pH敏感型聚合物膠束作為藥物載體研究進展*

侯 露

(凱里學院大健康學院，貴州 凱里 556011)

為實現藥物的靶向治療，研究者們開發了許多種類的納米藥物載體，常見的有聚合物膠束、脂質體、樹枝狀聚合物和無機納米粒子等[1]，用以包載或負載藥物靶向進入體內病變組織或病變部位來實現治療目的。其中聚合物膠束(polymeric micelles, PMs)具有特殊的兩親性核-殼結構，內核為疏水性—可包載疏水性藥物，外殼為親水性—可負載親水性藥物；良好的生物安全性和生物相容性，一定程度減少毒副作用等[2]特性而被廣泛應用于藥物的靶向治療當中。但聚合物膠束應用于藥物靶向治療中，仍存在一定的局限性，如PMs體內不夠穩定，藥物釋放緩慢等問題。

研究者們為克服這些局限性，對PMs進行改性，使其成為刺激響應型聚合物膠束，如pH敏感型、氧化還原敏感型、酶敏感型、光敏感型或雙重、多重敏感型[3]，以提高其靶向性、穩定性和安全性。本文主要綜述pH敏感型聚合物膠束，在靶向治療中也有著獨特的優勢。在腫瘤組織中pH低于正常組織中pH[4]，因此可利用腫瘤組織中pH的改變而改變pH敏感型聚合物膠束的穩定性。pH敏感型聚合物膠束在pH=7.4的生理條件下能夠保持穩定，從而減少藥物提前釋放帶來的毒副作用，而當pH敏感型聚合物膠束處于弱酸性條件下時，膠束出現溶解、塌陷等結構不穩定現象而實現藥物的緩控釋釋放[5]。

目前pH敏感型聚合物膠束合成策略分為兩條：一條是基于酸敏感鍵質子化或去質子化，實現藥物的緩控釋釋放；另一條是通過酸敏感鍵作為連接臂鍵合膠束和藥物，實現藥物的緩控釋釋放。

1 基于質子或去質子化機制的pH敏感型聚合物膠束

基于質子或去質子化機制的pH敏感型聚合物膠束是由具有pH敏感性的可電離的基團組成，當改變環境的pH，聚合物膠束將發生質子化或去質子化，分子狀態發生改變，使PMs穩定性改變而實現藥物的靶向釋放。

1.1 陰離子聚合物膠束

陰離子聚合物膠束通常使用羧酸基團作為pH敏感基團，如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸等，此外還有磺酰胺基團、聚谷氨酸等[6]。陰離子聚合物膠束都是基于在酸性條件下PMs質子化，產生相對疏水的分子；而在中性或堿性條件下PMs去質子化，產生相對親水的分子，親水-疏水狀態的改變使膠束變得不穩定，從而實現藥物的靶向緩控釋釋放。

Cavalcante等[7]制備了由1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇-胺-N-[甲氧基(聚乙二醇)-2000][1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanol-amine-N-[methoxy(polyethyleneglycol)-2000](DSPE-mPEG2000) 和油酸 (oleic acid, OA)組成的DSPE-PEG/OA6 pH敏感型聚合物膠束，用以包載多柔比星(doxorubicin, DOX)，其中油酸中的羧酸作為酸敏感基團。經試驗證明，DSPE-PEG/OA6/DOX膠束在生理條件下緩慢釋放，但在酸性條件下DOX能夠實現快速的釋放。與游離DOX和非pH敏感型聚合物膠束相比，DSPE-PEG/OA6/DOX膠束能更好的抑制腫瘤生長，且細胞毒性較低。

Teo等[8]通過功能性環狀碳酸酯的無金屬有機催化聚合合成了含有二硫鍵和羧酸基團的 PEG 和聚碳酸酯的生物可降解的pH敏感和氧化還原敏感型雙嵌段共聚物膠束，其中羧酸作為酸敏感基團，二硫鍵作為氧化還原敏感基團。聚合物膠束在pH=7.4的生理條件下只有10%～20%的DOX釋放，但置于pH=5.0的弱酸性條件下DOX得到快速的釋放。當引入GSH 后，pH和氧化還原性的雙重刺激使DOX的釋放得到進一步加強。與游離DOX相比，顯現出更強的抗腫瘤活性和更低的非特異性毒性。

