多藥共遞送納米膠束用于協同抗腫瘤

李夢雅,李秀娜,寧倩

(湖南醫藥學院 藥學院,新型抗體藥物及其智能運輸系統湖南省重點實驗室,湖南 懷化 418000)

癌癥嚴重威脅人類生命健康。根據最新癌癥統計數據報告顯示,2020年全球范圍內新增癌癥病例1 930萬,死亡人數近1 000萬[1]。但現有的多數藥物并不能使癌癥患者完全康復[2]。一方面,由于部分抗癌藥物自身水溶性低,以及血液穩定性差極易被降解導致藥物的生物利用不足。同時,多數化療藥物自身不具有腫瘤靶向性導致全身毒性的產生。此外,腫瘤多藥耐藥(Multidrug Resistance,MDR)的普遍發生,加之MDR拮抗劑自身溶解度低毒副作用大最終導致治療失敗[3]。另一方面,癌癥發病機制復雜,導致單一的藥物治療不足以抑制癌細胞的增殖、生長和遷移[3]。可喜的是,臨床研究結果表明,多藥聯合治療不但能減少副作用還能克服單一藥物治療的缺陷,因此,構建一種高效、可行、生物相容性好的多藥聯合治療的遞送系統尤為重要。

隨著納米技術的發展和納米藥物載體在多藥共傳遞中的應用,研究者發現,納米膠束具有良好的組織相容性、可控的粒徑大小(10～200 nm)、易于結構修飾改性及藥物控釋等特點,使其相對于其他類型的納米藥物載體更合適于藥物傳遞[4]。納米膠束通常是由兩親性共聚物,自組裝形成具有親水外殼和疏水內核的納米級顆粒(圖1)[5-6]。并且在以往的研究中,納米膠束被設計用于化療藥物、核酸或是其他抗癌藥物的單載給藥,從而改善被載藥物的溶解性同時通過增強通透性和滯留效應(Enhanced permeability and retention effect EPR)來提高藥物的被動靶向性,使抗癌藥物能夠很好地傳遞到腫瘤組織中,減少抗癌藥物的毒副作用[7-10]。但單載抗癌的方案依然面臨著重大的挑戰,如MDR以及腫瘤復發等問題。因此,研究者基于納米膠束易于結構修飾改性的特點,通過結構重建與修飾合成出多種新型的具有多藥共負荷能力的多功能膠束,使其在具備單載膠束優點的同時還具有多藥共負荷的能力[11]。而近年來,共載膠束在多藥協同抗腫瘤研究中的應用最主要集中在傳統化療藥物之間、化療藥物與核酸類藥物之間的應用(表1)。

表1 納米膠束在多藥協同抗腫瘤研究中的應用

圖1 聚合物膠束的結構示意圖

隨著近年來人們對免疫療法的深入研究以及免疫治療在抗腫瘤領域展現出的顯著治療效果[12-13],啟發了研究者設計免疫治療劑與化療藥物共載納米膠束的假想,并且在實踐中取得了一定的研究成果。而本文的重點也在于闡述納米膠束在共載化療藥物、化療藥物與核酸藥物以及化療藥物與免疫治療劑中的應用,同時對納米膠束共載體系的前景及問題作出了展望。

