細胞膜包被納米顆粒在炎性疾病和腫瘤治療中的研究進展

邱世杰, 佟立權

(黑龍江省大慶市人民醫院 普外科, 黑龍江 大慶, 163316)

納米醫學領域近年來發展飛速，納米顆粒經修飾后具備多種特性，可在疾病的診斷和治療中發揮潛在的應用價值。納米技術可增加載藥量并提高組織藥物濃度，已被應用于藥物遞送過程，但其存在不具備靶向性且易被巨噬細胞系統識別并吞噬的缺陷，納米顆粒攜帶的藥物進入體內后大部分不能通過全身循環系統到達靶器官，限制了其在臨床的廣泛應用。天然細胞膜包被納米顆粒(CMCNPs)具備低免疫原性、長半衰期、低毒性和先天靶向性特點，正成為一種極具前景的遞藥策略[1]。常用的細胞膜來源包括紅細胞、中性粒細胞、腫瘤細胞、血小板和自然殺傷細胞(NK細胞)、外泌體、干細胞等，不同類型的細胞膜各自具有獨特的特點，可用于不同疾病的診斷和治療[1-3]。紅細胞壽命長，紅細胞膜包被納米顆粒可在體內實現長半衰期[4]; 中性粒細胞膜負載抗生素后可在趨化作用下主動靶向至炎性損傷部位，發揮抗感染作用[5]; 腫瘤細胞膜包被后可實現同源性靶向[6]; 血小板膜載藥后可富集于損傷血管內皮下，用于血管損傷性疾病的治療[7]。本文將CMCNPs在炎性疾病和腫瘤治療中的研究進展綜述如下，以期為CMCNPs的臨床應用提供參考依據。

1 基于不同類型細胞膜的CMCNPs特征

1.1 紅細胞膜

紅細胞在體內的平均壽命為120 d, 其膜表面表達的CD47與巨噬細胞膜表面的信號調節蛋白α(SIRPα)相互作用后釋放“don′t eat me”信號，降低巨噬細胞系統攝取能力以實現免疫逃避，延長在血液中的循環時間[8]。研究[9]報道，紅細胞膜包被的載藥納米顆粒進入體內的前72 h約釋放總藥物量的20%, 非膜包被的載藥納米顆粒則釋放約40%。因此，基于紅細胞膜的納米顆粒不僅能逃避免疫系統的識別，還能延長藥物在體內的半衰期以維持藥物濃度，這為長循環藥物提供了新的設計思路。

1.2 中性粒細胞膜

中性粒細胞在感染和癌癥發展過程中最早被招募，具有穿越生物屏障、免疫逃避、特異靶向炎性病灶的能力。這些能力得益于中性粒細胞與腫瘤微環境或炎性病灶血管內皮細胞間表面分子的特異性結合，即CD44與L-選擇素、淋巴細胞功能相關抗原-1(LFA-1)與細胞間黏附分子-1(ICAM-1)、β1整合素與血管細胞黏附分子-1(VCAM-1)的結合[10]。由此提示，以中性粒細胞膜為基礎的治療策略可在炎性疾病和腫瘤治療的藥物輸送方面發揮巨大潛力。

1.3 腫瘤細胞膜

強大的增殖能力使腫瘤細胞易于在體外進行大量培養和膜收集。腫瘤細胞膜表面過表達的CD47分子在腫瘤免疫逃避中發揮關鍵作用，細胞間黏附分子賦予腫瘤細胞獨特的同源靶向性[11]。相關研究[12]顯示，腫瘤組織對同源腫瘤細胞膜來源納米顆粒的攝取能力約為紅細胞膜來源的40倍，這為腫瘤細胞膜來源的納米顆粒在載藥后主動靶向腫瘤病灶、轉移結節以及追蹤并捕獲血液中癌細胞提供了新的可能。

1.4 血小板膜

血液循環中的血小板具有修復損傷血管內皮的功能，可被損傷血管內皮下基質成分招募。因此，血小板可用于多種因素引起的血管損傷的靶向治療，例如動脈粥樣硬化(AS)、癌癥、類風濕性關節炎(RA)等多種疾病[7, 12]。血小板膜表面也表達多種膜蛋白，除CD47幫助免疫逃避外, CD55和CD59可阻止補體系統激活[13], P選擇素可介導血小板與腫瘤細胞上CD44分子結合[7], 展現出對腫瘤細胞的天然親和性。