Wang等[9]制備了一種配體介導的pH敏感型聚合物膠束(aptamer-naringenin@Zeolite imidazole framework-8)/polymeric micelles, AP-(NAR@ZIF-8)/PMs)用以包載槲皮素(NAR)，其中ZIF-18作為酸敏感型基團，AS141作為適體。經試驗證明，AP-(NAR@ZIF-8)/PMs)在pH=7.4條件下，僅15% NAR在膠束中釋放，但在酸性條件(pH=5.0)下藥物能夠得到快速和接近完全的釋放，且對人肺癌A549細胞和人乳腺癌MCF-7細胞具有顯著的靶向和抑制作用，體外研究同時表明AP-(NAR@ZIF-8)/PMs對人肺癌A549細胞和人乳腺癌MCF-7細胞具有抗腫瘤作用。

1.2 陽離子聚合物膠束

陽離子聚合物膠束通常使用弱堿性基團作為pH敏感基團，如聚乙酰亞胺、聚乙烯吡咯烷酮等[6]。這些基團具有可電離的叔胺結構，與陰離子聚合物膠束同理，在酸性條件下質子化成陽離子，在堿性條件下去質子化，而引起陽離子聚合物膠束的分子狀態改變，從而改變PMs的穩定性而實現藥物的緩控釋釋放。

Guan等[10]制備了一種葉酸 (folate, FA) 介導和 pH 敏感的主動靶向膠束系統，葉酸-聚(L-賴氨酸)(檸檬酸)-聚乳酸(folate-poly(L-lysine)-citric acid-poly(lactic acid), FA-PLL(CA)-PLA)系統，用于抗癌藥物遞送，其中聚(L-賴氨酸)中的酰胺鍵作為pH敏感鍵，FA 受體介導膠束主動靶向，二者協同作用提高FA-PLL(CA)-PLA膠束的靶向和抗癌作用。經試驗證明，在pH=6.5時FA-PLL(SA)-PLA/DOX 藥物的釋放較生理條件下高，且FA-PLL(CA)-PLA 膠束可以有效地增強 DOX 向癌細胞尤其是細胞核的遞送，具有較低的細胞毒性和較高的抗癌活性。

Tang等[11]設計了一種新型pH敏感型二甲基馬來酸-聚乙烯亞胺-聚[(1,4-丁二醇)-二丙烯酸酯-β-5-氨基-1-戊醇(2,3-dimethylmaleic anhydride-polyethyleneimine-poly[(1,4-butanediol)-diacrylate-β-5-amino-1-pentanol], DMA-PEI-PDHA)聚合物膠束，用以包載紫杉醇(paclitaxel, PTX)，其中聚乙酰亞胺(PEI)作為pH敏感鍵。該膠束能夠被腫瘤細胞攝取，具有輕微的細胞毒性。在酸性條件(pH 6.6及以下)下膠束解離，實現藥物的靶向釋放。DMA-PEI-PDHA對酸性 pH、細胞攝取效率和 4T1 細胞的體外細胞毒性、腫瘤中的生物分布和對DPM 4T1肺轉移小鼠模型的體內抗腫瘤和抗轉移功效均表現比較優異。

Aji Alex等[12]設計了雙重響應pH敏感和氧化還原敏感型苯乙烯-alt-馬來酸酐聚合物膠束(poly (styrene-alt-maleic anhydride), PSMA)，陽離子結構通過二硫鍵接枝到聚合物膠束上。苯乙烯-alt-馬來酸酐聚合物膠束可以很容易地在水中自組裝形成光滑的球形膠束結構，且二硫鍵可促進聚合物膠束在富含谷胱甘肽腫瘤細胞微環境中釋放藥物。研究者們分別選擇DOX和PLK-1 siRNA作為模型藥物和核酸，在生理條件(pH 7.4)下膠束穩定，在酸性條件(pH 5)下藥物釋放，當加入10 mM 谷胱甘肽(GSH)，藥物的釋放顯著增強，因此苯乙烯-alt-馬來酸酐聚合物膠束的pH敏感性和氧化還原敏感性對抑制腫瘤細胞生長具有協同作用。

