠質瘤部位后，用近紅外808 nm 光照射腦部，吲哚菁綠具有的PDT 和PTT 雙重性質，可以產生高溫并消耗腫瘤部位的氧氣生成1O2；缺氧條件下會導致納米粒子解聚釋放DOX，并實現(xiàn)吲哚菁綠在膠質瘤部位的熒光成像。

4 納米遞送系統(tǒng)的臨床應用

目前，腦膠質瘤的臨床治療仍然以外科手術、放療和化療為主的綜合治療。雖然近十年來外科手術和放射治療技術在膠質瘤治療中獲得了很大的進步，但藥物治療以及新藥的研發(fā)卻嚴重滯后。自從1999年替莫唑胺研發(fā)出來后幾乎沒有腦膠質瘤特效的藥物出現(xiàn)。貝伐珠單抗被批準用于膠質瘤的治療，但對患者總生存期獲益不大。因此，全球神經腫瘤學家和藥物學家都在努力研發(fā)腦膠質瘤治療新藥。目前關于神經膠質瘤相關臨床藥物有15 項，其中有2 項已經完成，9 項正在招募中，4項尚未招募。在這15 項臨床研究用藥中僅有卡莫司汀緩釋植入劑是以載藥遞送系統(tǒng)的形式存在。卡莫司汀緩釋植入劑包括卡莫司汀及緩釋輔料，所述的緩釋輔料為丙交酯-乙交酯共聚物，卡莫司汀在卡莫司汀緩釋植入劑中的重量百分比為7.5%～30%，丙交酯-乙交酯共聚物的重均分子量為25 000 ～8 000，丙交酯與乙交酯的質量比為（25-75）：（75-25），粘度為0.2 ～1.3 dL/g［28］。其余臨床研究藥物主要是以小分子藥物和單抗形式存在，因此開發(fā)高效率低毒的載藥納米遞送系統(tǒng)具有廣泛的應用前景。

5 總結

膠質瘤作為最常見且最具破壞性的腦癌，有效的治療效果成為了科研醫(yī)務工作者共同努力的方向。載藥納米遞送系統(tǒng)成為了最有前景的治療膠質瘤的方式之一。綜上所述，載藥納米遞送系統(tǒng)具有載藥量高、血液循環(huán)時間長等優(yōu)點。但也存在一定的缺陷，單一藥物治療易對腫瘤細胞產生耐藥性；多藥納米遞藥系統(tǒng)可以在一定程度上可以彌補單藥納米系統(tǒng)的耐藥缺陷，然而，同一劑型中負載兩種藥物，較難實現(xiàn)兩種藥物的順序可控釋放，到達腫瘤部位的藥物難以控制到有效抑制濃度等；多模載藥納米遞送系統(tǒng)融合了化療藥物、ROS 和高溫等多種形式殺滅腫瘤細胞，雖然ROS 和高溫的抗腫瘤形式克服了腫瘤細胞的耐藥性，但其并不具備組織選擇性，對正常的組織也會造成傷害。鑒于上述總結的三種載藥納米遞送系統(tǒng)可知，雖然載藥納米遞送系統(tǒng)雖然可以響應腫瘤微環(huán)境特征信號釋藥殺滅腫瘤細胞，但是載藥納米遞送系統(tǒng)還存在一些亟待解決的問題。比如，雖然載藥納米遞送系統(tǒng)在腫瘤部位的富集效率很低，在研究腫瘤靶向給藥的同時，還應根據(jù)血腦屏障和膠質瘤的結構特征和通透性，設計可以穿透血腦屏障的有效分子，可以使納米粒子更有效地富集在腦部腫瘤中。同時延長載藥納米遞送系統(tǒng)在血液中的循環(huán)時間和減少機體對納米粒子的清除也是設計載藥納米遞送系統(tǒng)應該著重考慮的問題。除了增強載藥納米遞送系統(tǒng)對腫瘤的治療作用外，載藥納米遞送系統(tǒng)對正常組織的毒性也是科研工作者應該重點考慮的問題。因此，在制備納米材料的時候，例如有機合成材料，一定要注意后續(xù)有機溶劑和雜質的清除；對于無機納米顆粒要注意防止納米顆粒的團聚，提高無機納米顆粒的分散性，以此來避免材料帶來的溶血副作用。再者，應采用無生物毒性且能從大腦中去除的可生物降解材料，從而減少對腦部正常組織的傷害。最重要的是，實現(xiàn)從研究到臨床的產品轉化，建立統(tǒng)一的制備方法，使納米粒子更均勻、穩(wěn)定、可控，保證臨床療效。