負載青蒿素類藥物納米遞送系統在腫瘤治療中的應用進展

李珊珊，閆曉林，閆海英，林曉晴，黃欣，劉鳳喜

山東第一醫科大學第一附屬醫院（山東省千佛山醫院）臨床藥學科 山東省兒童藥物臨床評價與研發工程技術研究中心 山東省醫藥衛生臨床藥學重點實驗室，濟南 250014

青蒿素（ART）是從植物青蒿中分離提取的具有過氧基團的倍半萜內酯類化合物，是我國惟一獲得國際承認的、具有自主知識產權的抗瘧新藥［1］。研究發現，ART類藥物除具有抗瘧作用外，還有免疫調節以及抗腫瘤等藥理作用。研究表明，ART類藥物可以選擇性殺傷多種腫瘤細胞但對正常細胞影響輕微，能逆轉腫瘤細胞的多藥耐藥，且與傳統化療藥物聯合使用可起到協同、增效的作用［2-5］。鑒于ART及其衍生物的特異抗腫瘤作用，美國國家癌癥研究所已將其納入抗癌藥物篩選與抗癌活性研究計劃之中［6］。為了改善ART的理化性質，科學家經過不斷探索，在原有ART分子結構的基礎上研究出ART 的醚類、酯類等衍生物，包括雙氫青蒿素（DHA）、青蒿琥酯（ATS）、蒿乙醚和蒿甲醚（ARM）等［7-8］。ART具有抗腫瘤譜廣、不良反應小、安全性高的特點，但其半衰期短、生物利用度低，影響其抗腫瘤效果。與游離藥物相比，負載ART類藥物的納米遞送系統不僅可以提高藥物的溶解度和穩定性，延長體內循環時間，還可以增強藥物運輸的腫瘤靶向性，具有更顯著的抗腫瘤效果。ART類藥物的納米遞送體系包括脂質體（LS）、納米粒（NPs）、納米結構脂質載體（NLC）、聚合物膠束、囊泡、自微乳以及納米前藥等，每種納米遞送體系均具有各自的優點及待改進之處，本研究對其進行總結，為其在抗腫瘤治療中的應用提供參考。

1 負載ART的LS在腫瘤治療中的應用

LS 指將藥物包封于類脂質雙分子層內而形成的微型泡囊體，具有類生物膜的特點，作為抗腫瘤藥物的載體，能將藥物有效轉運到腫瘤組織或靶細胞。由于實體瘤的高通透性和滯留效應（EPR 效應），脂質體可通過被動靶向作用，使藥物聚集在腫瘤部位，提高腫瘤部位的藥物濃度，從而提高療效。LS 也可以通過簡單的化學反應，在脂質雙分子層表面修飾抗體、激素等，使之具有主動靶向性，將藥物輸送到特定的靶器官或靶細胞［9］。此外，藥物被包封于脂質體內，可減少腎小球濾過消除，延長藥物在血液中的循環時間以及作用于腫瘤細胞的時間，從而進一步提高抗腫瘤效果。

與傳統制劑相比，負載ART類藥物的LS可增加DHA 的溶解性和穩定性，并可通過靶向修飾，將更多藥物遞送至腫瘤組織或細胞，從而產生更好的抗腫瘤作用。SHEN 等［10］制備了烷基糖苷（alkyl Glu）修飾、包載DHA 的脂質體（alkyl Glu-DHA-LS），證實該脂質體粒徑約100 nm、包封率約75%，alkyl Glu-DHA-LS 的腫瘤靶向性明顯提高。動物實驗顯示，alkyl Glu-DHA-LS 和DHA-LS 對H22 肝癌小鼠的腫瘤生長抑制率分別為39.0%、23.2%，均優于DHA（20.4%），且以alkyl Glu-DHA-LS療效最佳［10］。LS憑借較強的載藥能力，還可通過共載ART 類藥物和其他藥物，進一步提高治療效果。為了增加DHA 在腫瘤部位的選擇性積累，LIU等［11］制備了細胞穿透肽—八聚精氨酸（R8）修飾、共載表柔比星（EPI）和DHA脂質體（R8-EPI-DHA-LS），其中DHA 作為腫瘤轉移抑制劑，而EPI 作為細胞毒類藥物直接殺傷腫瘤細胞；該研究顯示，共載LS能有效誘導腫瘤細胞凋亡，且R8修飾能夠明顯促進腫瘤細胞對LS的攝取。

