基于樹狀大分子材料構建的納米載藥體系用于腫瘤靶向治療的研究進展

陳倩倩 張金 赫

1 廣州中醫藥大學研究生院，廣州 510006；2 南部戰區總醫院核醫學科，廣州510010

靶向治療的基本原理是阻斷特定的生物信號傳導通路或定向破壞參與腫瘤生長或促進腫瘤進展的癌蛋白[1]。靶向治療除了可以通過單克隆抗體（monoclonal antibody，MAb）或小分子抑制劑改變特定細胞信號的直接方法來實現外，亦可通過間接方法（如利用細胞毒性藥物靶向在腫瘤細胞中過表達或僅表達于腫瘤細胞的分子靶標）來實現。細胞毒性藥物可通過納米載藥體系遞送，該遞送方法更特異和高效，可使靶向治療克服傳統化療和生物治療缺乏特異性的缺點[1]。

樹狀大分子呈大小均勻的球形結構，其內部核心成分穩定，可提供動態內腔，外表面具有可供修飾的基團，且具有易于穿過細胞膜的能力，這些特點均有利于其作為載藥體系的核心結構[2-3]。近年來，針對基于樹狀大分子材料構建的納米載藥體系的研究較多，主要研究方向為采用不同的靶向基團對載藥體系進行修飾、裝載不同的治療劑進行治療、裝載不同的放射性核素進行特異性顯像和靶向治療，這些研究使基于樹狀大分子材料構建的納米載藥體系的功能受到廣泛關注。

1 樹狀大分子簡介

1.1 樹狀大分子的結構與分類

樹狀大分子是高度支化的大分子，其基本結構包括3 個主要組件：核心原子、重復分支單元和可供修飾的末端基團[4-5]。常見的樹狀大分子包括聚酰胺-胺（polyamideamine，PAMAM）樹狀大分子、聚丙烯亞胺（polypropylene imine，PPI）樹狀大分子、聚酯樹狀大分子、氨基酸樹狀大分子、糖樹狀大分子和疏水型樹狀大分子等[4]。

1.2 樹狀大分子的載藥機制

樹狀大分子的3 種藥物負載點分別對應其不同的載藥機制：（1）藥物負載點為空腔，即通過分子捕獲的方法載藥；（2）藥物負載點為分支點，即通過氫鍵的鍵合作用載藥；（3）藥物負載點為外表面基團，即通過電荷的相互作用載藥[2]。

1.3 樹狀大分子的細胞毒性

盡管樹狀大分子在藥物和基因遞送方面具有巨大的應用潛力，但其仍有一些安全性問題（如細胞毒性、可引起溶血等）有待解決[6-8]。樹狀大分子的細胞毒性是由其結構特性決定的，主要與其表面的特殊基團有關[8]。在大多數情況下，細胞毒性的產生與納米顆粒的強陽離子特性有關[3,8-9]。與其他帶正電的聚合物一樣，納米顆粒的強陽離子與帶負電的細胞膜之間的相互作用可能會導致細胞不穩定，甚至導致細胞裂解和胞質蛋白流出[10]。有研究者發現，通過對樹狀大分子表面的官能基團進行功能化修飾可降低其細胞毒性，如樹狀大分子與聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）的連接或偶聯已被證明可以降低樹狀大分子的細胞毒性[11]。另外，PEG 還能通過增強通透性和滯留效應延長樹狀大分子在血漿中的循環時間，并增加其在腫瘤部位的積聚[12-13]。此外，通過乙酰化或羥基化來屏蔽樹狀大分子的強陽離子電荷也可以降低其細胞毒性[5]。

2 基于樹狀大分子材料構建的納米載藥體系的應用

2.1 藥物的靶向遞送

當樹狀大分子連接到靶向基團時，其所負載的活性藥物分子可被特異性地傳遞至腫瘤組織，從而實現藥物的靶向遞送，減少靶外效應[5,14]。目前，可與樹狀大分子偶聯的配體有維生素、多肽、抗體和化合物等[3,15]。

2.1.1 維生素與樹狀大分子偶聯的應用

葉酸是一種重要的水溶性維生素，其可合成嘧啶和嘌呤，促進DNA 的合成和修復。葉酸受體在正常細胞中的表達水平較低，而在肺癌、結直腸癌、卵巢癌、乳腺癌和子宮內膜癌等惡性腫瘤細胞中高表達[3]。因此，將葉酸受體作為分子靶標構建基于樹狀大分子材料的納米載藥體系可實現藥物的靶向遞送。有研究結果表明，甲氨蝶呤與葉酸修飾的PPI 樹狀大分子結合并負載維甲酸可以將活性藥物特異性地遞送到葉酸受體高表達的腫瘤細胞中[16-17]。也有研究結果表明，用于治療乳腺癌的處方藥馬法蘭通過與葉酸修飾的PPI 樹狀大分子結合成功實現了靶向遞送，有效增強了其對腫瘤的抑制作用[18]。