1 共傳遞納米膠束實現化療藥物的協同抗腫瘤

1.1 傳統化療藥物共載納米膠束

共傳遞多種抗癌藥物的納米膠束的制備,在協同抗癌治療中具有重大研究意義。其不但能改善化療藥物生物利用度、降低毒副作用,還能克服單一藥物治療缺陷,提高抗癌的治療效果。而近幾年來有不少新型的納米膠束被設計并應用于一些治療效果強、抗癌譜廣的化療藥物如阿霉素、紫杉醇、順鉑等[14-15]。Li M課題組[16]以順鉑前藥為交聯劑,制備了鹽酸阿霉素吸附的琥珀酸修飾右旋葡萄糖(Dex-SA)交聯膠束(Dex-Sa-Dox-Pt(II))。該共載體系在荷瘤小鼠體內表現出的治療效果比游離阿霉素以及順鉑前藥更加顯著。Han R[17]課題組研制了一種由親水性聚多胺樹突狀殼和疏水聚乳酸核組成的兩親性二嵌段膠束用于共傳遞5-氟尿嘧啶與阿霉素(DOX)。細胞毒性結果顯示(5-Fu/Dox-DNM)分別是Dox-DNM和5-Fu-DNM的11.2倍和6.1倍,而且對MDA-MB-231異種移植瘤小鼠的腫瘤生長有明顯的抑制作用。在兩親性二嵌段多聚體基礎上,Song W[18]課題組制備了基于聚乙二醇-聚L-谷氨酸-聚L-苯丙氨酸mPEG-b-P(Glu)-b-P(Phe)的兩親性三嵌段共聚物,用于順鉑與多西紫杉醇(PTX)的共傳遞。在人肺癌異種移植小鼠模型中,PTX + CDDP膠束與游離給藥組以及單載膠束組相比除了表現出更顯著的腫瘤抑制外,還表現出更低的毒副作用。此外,Cai L[19]課題組開發了一種三層線性樹枝狀端粒樹狀膠束(TM),用于共傳遞順鉑與PTX。在SKOV-3卵巢癌異種移植小鼠模型中共載納米膠束組與游離藥物組和單加載TM配方相比,具有更有效的腫瘤靶向、更低的毒副作用和更強的抗腫瘤作用。與之不同的是,Tai W課題組[20]設計了一種通過接枝共聚物的折疊而形成納米膠束載體的接枝共聚物(Glu(CPT)-NCA),該膠束被用于共傳遞DOX與喜樹堿。并且在異種肺癌移植小鼠模型中,該納米膠束載體與游離藥物相比表現出更強的腫瘤蓄積性和更明顯的抗癌活性。進一步的研究中Ma Y[21]課題組將阿霉素經酸敏感鍵與Pluronic F127-殼聚糖(F127-CS)聚合物結合,形成pH值敏感的聚合物膠束(F127-CS-DOX)用于DOX與PTX的共轉運。該共載膠束以酸性為觸發釋藥條件,并且在大鼠體內PTX和DOX的藥時曲線下面積(AUC0-∞)分別是游離 PTX和DOX組在大鼠體內的3.97和4.38倍,這也體現了該膠束在藥物控釋以及提高藥物生物利用度方面的潛能。總的來說,共載納米膠束不但能實現多種化療藥物共載、提高化療藥物的溶解性、生物利用度、降低毒副作用等,而且更重要的是共載納米膠束能實現1+1>2的協同抗腫瘤效應。