2 負載ART的NPs在腫瘤治療中的應用

NPs 是指1～1 000 nm 的含藥粒子，主要包括藥物納米晶和載藥納米粒兩種。載藥NPs是將藥物以溶解、分散、吸附或包裹于適宜的載體或高分子材料中形成的NPs。NPs 可通過內皮細胞間隙遷移到腫瘤部位，增強藥物靶向性，還可以通過生物材料平穩降解來控制藥物釋放，延長體內作用時間，提高藥物療效［12］。為了使ART 穩定釋放，LIU 等［13］設計了負載ATS 的新型牛血清白蛋白（BSA）納米顆粒（ATSBSA-NPs），證實其對兩種肝癌細胞（SMMC-7721、PLC/PRF/5）的生長抑制作用較游離ATS 更強。DHA 分子中含有過氧橋，可以作為活性氧（ROS）的供體，聯合鐵離子可促進腫瘤細胞發生鐵死亡和化學動力治療（CDT），通過多種機制殺傷腫瘤細胞。YANG 等［14］將DHA 加載到納米金屬有機框架鐵基101（MIL101）的孔隙中，設計了可激活的DHA@MIL-101納米反應器（NRs），其可在微酸性的腫瘤環境中降解釋放DHA 和鐵離子，從而啟動CDT。與DHA或MIL-101NRs 相比，DHA@MIL-101NRs 能更為顯著地抑制肺癌Lewis 細胞活力、引起細胞內鐵離子增多以及誘導細胞凋亡，并促進凋亡蛋白Bax、cleaved-Caspase-3 表達升高。FIROUZI 等［15］設計了共負載姜黃素（Cur）和ART 的納米粒（Cur-Art NioNPs），證實與游離藥物Cur、ART 和Cur-Art 相比，Cur-Art NioNPs 對結腸癌SW480 細胞具有更高的細胞毒性，能引起凋亡蛋白Bax、p53和Fas表達升高，并抑制抗凋亡蛋白Bcl-2、Rb和Cyclin D1基因表達。

3 負載ART的NLC在腫瘤治療中的應用

NLC 是在固體脂質納米粒（SLN）的基礎上發展起來的新型脂質納米粒，是以一定比例的液態油或脂質為載體，將藥物包裹于類脂核中，粒徑為50～1 000 nm。與傳統的SLN 相比，NLC 可以通過空間擴容提高載藥量，實現藥物緩控釋。為了延長藥物在體內的停留時間，張曉云等［16］采用溶劑擴散法，以聚丙烯酸酯有機—無機納米復合材料和辛酸/癸酸甘油三酯812 為脂質材料，制備了直徑為（198.0 ±4.7）nm 的DHA-NLC；結果發現同藥物濃度的DHANLC 對人白血病細胞K562、人白血病多藥耐藥細胞株K562/ADM（KA）及神經膠質瘤細胞U87 的增殖抑制作用明顯高于DHA 混懸液。高偉祺［17］通過高壓乳勻法制備了以單硬脂酸甘油酯為脂質材料、平均粒徑為87.5 nm 和包封率為73.9%的ART-NLC；結果顯示尾靜脈給藥后，ART-NLC 在大鼠體內的平均t1/2和AUC 分別是ART 溶液劑的2.8 倍和2 倍，說明ART-NLC具有延長ART體內消除半衰期、提高生物利用度的作用。為了提高DHA 的溶解度，CHEN等［18］采用溶劑揮發法結合超聲熔煉法制備了以大豆軟磷脂為脂質材料的DHA-NLC，使用膠質瘤C6 細胞膜包覆得到DHA-CCNLC，并將靶向載體材料DSPE-PEG2000-NGR通過脂質插入法置于細胞膜表面，得到DHA-NGR/CCNLC；結果顯示在C6 原位膠質瘤大鼠模型中，DHA-NGR/CCNLC 能有效穿透血腦屏障和血腦腫瘤屏障，并可以抑制腦腫瘤的進展。