Liu等[13]通過無銅點擊反應制備了兩親性葡聚糖-接枝-聚(2-(二異丙基氨基)乙基甲基丙烯酸酯-共-2-(2′,3′,5′-三碘苯甲?；?甲基丙烯酸乙酯)(dextran-graft-poly(2-(diisopropylamino)ethyl methacrylate-co-2-(2′,3′,5′-triiodobenzoyl)ethyl methacrylate)，dextran-g-P(DPA-co-TIBMA))，其中聚 (二異丙基氨基) 甲基丙烯酸乙酯 (PDPA) 中的叔胺基團作為pH敏感型基團。當葡聚糖-g-P(DPA-co-TIBMA)在pH 7.4條件下，藥物釋放緩慢，而在酸性條件下(pH 6 和 5)藥物釋放速率明顯加快。經試驗證明，葡聚糖-g-P(DPA-co-TIBMA) 膠束可以在人乳腺癌細胞系 (MCF-7 細胞) 中有效地傳遞和釋放 DOX，在體外具有良好的抗腫瘤效果和生物相容性，體內也可以有效地減少腫瘤的生長。

Yang等[14]制備了基于金剛烷的星形金剛烷-[聚(ε-己內酯)-b-聚(2-(二乙氨基)乙基甲基丙烯酸酯)-b-聚(聚(乙二醇)甲基醚甲基丙烯酸酯)]聚合物膠束[poly(ε-caprolactone)-b-poly(2-(diethylamino)ethyl methacrylate)-b-poly(poly(ethylene glycol) methyl ether methacrylate)]4, Ad-(PCL-b-PDEAEMA-b-PPEGMA)4]， PDEAEMA 中的胺基作為酸敏感基團。Ad-(PCL-b-PDEAEMA-b-PPEGMA)4具有較高的載藥能力，經試驗證明，DOX的載藥率高達22.4%。Ad-(PCL-b-PDEAEMA-b-PPEGMA)4以金剛烷為分子核，因此具有高穩定性。二者獨特的優勢，使Ad-(PCL-b-PDEAEMA-b-PPEGMA)4在pH=7.4的生理條件下保持穩定，當在pH=4.5的弱酸性條件下，DOX從膠束中釋放藥物，實現藥物的緩控釋釋放。

2 酸敏感鍵連接臂的聚合物膠束

酸敏感鍵在pH敏感型聚合物膠束中通常作為連接臂連接聚合物膠束的親水鏈段和疏水鏈段，其在堿性或中性條件下穩定，但在酸性pH條件下時酸敏感鍵斷裂而使親水鏈段和疏水鏈段分離，從而改變聚合物膠束的穩定性，實現藥物的緩控釋釋放[2]。常見的有腙鍵[15]、亞胺鍵[16]、縮醛鍵[17]、原酸酯鍵[18]等。

Li等[15]將基于PEG的衍生物APN和疏水性藥物潑尼松龍 (prednisolone, PD) 通過酸敏感腙鍵連接自組裝成兩親性耦連PD膠束，它具有高載藥量，能夠選擇性地靶向發炎組織并能夠實現藥物靶向釋放。PD膠束的PD釋放具有明顯的pH敏感性，在酸性條件下，藥物能夠接近100%的在96 h內釋放。 將 PD 膠束靜脈注射到患有膠原誘導性關節炎的小鼠體內，實驗結果顯示 PD 在受影響的關節組織中釋放，并且濃度明顯高于注射游離PD，且比游離 PD 具有更好的抗炎作用。

Zhai等[16]制備了聚乙二醇 (PEG) 和功能化聚己內酯 (Polycaprolactone, PCL) 的兩親雙嵌段共聚物，并將其用作藥物載體。 DOX 通過酸敏感的亞胺鍵與聚合物化學結合，以獲得新型 pH 敏感 DOX 前藥(mPEG-PCL-Imi-DOX)。經體外釋放曲線表明，在pH 7.4條件下48 h內約20%的共價偶聯 DOX從mPEG-PCL-Imi-DOX膠束中釋放。然而，48 h后，在pH 6.5和5.0條件下，前藥膠束的累積藥物釋放分別增加了 42.8%±1.5% 和 60.3%±0.8%，因此DOX 釋放具有pH 敏感性，并且能夠隨著 pH 的降低而加速。體外細胞毒性試驗表明，與游離 DOX 相比，mPEG-PCL-Imi-DOX對 MCF-7 細胞表現出相對較低的細胞毒性和相似的抗腫瘤功效。