2.1.2 多肽與樹狀大分子偶聯的應用

精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（arginine-glycine-aspartic acid，RGD）是可與樹狀大分子官能基團偶聯的著名多肽之一，其可與整合素αvβ3 受體結合。整合素αvβ3 受體在乳腺癌、前列腺癌、膠質母細胞瘤和卵巢癌等多種腫瘤細胞中高表達，且在腫瘤細胞的遷移和血管生成中發揮重要的調節作用[19-20]。Anbazhagan 等[21]將PAMAM 樹狀大分子與RGD偶聯，并負載阿魏酸（ferulic acid，FA）和紫杉醇（paclitaxel，PTX）以克服P-糖蛋白介導的多藥耐藥難題，體外藥物攝取結果顯示，應用RGD-PAMAM-PTX 的人宮頸癌長春新堿耐藥細胞KB CH-R8-5 的PTX 攝取率高于PAMAM-FA-PTX；末端脫氧核苷酸轉移酶介導的脫氧尿苷三磷酸核苷酸缺口末端標記實驗和線粒體膜電位分析結果證實，RGD-PAMAMFA-PTX 聚合物在人宮頸癌長春新堿耐藥細胞KB CH-R8-5中具有更強的抗腫瘤活性。

2.1.3 抗體與樹狀大分子偶聯的應用

MAbK1 主要針對在某些類型腫瘤細胞中高表達的特異性蛋白，有研究結果表明，MAbK1-PPI-PTX 聚合物對人卵巢癌細胞OVCAR-3 的抗腫瘤作用強于游離的PTX 或PPIPTX 聚合物[22]。曲妥珠單抗是一種重要的重組人源化免疫球蛋白G1 型MAbK1，Marcinkowska 等[23]合成了PAMAM 樹狀大分子-曲妥珠單抗聚合物以負載多西紫杉醇（docetaxel，DOX）或PTX，并對其結構、純度及抗腫瘤活性進行檢測分析，發現曲妥珠單抗-PAMAM-DOX/PTX 聚合物對人表皮生長因子受體2（human epidermal growth factor receptor 2，HER2）表達呈陽性的人乳腺癌細胞SKBR-3 有極強的殺傷作用，而對HER2 表達呈陰性的人乳腺癌細胞MCF-7 的殺傷作用較弱；免疫熒光成像結果顯示，曲妥珠單抗-PAMAM-DOX 聚合物僅與HER2 表達呈陽性的人乳腺癌細胞SKBR-3 有較強的特異性結合。

2.1.4 化合物與樹狀大分子偶聯的應用

半乳糖胺（galactosamine，Gal）作為氨基糖類化合物，與肝癌細胞中過表達的去唾液酸糖蛋白受體有很高的親和力，因此Gal 是為數不多的靶向肝癌的選擇性配體之一[7]。Yousef 等[24]設計了錨定在Gal 上的第4 代PAMAM 樹狀大分子，并負載有效的抗癌藥物二氟化姜黃素（curcumindifluorinated，CDF）以靶向人肝癌細胞HepG2，體內的生物學分布和治療靶向性的深入研究結果表明，Gal-PAMAMCDF 聚合物可通過去唾液酸糖蛋白受體介導的內吞作用實現高特異性的細胞攝取以顯著增強CDF 的靶向遞送效果。

2.2 放射性核素治療

放射性核素標記的樹狀大分子聚合物在體外具有很高的放射穩定性，且其在體內治療方面也有很大的應用潛力[25]。增強通透性和滯留效應可能會導致放射性核素在腫瘤組織中積聚，使放射性核素標記的樹狀大分子聚合物有望用于腫瘤治療[26]。