4 負載ART的聚合物膠束在腫瘤治療中的應用

聚合物膠束是指兩親性聚合物在水性介質中，在分子間氫鍵、經典作用和范德華力的推動下，自發組裝形成的核—殼結構，且大小在膠體級別的粒子。聚合物膠束的疏水內核可為難溶性抗腫瘤藥物提供合適的微環境，顯著提高藥物溶解度，具有內核載藥量高、載藥范圍廣、體內滯留時間長、組織滲透性強等優點，可增加藥物在腫瘤組織的聚集和抗腫瘤效果。NOSRATIA等［19］制備了生物素（Biotin）功能化、載ART的聚乙二醇—嵌段—聚己內酯聚合物膠束（ART/Biotin-PEG-PCL），結果顯示該膠束可抑制人乳腺癌MCF-7細胞增殖，并促進其凋亡，但對人包皮成纖維細胞HFF2無毒性作用；與ART和Biotin-PEG-PCL空白膠束相比，ART/Biotin-PEG-PCL能有效抑制小鼠4T1乳腺腫瘤的生長。WANG等［20］制備了共載DHA與多柔比星的Soluplus?-TPGS（TS）膠束（DD-TS），以及單載藥膠束Dox-TS 和DHA-TS；結果顯示Soluplus?-TPGS可顯著提高DHA的溶解度，并實現兩種抗腫瘤成分的高效負載，且DD-TS的體內外抗腫瘤作用優于Dox-TS、DHA-TS和游離藥物；該研究的安全性實驗結果表明，小鼠經尾靜脈注射不同制劑后，游離Dox-DHA混合藥物組出現明顯的肝組織損傷和壞死，而共載膠束組小鼠未發現明顯的肝損傷；這提示基于DD-TS可增強抗癌功效，且安全性較高。

5 負載ART的囊泡在腫瘤治療中的應用

囊泡是由兩親性聚合物，如合成的表面活性劑及不能簡單締合成膠團的磷脂，分散于水中時，自發形成一類具有封閉雙層結構的分子有序組合體。囊泡具有良好的穩定性，可提高難溶性藥物的溶解度，可以作為抗腫瘤藥物的遞送平臺，達到減毒增效的目的。MIRZAEI-PARSA 等［21］采用薄膜水化法制備了包裹ARM 的納米囊泡，并研究其抗腫瘤作用；結果顯示，該囊泡對乳腺癌4T1 細胞生長的抑制作用明顯強于游離ARM（IC50分別為20、500 μg/mL）；4T1 荷瘤小鼠體內實驗表明，與游離ARM 相比，該囊泡可減小腫瘤體積，促進腫瘤壞死。BAI 等［22］研究了轉鐵蛋白（Tf）修飾的共載DHA、聲敏劑以及光成像劑（IR820）的細胞膜納米囊泡（Tf@IR820-DHA）的抗腫瘤作用；結果顯示，Tf@IR820-DHA 可通過“三管齊下”的治療策略，即耗竭谷胱甘肽、DHA 誘發的化學動力治療和IR820 介導的聲動力療法，殺傷腫瘤細胞并激活免疫治療；其中，Tf不僅可以發揮腫瘤特異性、靶向遞送藥物的作用，其所含的Fe3+還可與DHA 發揮協同作用，耗竭細胞內的還原型谷胱甘肽（GSH）；此外，DHA 可誘導產生大量ROS，增強腫瘤細胞的氧化應激死亡和免疫原性死亡，還可作為免疫調節劑，減少T淋巴調節細胞數量，重塑腫瘤免疫微環境。IR820 可在超聲下激活產生ROS，并通過熒光或光聲成像實現引導給藥。研究顯示，超聲處理后（可破壞細胞外基質，提高腫瘤的通透性），Tf@IR820-DHA 可高效進入腫瘤組織，快速殺傷并誘導腫瘤細胞免疫原性死亡，提高γ 干擾素（IFN-γ）水平，并降低Treg 細胞數量，從而促進腫瘤組織中細胞毒性T 淋巴細胞激活和增殖，并減輕α-PD-L1 檢查點阻斷，在肝細胞癌模型中可顯著抑制原發腫瘤和遠處腫瘤的生長和發展。