1.2 MDR拮抗劑與化療藥物共載膠束

MDR是腫瘤細胞可能發生的主要并發癥之一,而形成機制中外排介導的耐藥主要是由ATP結合盒(ABC)家族引起的,包括p-糖蛋白(p-gp)和乳腺癌耐藥蛋白(BCRP)[22]。因此,阻斷p-gp的功能或者通過特異性藥物抑制了p-gp的表達被認為是逆轉MDR的有效方案。但由于絕大多數的p-gp拮抗劑(維拉帕米、西地那非、姜黃素等)與化療藥物的水溶性低或毒副作用嚴重,限制了其臨床應用。由此,研究者設想通過利用膠束優越的特性共傳遞p-gp拮抗劑與化療藥物,達到在逆轉腫瘤細胞的MDR的同時恢復甚至是提高化療藥物的抗腫瘤效力的目的。Guo Y等[23]制備了多西紫杉醇(DTX)共價結合的mPEG-PLGA-SS-DTX多功能膠束,負載維拉帕米。該共載納米膠束在MCF-7 / ADR乳腺癌細胞中表現出很高的攝藥量,這表明該共載納米膠束能有效地傳遞維拉帕米實現p-gp顯著的抑制性作用。Marques J G等[24]通過溶劑置換方法制備了PEG-PLA嵌段共聚物組成的膠束載體,共傳遞p-gp拮抗劑地西那非與化療藥物克列佐替尼。兩種藥物通過膠束載體給藥后不但明顯地逆轉了MDR作用,同時抗腫瘤活性與游離給藥組相比增加了2.7倍。Li J等[25]以mPEG-SS-C18為載體,制備了簡單的氧化還原反應型膠束,用于負載PTX和達沙替尼(DAS)。與MCF-7乳腺癌細胞相比,DAS和PTX共載膠束在MCF-7 / ADR乳腺癌細胞中表現出比其他游離給藥更強的細胞毒性和更高的細胞內藥物濃度.Emami J[26]等將維生素A酸(RA)與Pluronic F127(PF127)通過酯鍵綴合。 用生育酚聚乙二醇1 000(TPGS)形成混合膠束,用于PTX和RA共同遞送。該混合膠束具有較長的半衰期和更低的血漿藥物濃度,此外負載PTX與RA的混合膠束與游離給藥組相比具有更強的腫瘤細胞毒性。Ma W等[28]研制了一種活性腫瘤靶向共遞送膠束(DoxCur)-PMS,包含兩種協同藥物,即DOX和p-gp抑制劑姜黃素(CUR)。在4T1荷瘤小鼠模型中(Doxcur)-PMS表現出顯著的腫瘤生長抑制,而且與游離的DOX,DOX-PMS相比,(Doxcur)-PMS對心臟組織的損傷更小。Huo Q[29]等將p-gp抑制劑雙硫侖(DSF)包裹于由PTX共價結合的聚乙二醇-聚賴氨酸(PEG-b-PLL)膠束的疏水核心,形成了具有電荷逆轉作用的納米膠束。該膠束在MCF-7/ADR乳腺癌細胞中的細胞攝藥與細胞毒性明顯增強。以上結果表明,通過納米膠束特殊的殼核結構同時負載p-gp抑制劑與化療藥物不但能逆轉MDR,同時還能降低兩者的毒副作用,增加藥物在腫瘤組織中的蓄積量以及化療藥物對MDR癌細胞的殺傷作用。