1.5 其他

除了上述4種細胞來源外，NK細胞、淋巴細胞、外泌體、干細胞等也可作為納米顆粒膜供體。干細胞具有無限自我更新與定向分化的能力，可用于血管疾病的內源性靶向修復[14]。外泌體可阻斷上皮間充質轉化和促進血管生成而參與腫瘤的生長、侵襲和轉移過程，用于抗腫瘤治療[15]。

2 CMCNPs制備及表征

2.1 細胞膜提取

細胞膜提取過程根據源細胞是否有核而有所不同，細胞膜的分離和純化過程主要包括細胞裂解和超速離心[12]。提取無核細胞(如成熟紅細胞)膜時，首先通過反復離心和等滲洗滌法將紅細胞從全血中分離，再采用低滲或反復凍融方式裂解紅細胞，隨后再進行超速離心以去除可溶性蛋白，最后通過反復擠壓獲得目的細胞膜[16-17]。有核細胞(如中性粒細胞)膜的提取則更為復雜，首先面臨的問題是源細胞數量可能不足以在分離后直接利用，需要進行富集和純化，其次細胞裂解除需低滲處理外還需進行機械破碎，然后通過差速離心去除細胞內成分[13]。值得注意的是，從全血樣本中提取細胞膜常在4 ℃條件下進行，以保持細胞膜上重要蛋白的活性[12, 18]。

2.2 細胞膜囊泡與核心顆粒的融合

細胞膜囊泡與核心顆粒的融合主要通過擠壓、超聲或電穿孔實現[17]。擠壓法是兩者通過大小不同的多孔膜循序共同擠出產生囊泡顆粒融合體，雖穩定有效，但費時費力，不適宜大規模生產[13]。超聲法是利用超聲波促進共孵育的質膜囊泡和納米顆粒融合在一起，但需嚴格把控功率、頻率及持續時間等參數，從而最大限度減少蛋白變性[12]。微流控電穿孔技術作為一種新型制膜方式備受關注，該法只需將膜囊泡和納米顆粒注入系統入口，兩者在電脈沖作用下自動進行融合，最后在出口處可直接獲得CMCNPs[1, 16-17]。

2.3 表征鑒定

CMCNPs建立后需驗證細胞膜的化學結構、形態、理化特性及表面蛋白的完整性[9], 保持細胞膜與源細胞在形態及功能方面的一致，以確保膜包被工藝設計的合理性及可行性。透射電鏡及掃描電子顯微鏡被用于觀察CMCNPs形態及殼-核結構，熒光共聚焦也常被用于進一步驗證殼-核結構的完整性，動態光散射和Zeta電位分別被用于觀察粒子直徑和帶電情況, Western Blot法則被用于檢測細胞膜上特征性蛋白表達情況。此外，紫外可見吸收光譜被用于CMCNPs表征時可觀察到，與原始的納米顆粒吸收圖案相比，膜包被納米顆粒不但保留了原有的吸收峰，而且還獲得了與細胞膜囊泡吸收峰一致的額外吸收峰[4, 17, 19]。

3 CMCNPs在炎性疾病治療中的應用

3.1 急性炎癥

急性炎癥反應發生時，炎性介質被大量釋放，造成組織缺氧、低pH值環境，導致組織損傷。抗炎藥在體內缺乏靶向性，因此靶向炎癥組織的藥物輸送對治療感染等疾病至關重要。CHU D等[20]將治療藥物整合至變性白蛋白納米顆粒中并應用于急性肺炎老鼠模型，成功靶向肺血管內皮，并減少肺部中性粒細胞浸潤和炎性介質釋放，成功逆轉了脂多糖誘導的急性肺損傷。但這種形式的納米顆粒容易與中性粒細胞發生分離，造成藥物脫靶，難以取得理想療效。隨著納米技術在醫學領域的推廣應用，基于天然細胞膜包裹藥物的納米療法在炎癥治療方面發揮了重要作用。

消退素D(RvD)是一種具有促組織炎癥消退作用的脂質介質。研究[21]報道, RvD2在小鼠膿毒血癥模型中不僅能下調中性粒細胞與內皮細胞間黏附作用，減少炎癥因子釋放，還能抑制中性粒細胞浸潤，加速炎癥消退。但RvD靶向性和穩定性較差，在體內易被酶降解，為解決該難題, GAO J等[18]設計了一種中性粒細胞膜來源的納米微囊(NMVs), NMVs表面及內部分別負載RvD1、頭孢他啶(CEF)以構建CEF-RvD1-NMVs, 在銅綠假單胞菌誘導的腹膜炎小鼠模型中, CEF-RvD1-NMVs可靶向腹膜炎性血管，且相較于CEF-RvD1、CEF、RvD1具有更強的抗炎及抑菌效果。