6 負載ART的自微乳在腫瘤治療中的應用

自微乳給藥系統（SMEDDS）是由藥物、天然或合成油、乳化劑和助乳化劑組成的均勻混合體系，可作為疏水性、難吸收或易水解藥物的載體。SMEDDS 用于抗腫瘤藥物遞送，可以提高藥物的水溶性，提高抗腫瘤活性并降低細胞毒性。張亞紅等［23］使用Lauroglycol 90 為油相、Cremophor RH40 為乳化劑、Gelucire 44/14 為助乳化劑，制備了粒徑為（61.50 ± 8.66）nm 的ARM-SMEDDS；溶出度實驗結果顯示，ARM-SMEDDS 釋藥速度明顯提高，0.5 h 內累積藥物溶出率達到90%以上，2 h 完全釋放，較ARM原料藥溶出率提高約7倍。張然等［24］使用辛癸酸甘油酯（15%）為油相、聚氧乙烯40 蓖麻油為乳化劑、無水乙醇和聚乙二醇400為混合助乳化劑，通過星點設計—效應面法（CCD-RSM）制備了載藥量為（9.64 ± 0.01）mg/g、包封率為99.67% ± 0.10%、粒徑為（24.55 ± 0.18）nm 的DHA-SMEDDS，并考察其在馬丁達比犬腎上皮MDCK 細胞模型中的促滲機制；結果顯示，DHA-SMEDDS 能使細胞膜電位降低，增加細胞通透性，促進藥物被動轉運。此外，該研究還考察了不同制劑對Ca2+-ATP 酶活性的影響，結果發現DHA-SMEDDS 給藥后，Ca2+-ATP 酶活性顯著升高，說明SMEDDS可以增強Ca2+-ATP酶的活性，促進抗腫瘤藥物的跨細胞主動轉運。

7 負載ART的納米前藥在腫瘤治療中的應用

納米前藥兼備前體藥物和傳統納米技術藥物的優點，具有載藥量大、穩定性好且不良反應小的特點。ART類藥物體內半衰期普遍較短，嚴重限制了其抗腫瘤效果和臨床轉化，制備前體藥物可顯著增加藥物的體內循環時間，從而提高其抗腫瘤效果。利用對腫瘤組織微環境特異響應釋藥的化學鍵制備前藥，能夠達到精準殺傷腫瘤細胞的目的，減少對正常組織的損傷。目前，基于ART前藥的納米遞送系統研究集中于兩大類，一類是藥物與大分子聚合物共價鍵連接，形成可在水中自組裝成納米體系兩親性聚合物—藥物偶聯物；另一類是藥物與另一分子藥物或其他化合物連接，形成藥物二聚體或小分子前藥，然后再通過自組裝或與其他材料相互作用形成納米藥物。

為了延長藥物的體內循環時間和提高抗腫瘤效果，LIU 等［25］合成了以酯鍵連接的果膠-DHA 偶聯物（PDC），并包封10-羥基喜樹堿（HCPT），制備了粒徑約70 nm 的雙載藥納米粒PDC-H NPs；藥動學研究結果顯示，PDC-H NPs 中藥物的體內半衰期分別是游離DHA和HCPT的4.8倍和6.8倍；細胞攝取實驗結果顯示，PDC-H NPs 具有較高的細胞內藥物遞送能力；細胞毒性實驗和4T1 荷瘤小鼠體內實驗結果顯示，PDC-H NPs的體內外抗腫瘤作用是最強的，且DHA和HCPT聯合應用可以產生協同抗腫瘤效果。