2.2.1131I 標記的樹狀大分子

131I 的半衰期為8.02 d，是核醫學中最常用的同時發射β 和γ 射線的放射性核素之一，發射γ 射線的特點使其有SPECT 顯像的應用基礎[26]。鐘建秋[27]應用人造環狀RGD肽衍生物RGDyC 和PEG 與PAMAM 樹狀大分子偶聯，并用氯胺T 法進行131I 標記（標記率達94.68%～98.87%），成功構建了131I-RGDyC-PEG-PAMAM 聚合物，其具有良好的體外放射穩定性和較高的放射化學純度；體外研究結果表明，該聚合物可與人肺腺癌細胞A549 特異性結合，并對其增殖產生一定的抑制作用。Song 等[28]用腫瘤淋巴管靶向相關肽1（tumor lymphatic targeting related peptide-1，LyP-1）以及3-(4′-羥基苯基)丙酸-OSu（3-(4′-hydroxyphenyl)-propionic acid-OSu，HPAO）修飾第5 代PAMAM 樹狀大分子，并將剩余的樹狀大分子末端胺基乙酰化，隨后進行131I 標記，成功構建了SPECT 顯像、放射性核素治療和腫瘤抗轉移治療的多功能平臺；研究結果表明，LyP-1 修飾的樹狀大分子被131I 標記后具有良好的生物相容性以及較高的放射化學純度（＞99%）和穩定性（＞90%）；體內外研究結果顯示，G5-PAMAM-HPAO-131I-(PEG-LyP-1)聚合物能夠作為SPECT 顯像的診斷探針，并可在皮下荷瘤小鼠模型中作為放射性核素治療和抗腫瘤細胞轉移的有效治療劑[28]。

2.2.2188Re 標記的樹狀大分子

188Re 的半衰期為16.9 h，是一種非常適合用于腫瘤治療的放射性核素[29]。Tassano 等[30]首先將樹狀大分子與琥珀酰亞胺基6-肼并吡啶-3-羧酸鹽酸鹽（Suc-HYNIC）偶聯，再將其與188ReO4-孵育，從而成功實現了188Re 的標記（標記率接近70%）；該聚合物在正常小鼠體內生物學分布的研究結果表明，其經肝臟和腎臟排泄；該聚合物在黑色素瘤荷瘤小鼠體內也具有相似的生物學分布，且腫瘤攝取達6%ID/g；給正常小鼠或黑色素瘤荷瘤小鼠注射該聚合物并進行染色體畸變試驗以檢測其對黑色素瘤的治療能力，結果表明，該聚合物以0.555 MBq（15 μCi）的劑量作用24 h 后產生的電離輻射可誘導黑色素瘤細胞的DNA 雙鏈斷裂，且異常細胞的中位數從7.0%增加到29.5%，這表明其具有顯著的抗腫瘤效果。

2.2.3177Lu 標記的樹狀大分子

177Lu 的半衰期為6.73 d，除了具有治療腫瘤的作用外，其發射的低能γ 光子也使腫瘤的SPECT 顯像成為可能[31]。Mendoza-Nava 等[32]合成了177Lu-PAMAM-G4-葉酸-蛙皮素聚合物，并在其樹突內腔合成了金納米粒子，葉酸和蛙皮素作為靶向分子可分別與乳腺癌細胞中高表達的葉酸受體和胃泌素釋放肽受體結合；該聚合物的初步體外研究結果表明，人乳腺癌細胞T47D 對其具有特異性攝取，且該聚合物具有明顯的細胞殺傷作用，可使人乳腺癌細胞T47D 的存活率下降90%，因此，177Lu-PAMAM-G4-葉酸-蛙皮素聚合物有望用于葉酸受體和胃泌素釋放肽受體高表達的乳腺癌的靶向放射性核素治療。

3 小結與展望

樹狀大分子是一種具有諸多優點的納米材料，對其表面的官能基團進行修飾可以實現藥物遞送和放射性核素標記。基于樹狀大分子材料構建的納米載藥體系能夠增強藥物的遞送效能、提高腫瘤治療的靶向性，減少傳統藥物的治療劑量及不良反應，提高放射性核素治療的靶向性。在構建納米載藥體系的過程中，樹狀大分子的細胞毒性和過早從循環中清除的缺點是目前亟需解決的問題。有研究者提出2 種解決方法：（1）合成生物相容性更高或可生物降解的樹狀大分子（外圍帶中性或陰離子基團），如聚醚、聚酯或聚醚亞胺、聚醚共聚酯、磷酸鹽、檸檬酸、三聚氰胺、多肽或三嗪樹狀大分子等；（2）通過乙酰化或PEG 化反應屏蔽樹狀大分子外圍帶正電荷的基團[9,33]。雖然以上方法可以解決一部分問題，但效果仍不佳，還需要進行更多研究不斷完善優化。相信未來隨著多個學科技術的融合發展，將有更多、更深入的研究圍繞基于樹狀大分子材料構建的納米載藥體系展開，從而進一步提高腫瘤靶向治療的效果。

利益沖突所有作者聲明無利益沖突

作者貢獻聲明陳倩倩負責文獻的查閱、綜述的撰寫；張金赫負責命題的提出、綜述的審閱與修訂