腦缺血再灌注損傷后產生的大量活性氧、炎癥介質可造成組織細胞嚴重損傷甚至壞死，血腦屏障(BBB)雖然能阻止有害物質進入腦組織，但同時也將藥物排除在外，成為藥物治療腦損傷的巨大障礙。DONG X Y等[22]設計了一種載有RvD2的中性粒細胞膜衍生納米囊泡以對抗腦缺血再灌注損傷，在動物活體顯微鏡下觀察到該納米囊泡明顯積聚于缺血腦組織，最終實驗結果顯示病灶部位大量促炎因子被有效清除，大腦中動脈梗死面積減小，神經炎癥減輕，表明該納米顆粒可能在穿越BBB后釋放藥物而發揮抗炎作用。WANG Y等[23]用單核細胞膜包裹雷帕霉素制得納米顆粒，將其應用于腦缺血再灌注損傷大鼠模型中，可克服BBB與損傷部位結合并釋放雷帕霉素抑制炎癥細胞增殖，顯著改善神經評分和腦梗死體積。

人體內除了BBB外還存在血-胰腺屏障，后者能影響抗生素透入胰液，一項采用雷公藤紅素(CLT)治療急性胰腺炎的研究[24]發現，中性粒細胞膜包被后的CLT能輕松透過血-胰腺屏障而特異性分布于炎性胰腺組織，其比未包膜的納米顆粒擁有更強的選擇積聚性，且能顯著下調急性胰腺炎大鼠血清淀粉酶和胰腺髓過氧化物酶水平，明顯減輕胰腺損傷及急性胰腺炎所致肺損傷。

3.2 慢性炎癥

炎癥性腸病是一組病因尚未闡明的慢性非特異性腸道炎性疾病。角質形成細胞生長因子(KGF)是由間質細胞分泌的刺激上皮增殖的細胞因子，對胃腸損傷和結腸炎具有保護性作用。穩定性差和非特異性分布是阻礙KGF在潰瘍性結腸炎治療中發揮持續療效的兩大障礙。將KGF嵌入小鼠來源中性粒細胞膜中建立中性粒細胞樣脂質體(KGF-Neus)并靜脈注射至小鼠潰瘍性結腸炎模型中發現, KGF被膜包裹后始終保持良好穩定性，可明顯減輕小鼠腸黏膜潰瘍和降低中性粒細胞浸潤程度，使腸道形態和功能得到有效恢復，對結腸炎小鼠具有良好的治療效果[10, 25]。

RA是一種以關節病變為主的慢性非特異性炎癥，臨床治療效果并不令人滿意。相關研究[26]表明，M2型巨噬細胞來源的外泌體可通過重編程炎癥M1型巨噬細胞轉化為M2型抗炎巨噬細胞而緩解RA。目前，CMCNPs在RA治療中也取得了一定進展[27], 在轉基因小鼠模型和膠原蛋白誘導的小鼠模型中，載藥CMCNPs不僅能中和促炎細胞因子，抑制炎癥反應，還能穿透軟骨基質，為軟骨提供強有力的保護，防止關節損傷。

AS是一種以脂質和脂肪在動脈內皮下沉積形成粥樣斑塊為主要病理變化的血管慢性炎癥疾病，血小板與斑塊有內在親和力，基于這一特點，血小板膜包被納米顆粒(PNPs)極其適用于AS的治療[28]。SONG Y等[29]報道，在載脂蛋白E缺陷小鼠AS模型中, PNPs在AS中的沉積率是無膜包被組的4.98倍，包裹雷帕霉素的PNPs使得AS病變程度減輕了(14.5±2.9)%。在冠狀動脈再狹窄的大鼠模型中，負載多西紫杉醇(DTX)的PNPs有效抑制了大鼠血管新生內膜的生長，使管腔閉塞率大幅降低[30]。

4 CMCNPs在腫瘤治療中的應用

4.1 化學治療(簡稱化療)