2 共傳遞納米膠束實現化療與基因治療的協同抗腫瘤

2.1 腫瘤抑制性核酸與化療藥物共載納米膠束

核酸與化療藥物的聯合治療是提高腫瘤治療效果的有效方法,但是裸露的核酸分子由于核酸酶的降解、網狀內皮系統(RES)的快速捕獲和有效的內體逃逸等障礙很難到達作用位點[30-31]。為了克服這些障礙,研究者巧妙地利用了膠束的特性在加載化療藥物的同時通過靜電相互作用吸附帶負電荷的核酸,實現核酸與化療藥物的共傳遞,達到核酸與化療藥物的聯合治療提高腫瘤治療效果的目的。Lin J等[32]基于聚N-ε-芐氧羰基-L-賴氨酸(PZLL)和樹枝狀聚酰胺胺(PAMAM)嵌段共聚物(PZLL-D3)制備用于化學治療藥物和治療性基因共遞送的陽離子膠束納米顆粒。研究表明該陽離子膠束能保護pDNA免受核酸酶的降解以及在293T和HeLa細胞中表現出高效的基因轉染效率。Cheng Q等[33]通過mPEG-PCL-graft-PDMAEMA (PECD)膠束也探討了其共傳遞DOX和siRNA的可行性,經過熒光標記與流式細胞術分析顯示DOX和siRNA能成功共轉染進入細胞并且陽性細胞比例分別為94.6%和99.5%。這表明該膠束在共傳遞DOX和siRNA用于癌癥治療方面具有很大的潛能。Chen L等[28]合成了一種兩親性雙功能普魯蘭糖苷衍生物(PDP),PDP能自組裝形成陽離子核-殼納米膠束,用于負載DOX與腫瘤抑制基因p50,研究表明該膠束不但可以有效地運輸基因p53進入MCF-7細胞,而且與游離DOX或p53遞送相比PDP膠束共傳遞組顯示出更高的細胞毒性,誘導腫瘤細胞更高的凋亡率以及更有效地阻斷癌細胞遷移。Gong C[34]等設計具有多肽靶向的(ATG7)siRNA與DOX交聯的納米膠束,用于乳腺癌的治療。研究結果表明DTX和siATG7交聯膠束比單獨DTX處理的細胞毒性和細胞凋亡高2.5倍和1.7倍,這證明了該交聯膠束能很好的實現共傳遞并增強對癌細胞的殺傷作用。Chen M[35]等為實現喜樹堿(CPT)和與腫瘤壞死因子-α(TNF-α)質粒共傳遞,合成了以四臂聚乙二醇和聚天冬氨酸(PAsp)為多臂性兩親共聚物的響應性膠束。該膠束除了顯示出良好的還原刺激響應性釋藥外,還能增強pDNA在低N / P值下的基因轉染率同時還表現出更強的協同細胞毒性和更大的腫瘤抑制率。這體現出該多功能膠束對基因與化療藥物共傳遞具有較好的應用前景。Yin T[36]等以透明質酸為基礎構建了一種新型的氧化還原敏感膠束體系 (HA-ss-(OA-g-bPEI),HSOP),用于紫杉醇和siRNA (si-AURKA)的腫瘤靶向共轉運。HSOP膠束對于PTX和siRNA均表現出優異的負載能力并能在還原條件下響應性釋放,同時擴大了藥物之間的協同作用導致了更大的抗腫瘤效力。綜上所述,納米膠束作為基因與化療藥物的共傳載體不但能很大程度上保護基因免受降解外,還能提高基因的轉染率實現腫瘤組織靶向和響應性釋藥,最終達到提高對腫瘤抑制與殺傷的目的。

2.2 耐藥蛋白siRNA與化療藥物共載納米膠束

siRNA是一種被廣泛研究的核酸類藥物,能介導基因沉默阻止耐藥蛋白在癌細胞中的過表達從而達到逆轉多藥耐藥的效果。由此研究者設計并合成了不少共傳遞耐藥蛋白siRNA與化療藥物的納米膠束,用于逆轉MDR提高化療藥物在治療中的敏感性。例如,Suo A等[37]成功合成了梳狀兩親性共聚物甲氧基聚乙二醇接枝聚L-賴氨酸-嵌段-聚L-苯丙氨酸-9(mPEG-g-PLL-b-Phe),用于共傳遞DOX 與 (p-gp) siRNA。并且在體外細胞毒性測定中DOX /p-gp siRNA納米膠束顯示出比單載DOX的納米膠束更高的細胞毒性。Wu Y[38]采用了一種高效的多功能腫瘤靶向納米膠束(PECL3)作為阿霉素與(p-gp) siRNA的共載體,此種納米膠束不但能有效地將p-gp siRNA傳遞到乳腺癌耐藥細胞(MCF-7/ADR),還能顯著地抑制p-gp表達水平和MCF-7/ADR腫瘤的生長。Zhang C G[39]設計了基于正丁二酰基殼聚糖-聚-L-賴氨酸-棕櫚酸(NSC-PLL-PA)聚合物制備三嵌段共聚物膠束以共同遞送阿霉素和(p-gp) siRNA。此膠束由于下調了p-gp 在HepG2/ADM細胞中的表達加上阿霉素的作用導致其抗腫瘤效果顯著地增強。此外,Yang S D等[40]開發了一種新型的含有紫杉醇的膠束和載有MDR1 siRNA的低密度脂蛋白(LDL)納米顆粒。這種“二元聚合物”是pH值和還原雙敏核心交聯膠束。在保護siRNA免受巨噬細胞吞噬作用的降解下,還能明顯下調MDR1 siRNA水平以及p-gp的表達。類似的Zhu W 等[41]合成了具有雙重PH/氧化還原敏感性和靶向作用的新型“二元聚合物”低密度脂蛋白-N-琥酰殼聚糖-胱胺-咪唑丙烯酸 (LDL-NSC-SS-UA)用于乳腺癌耐藥蛋白siRNA和紫杉醇的遞送。該膠束除了表現出較高靶向與響應性釋藥外,在MCF-7/Taxol細胞中還表現出優異的抗腫瘤活性并顯著下調乳腺癌耐藥蛋白質和mRNA表達水平。綜上所述,納米膠束的特殊結構不但能夠有效地保護siRNA與化療藥物,同時能也有效地下調耐藥蛋白逆轉MDR并與化療藥物共同作用產生顯著的協同抗腫瘤效果。