Ma等[19]制備了基于 4-羧基苯甲醛接枝聚(L-賴氨酸)-嵌段-聚(甲基丙烯酰氧基乙基磷酰膽堿)(4-carboxy benzaldehyde-grafted poly (L-lysine)-block-poly (methacryloyloxyethyl phosphorylcholine, PLL(CB/DOX)-b-PMPC)聚合物膠束，將DOX通過酸敏感亞胺鍵與 PLL 嵌段結合形成膠束。經試驗證明，PLL(CB/DOX)-b-PMPC膠束在生理條件(pH 7.4)下穩定，在酸性條件下大量釋放藥物。且PLL(CB/DOX)-b-PMPC膠束顯示出對 HeLa 和 4T1 細胞的腫瘤抑制作用，在乳腺癌小鼠模型中，也顯示出比游離藥物更好的抗腫瘤功效和更少的器官毒性。

Yang等[18]制備了含二硫鍵和原酸酯基團的新型雙重敏感型聚乙二醇-胱胺-12-羥基十二烷酸-三氟乙酰胺原酸酯(polyethylene glycol-cystamine-12-hydroxydodecanoic acid-trifluoroacetamide orthoester, PCT)聚合物，用以包載DOX，其中二硫鍵作為氧化還原敏感型基團，原酸酯基團作為酸敏感型基團。在體外藥物釋放實驗中，模擬腫瘤微環境(含GSH的pH=5.0)中DOX/PCT中膠束在72 h時的累積釋放量達到(89.7±11.7)%，而在正常生理環境(不含谷胱甘肽的 pH=7.4)累積釋放量僅為(16.7±6.1)%。且DOX/PCT 膠束在體內顯示出比游離 DOX 更強的抗腫瘤活性。

3 腫瘤的靶向治療

3.1 傳統治療方法的弊端

癌癥的主要特征是異常細胞的快速生長和擴散，可影響到身體的任何部位從而造成死亡的可能性。癌癥已是全世界的一個主要死因，因此對于癌癥的治療一直是科研人員的研究熱點。目前常用的癌癥治療方式有放療、化療和手術，但傳統的治療方法常伴有靶向性低、毒副作用大和生物利用度低等缺陷[20]。且化療是作用于全身癌癥治療的方法，抗癌藥物容易產生耐藥性，當抗癌藥物產生耐藥性，會使得用藥劑量增大，但用藥劑量的增大，又伴隨著毒副作用的增大和耐藥性的增強[21]。

3.2 pH敏感型聚合物膠束作為腫瘤靶向治療藥物載體的分子設計基礎

基于傳統抗癌藥物的靶向性低、毒副作用度高等缺陷，開發靶向性高、毒副作用低和生物利用度高的腫瘤靶向治療藥物載體十分必要。設計pH敏感型聚合物膠束的原理是基于在機體中各組織或細胞室中的pH不同，如在腫瘤組織中的pH低于生理環境下的pH 7.4[6]，且當聚合物膠束被細胞攝取時，往往經過一系列的pH梯度變化，而設計的聚合物膠束在生理環境的pH條件下可以自組裝成聚合物膠束，當低于生理環境pH時，對pH敏感的基團或鍵發生質子化/去質子化、或發生鍵的斷裂，從而影響聚合物膠束結構的穩定性，而實現藥物的緩控釋釋放。

4 結 論

刺激響應型聚合物膠束近年來作為癌癥靶向治療的研究熱點已被廣泛開發，其中pH敏感型聚合物膠束在癌癥靶向治療中顯現出獨特的優勢。在近年來的研究中，pH敏感型聚合物膠束有著良好的藥物緩控釋釋放特性，相對于游離藥物，一定程度可以提高藥物的療效，且細胞毒性相對較低。但目前能夠真正應用于臨床治療的pH敏感型聚合物膠束仍比較少，pH敏感型聚合物膠束如何提高其生物利用度和生物相容性，如何進一步提高藥物的靶向性、減少藥物的毒副作用，如何將其安全的應用于臨床治療中，仍需要科研人員的努力。