惡性腫瘤嚴重威脅人類健康，化療是目前應用最為廣泛的惡性腫瘤治療方式之一，化療藥最大的缺點是不具備靶向性，在體內殺傷腫瘤細胞的同時也會無選擇性地殺傷正常細胞。近年來，藥物載體遞送系統(DDS)[3]是一種全新的化療藥遞送策略，其利用腫瘤組織高通透性以及滯留效應(EPR)促進化療藥物被動進入腫瘤組織，提高藥物濃度，發揮抗腫瘤效應[31]。但這種利用腫瘤組織EPR遞送藥物的治療方式并不具備主動靶向病灶的功能，據估計無膜包被的納米藥物進入體內后僅有約0.7%被輸送到腫瘤部位，而高達99%則在全身給藥后通過肝臟被消除[11]。目前, DDS與天然細胞膜結合的新興遞藥策略在納米醫學領域取得重大成就，包括藥物傳遞、解毒、疫苗接種、光療和成像[2]。

三陰性乳腺癌(TNBC)嚴重威脅女性健康，但目前尚無針對TNBC的臨床靶向治療藥物。iRGD是一種已被證實的環狀腫瘤穿透肽，可與腫瘤血管內皮細胞上整合素αvβ3或αvβ5特異性結合，TNBC血管內皮細胞高表達αvβ3和αvβ5整合素[32], 因此在TNBC缺少多種表面受體的情況下, iRGD有望成為一種靶向TNBC的配體。HUANG J等[33]受此啟發將阿霉素(DOX)負載到介孔二氧化硅納米粒(MSN)中，隨后用iRGD修飾的紅細胞膜將其包裹制得iRGD-RM-(DOX/MSN), 在抗乳腺癌皮下原位移植瘤模型中, iRGD-RM-(DOX/MSN)可靶向至腫瘤，且腫瘤生長抑制率達(86.29±5.12)%, 在實驗各組別中顯示出最高的抑瘤率(P<0.01)。另有研究[34]將Arg-Gly-Asp三肽錨定的紅細胞膜包裹紫杉醇(PTX)和DOX用于抗腫瘤治療，不僅延長了化療藥物在體內的半衰期，提高了靶器官藥物濃度，還可促進腫瘤細胞攝取，減輕了毒副作用。

肺癌是臨床最常見的惡性腫瘤之一, DTX常被用于治療肺癌，但因較差的水溶性和嚴重的副作用而臨床應用受限。血小板膜表面表達的蛋白對腫瘤細胞有親和力, CHI C L等[35]設計了一種以血小板膜為基礎的DTX聚合物納米顆粒(PM/PLGA/DTX)用于肺癌靶向治療，基于納米顆粒本身的藥物受控釋放特性, PM/PLGA/DTX靶向腫瘤部位后釋放的DTX含量遠高于游離DTX, 可有效抑制A549腫瘤細胞的生長并縮小腫瘤組織體積，腫瘤抑制率達81.3%, 而單獨使用DTX的腫瘤抑制率僅為44.1%。

顱內腫瘤的化療較為困難，原因在于BBB使得大部分藥物無法進入顱內。SURYAPRAKASH S等[36]提出了一種由間充質干細胞(MSC)與納米微球結合的MSC/納米微球系統，在小鼠膠質母細胞瘤模型中，該MSC/納米微球快速遷移至膠質瘤附近釋放攜帶的甲氨蝶呤(MTX), 展現出強大的腫瘤抑制效應。XUE J等[37]研究結果也表明，經中性粒細胞膜包裹的PTX可穿透BBB靶向至顱內膠質瘤附近而抑制術后腫瘤復發。

CAO X等[38]報道了一種負載CLT的中性粒細胞膜包被納米顆粒(NNPs)治療胰腺癌的效果，在荷瘤小鼠異種移植模型中, NNPs可克服血-胰腺屏障在腫瘤部位選擇性積聚，實現胰腺的特異性給藥，并使小鼠生存周期延長，最大限度減少了肝轉移。ZHOU X等[39]為有效治療黑色素瘤設計了中性粒細胞源性納米粒(NNPs-CLT), 體外實驗中NNPs-CLT釋放出CLT后，小鼠黑色素瘤細胞株B16F10的細胞毒作用增強且凋亡率升高。在非實體腫瘤中, XU P等[40]利用血小板轉運DOX治療淋巴瘤時發現，血小板膜包裹的DOX能很好地誘導血小板凝集現象靶向腫瘤細胞，促進DOX在腫瘤細胞內聚集，并以pH值控制方式將DOX釋放到介質中，增強對淋巴瘤Raji細胞的生長抑制作用并降低其心臟毒性。

4.2 光學治療(簡稱光療)