3 共傳遞納米膠束實現化療與免疫治療的協同抗腫瘤

人類的免疫系統具有高度的特異性,能正確地識別腫瘤細胞中“非自我”改變,清除腫瘤細胞。這意味著,能通過一些免疫治療劑(如疫苗、檢查點抑制劑、核酸等)激活患者抗腫瘤免疫細胞,達到精準而又高效的抗腫瘤[42-43]。研究表明當免疫治療劑與化療藥物聯合應用的時候,能顯著地 增強對腫瘤的治療效應,但往往需要一個安全有效的遞送系統[44]。因此,研究者設想將納米膠束作為免疫治療劑與化療藥物的共傳遞載體用于抗腫瘤的治療。例如,Roy A等[45]將有較強免疫刺激活性的聚合物SP-LPS(LPS為巨噬細胞的一種強有力的刺激因子)與紫杉醇結合,制成化學免疫治療結合膠束。該膠束表現出的高抗癌活性、低毒性與易輸送等優點體現了該膠束在共載方面的潛力。此外Sun J J[46]等合成了以POEG為親水性嵌段和PNLG(NLG919,IDO 1-選擇性抑制劑)為疏水性嵌段的前藥膠束載體PSSN10用于共傳遞免疫檢查點抑制劑NLG919與阿霉素(DOX)。該膠束通過抑制調節T細胞增殖促進效應T細胞增殖,恢復了抗腫瘤免疫細胞對腫瘤的殺傷效應。此外共載膠束與單載NLG919或DOX膠束相比具有更強的細胞毒性和顯著的腫瘤抑制效應。Mei L等[47]通過DSPE-PEG-N3和DSPE-PEG-ALK的混合,構建了具有不同粒徑的膠束,用于阿霉素和單磷酰脂質A(TLR4的拮抗劑)傳遞。 該混合膠束與單載膠束相比不但增加了細胞攝藥和細胞毒性,同時還引起顯著的免疫原性細胞死亡(ICD)以及誘導DCs吞噬,加工和呈遞。從而產生了強效的免疫治療效果,實現了實質性的抗腫瘤和轉移抑制效果。種種研究表明納米膠束不但能實現共載并降低毒性,同時能激活抗腫瘤免疫細胞引起強效的免疫治療效果,實現化療與免疫治療的協同抗腫瘤。因此納米膠束在共傳遞免疫治療劑與化療藥領域有著巨大的潛力。

4 總結與展望

使用納米膠束實現化療藥物與化療藥物、化療藥物與核酸以及化療藥物與免疫治療劑等之間的共遞送聯合治療相對單一治療具有更顯著的抗腫瘤效果。然而,在共傳遞方法方面仍存在許多挑戰,包括藥物的有效載藥量跟包封率、納米膠束的穩定性、精準的腫瘤靶向效應等。因此,對新型納米膠束的開發以及對優勢膠束在具體應用領域的優化依然刻不容緩。此外,對于經膠束共傳遞的治療藥物之間的相互作用或膠束與治療藥物之間的相互作用的認識與研究依然不足,這也許將是未來該領域的一個重點研究方向。 綜合考慮,共傳遞納米膠束在改善抗癌藥物缺陷同時克服單一藥物治療的不足的問題上具有很大的發展前景。