研究發現，ART 類藥物二聚體的抗腫瘤活性顯著高于單體，通過改變二聚體連接鍵的長度或引入腫瘤環境敏感的化學鍵，可以控制其釋藥速度和部位［26］。為了在氧化還原環境中盡快釋放DHA，LI等［27］合成了一種二硫鍵連接的載藥量為90.6%的DHA 二聚體（DHA2-SS），其可在腫瘤細胞內高濃度GSH 作用下斷裂，并釋放DHA。DHA2-SS 可在水中自組裝成粒徑為167.2 nm 的納米顆粒（NPs-SS）；體外藥物釋放實驗結果顯示，與非二硫鍵連接的DHA二聚體（DHA2-C6）不同，在模擬腫瘤細胞氧化還原環境下，DHA2-SS 能快速響應釋放活性藥物；體外和體內實驗結果顯示，與游離DHA 相比，NPs-SS 具有內吞作用、選擇性腫瘤細胞毒性和抗腫瘤效果均升高；RNA 測序和生物信息學分析結果顯示，NPs-SS既可以通過內在的線粒體凋亡途徑誘導細胞凋亡，也可以通過PI3K/AKT/HIF-1α 信號通路抑制糖酵解，從而發揮抗腫瘤作用。

將ATS 類藥物與特定功能化成分連接，再聯合其他藥物載體材料制備納米制劑也是一種有效的藥物遞送方法。基于將ATS逐步靶向遞送至腫瘤細胞和線粒體的理念，GU等［28］合成了二硫鍵連接的三苯基膦（TPP）和ATS 偶聯物（TPP-SS-ATS）， 并聯合其他脂質材料制備了PEG 修飾、靶向腫瘤細胞表面高表達GLUT1 的長循環脂質體（TPP-SS-ATS-LS），以提高LS 的循環時間和對腫瘤細胞的靶向性；TPP 的線粒體靶向功能可以將更多的LS 吸引到線粒體附近，即ATS 發揮作用的部位；當TPP-SS-ATS 釋放到線粒體附近時，在高濃度GSH的作用下，ATS可以響應釋放并發揮抗腫瘤作用；藥物釋放實驗結果顯示，TPP-SS-ATS-LS 在GSH 存在時，ATS 的體外釋放增加約30%；體內外抗腫瘤實驗和安全性實驗結果顯示，TPP-SS-ATS-LS 增強了ATS 的抗腫瘤作用，其對裸鼠乳腺癌原位移植瘤的生長抑制率從37.7%提高到56.4%，且未發現明顯的血液學和臟器相關不良反應；進一步研究發現，TPP-SS-ATS-LS 可通過調節PHB2 和PINK1 表達，促進腫瘤細胞自噬，從而抑制腫瘤細胞增殖。

綜上所述，ART類藥物存在生物利用度低、半衰期短、穩定性差等缺點，限制了其療效和在抗腫瘤領域的開發與臨床應用，而基于納米技術的藥物遞送體系可在一定程度上解決以上限制ART類藥物應用的難題，且可通過靶向定位遞送藥物，進一步提高抗腫瘤效果。近年來，研究者們也對ART 及其衍生物的結構改造進行了很多研究，如制備ART 母核寡聚化二聚體，因為二聚體的抗腫瘤活性明顯高于單體；利用分子拼合的概念，將ART 類藥物與已批準藥物或藥物的活性藥效基團連接制備拼合物，如將ART類藥物與喜樹堿或蛋白激酶抑制劑的藥效基團4-（芳胺基）喹唑啉拼合，發現拼合物的抗腫瘤活性優于任一組成藥物［29］。基于對ART類藥物化學結構的改造優化以及納米遞送系統的研究，將共同促進該類藥物在抗腫瘤領域應用的發展，以解決藥物溶解度低的問題，還可以提高藥物的生物利用度，達到緩控釋的目的，實現靶向給藥。隨著納米技術的快速發展，以及科研人員對納米制劑在藥理學、分子生物學等學科的深入研究，ART 類藥物及其納米給藥遞送系統有望為臨床腫瘤治療提供新的選擇。