光療常被用于腫瘤治療中，可分為光熱治療(PTT)和光動力治療(PDT)。PTT是使用光吸收劑在近紅外激光照射下產生熱量，導致癌細胞熱消融。PDT則是在特定波長的光下，利用光敏劑中產生的具有細胞毒性的活性氧物質氧化鄰近的生物分子而殺死癌細胞。利用細胞膜包裹納米顆粒使其獲得良好的生物學特點以治療腫瘤，正成為增強抗腫瘤效應的一種新策略。

YE S F等[19]將大鼠來源紅細胞膜包裹在化療藥物10-羥基喜樹堿(10-HCPT)和光熱劑吲哚氰綠(ICG)共聚體表面以構建RBC@ICG-HCPT納米粒，在生物分布方面，游離ICG、ICG-HCPT NPs主要集中分布于肝臟、脾臟中, RBC@ICG-HCPT則主要集中分布于腫瘤組織中。同時，熱成像數據顯示, RBC@ICG-HCPT可使小鼠腫瘤組織周圍溫度迅速上升至50 ℃, 致紅細胞膜在近紅外激光照射下發生熱裂解，釋放出的HCPT破壞腫瘤細胞核結構并抑制腫瘤細胞復制, ICG則通過輻射產生熱量誘導腫瘤細胞凋亡。最終結果顯示, RBC@ICG-HCPT在化療-PTT聯合作用下的抗腫瘤效果遠優于單獨化療或PTT。

化療-光療聯合用于腦膠質瘤的研究也有報道, REN Y等[6]在體外實驗中將光熱治療劑石墨烯量子點(GQDs)與DOX包裹在膠質瘤同型癌細胞膜(CCM)中制備了GQDs/DOX@CCM納米顆粒，其可在體外主動靶向至小鼠腦膠質瘤細胞，使細胞攝取量顯著增加，激光照射后腫瘤細胞存活率不足10%, 展現出極高的殺傷效率。這為臨床更高效地抗腫瘤提供了潛在的可能性。

4.3 免疫治療

近年來，腫瘤免疫治療已成為惡性腫瘤治療中的一項極具前景的新策略。CHENG S等[41]基于納米技術開發了一種由樹突狀細胞(DC)修飾的仿生納米疫苗用于卵巢癌的治療。該“微型DC”納米疫苗繼承了DC的抗原提呈能力和T細胞刺激能力，在體內外均可誘導T細胞的強化激活，此外在小鼠卵巢癌模型中，“微型DC”疫苗在延緩腫瘤生長和減少腫瘤轉移方面比普通DC疫苗更具有效性，展現出更好的預防及抗腫瘤效果。

GUO Y Y等[42]研制了一種紅細胞膜包裹的聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)納米疫苗，其內裝載有hgp10025-33抗原肽和Toll樣受體4激動劑單磷酰脂質A, 并在細胞膜上鑲嵌了甘露糖，使其具有靶向淋巴細胞表面甘露糖受體能力，增強了淋巴細胞攝取能力。該疫苗應用于黑色素瘤的免疫治療中，可增強γ干擾素(IFN-γ)的分泌和CD8+T細胞的應答，經其誘導產生的細胞毒性T淋巴細胞(CTL)含量可高達36.6%, 充分展現出納米腫瘤疫苗在抗腫瘤方面的優越性。

5 小結與展望

細胞膜包裹策略是一種基于天然細胞的極具前景的藥物遞送方法，其可延長藥物在血液中的半衰期，降低免疫原性，且具備主動靶向病變部位的能力，但該技術發展過程中仍存在一些問題需要解決。首先，血細胞從血液中分離后還需經歷純化、載藥、再輸入過程，且分離過程中需保證細胞活性，因為一旦細胞結構破壞便會表達“find me”和“eat me”信號，觸發免疫細胞吞噬作用，這就要求研究者必須掌握不同細胞膜的提取及載藥方法，并在回輸前建立可靠的細胞活性檢測方法，復雜的提取過程及較差的重復性增大了工業化量產的難度。其次，實驗室研究與臨床實際應用存在著實質性區別，基礎實驗向臨床轉化需克服很多困難，包括需開展更加全面的生物研究和進一步的臨床實驗證實CMCNPs在疾病診斷和治療中的安全性與有效性。最后，為了避免CMCNPs輸入體內后觸發免疫反應，研究人員應制訂并執行嚴格的質量控制標準，以確保納米顆粒在制備的每個環節均不被微生物污染。盡管CMCNPs的應用還有眾多問題亟待解決，但CMCNPs的天然優勢和應用潛力是不可否認的，這種基于天然細胞膜的DDS無疑將開辟出令人振奮的前沿陣地，重新引起醫學研究者對納米醫學設計和應用的思考。