阿霉素靶向給藥系統(tǒng)研究進(jìn)展

李進(jìn)典，洪杏芳，張健，殷志琦*，顧覺奮

（1. 中國(guó)藥科大學(xué)中藥學(xué)院，江蘇 南京 210009；2. 大理學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院，云南 大理 671000；3. 江蘇省中醫(yī)藥研究院轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210028；4. 中國(guó)藥科大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210009）

阿霉素靶向給藥系統(tǒng)研究進(jìn)展

李進(jìn)典1，洪杏芳2，張健3，殷志琦1*，顧覺奮4**

（1. 中國(guó)藥科大學(xué)中藥學(xué)院，江蘇 南京 210009；2. 大理學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院，云南 大理 671000；3. 江蘇省中醫(yī)藥研究院轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210028；4. 中國(guó)藥科大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210009）

近年來，癌癥的發(fā)病率和死亡率不斷上升，對(duì)人類健康造成極大的威脅。阿霉素作為一種廣譜抗腫瘤藥物，對(duì)正常細(xì)胞亦有嚴(yán)重毒副作用，從而使其臨床應(yīng)用受到限制。提高阿霉素腫瘤靶向性、降低其毒性由此成為該藥物的熱點(diǎn)研究方向。對(duì)阿霉素靶向給藥系統(tǒng)的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

阿霉素；抗腫瘤；靶向給藥系統(tǒng)

WHO世界癌癥研究中心全球監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示：2008年全球癌癥新發(fā)病例1 300萬(wàn)，死亡例數(shù)760萬(wàn)，每8個(gè)死亡病例中就有1例癌癥患者，如不采取有效措施，到2030年全球?qū)⒂? 600萬(wàn)新增癌癥病例，死亡例數(shù)將躍至1 700萬(wàn)，而其中大多數(shù)將發(fā)生在中低收入的發(fā)展中國(guó)家。我國(guó)每6分鐘就有1人被確診為癌癥，未來10年中，癌癥發(fā)病率與死亡率仍將繼續(xù)攀升，因此抗腫瘤新藥的研發(fā)工作刻不容緩。

阿霉素（DOX）是一種抗腫瘤抗生素，可抑制RNA和DNA的合成，抗瘤譜較廣，對(duì)各種生長(zhǎng)周期的腫瘤細(xì)胞均有殺滅作用，適用于急性白血?。馨图?xì)胞性和粒細(xì)胞性）、惡性淋巴瘤、乳腺癌、支氣管肺癌等惡性腫瘤的治療。然而，該藥具有明顯的心臟毒性、

肝毒性和腎毒性等毒副作用[1]，嚴(yán)重限制了該藥的臨床應(yīng)用。靶向給藥系統(tǒng)（targeting drug system，TDS）系利用載體負(fù)載藥物，通過局部給藥或全身血液循環(huán)選擇性地使藥物濃集于靶器官、靶組織、靶細(xì)胞以提高療效、降低毒副作用的新型給藥手段[2-3]。將阿霉素與靶向給藥系統(tǒng)相結(jié)合，用于定向治療腫瘤，以提高其治療效果和降低毒副作用，在腫瘤治療領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景，本文對(duì)阿霉素抗腫瘤靶向給藥研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，旨在為其進(jìn)一步開發(fā)提供參考。

1 以石墨烯/氧化石墨烯為載體的阿霉素靶向給藥系統(tǒng)

1.1 石墨烯簡(jiǎn)介

石墨烯（graphene）是一種由碳原子以sp2雜化形成的具有六角型蜂巢晶格結(jié)構(gòu)的平面薄膜，只有1個(gè)碳原子的厚度，具有表面積大、機(jī)械強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，其優(yōu)良的理化性質(zhì)使其可以與DNA、多肽、蛋白、熒光探針甚至細(xì)胞等結(jié)合，在納米醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等方面具有極好的應(yīng)用前景[4-6]。

1.2 石墨烯在阿霉素靶向給藥系統(tǒng)中的應(yīng)用

Yang等[7]以氧化石墨烯（GO）為載體，用金剛烷修飾的卟啉和葉酸（FA）修飾的環(huán)糊精對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行修飾，合成了DOX靶向給藥系統(tǒng)1/2/DOX/GO（見圖1），該靶向給藥系統(tǒng)中，F(xiàn)A能與腫瘤細(xì)胞表面過表達(dá)的FA受體特異性結(jié)合，提高阿霉素的靶向性，卟啉能夠提高藥物系統(tǒng)的溶解性，實(shí)現(xiàn)體內(nèi)的長(zhǎng)循環(huán)[8-9]。

圖1 DOX靶向給藥系統(tǒng)1/2/DOX/GO合成示意圖Figure 1 Schematic diagram of synthesis of 1/2/DOX/GO targeting drug delivery system

Wang等[10]合成了以FA修飾的殼聚糖（CHI）封裝超順磁性GO（Fe3O4/GO）和DOX的具有三重功能的靶向給藥系統(tǒng)DOX-Fe3O4/GO-CHI-FA（見圖2），該載體具有高載藥率（0.98 mg/mg）、高飽和磁化強(qiáng)度和緩釋效果良好等優(yōu)點(diǎn)，DOX呈pH敏感性釋放，pH 5.3環(huán)境中導(dǎo)致氫鍵斷裂和CHI的降解，同時(shí)釋放DOX，達(dá)到靶向治療腫瘤的作用。

圖2 DOX-Fe3O4/GO-CHI-FA的制備過程Figure 2 Preparation process of DOX-Fe3O4/GO-CHI-FA

2 以碳納米管為載體的阿霉素靶向給藥系統(tǒng)

2.1 碳納米管簡(jiǎn)介

碳納米管是一種具有特殊結(jié)構(gòu)（徑向尺寸為納米量級(jí)，軸向尺寸為微米量級(jí)，管兩端基本上都封口）的一維量子材料（見圖3）。碳納米管是由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成的數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管，層與層之間保持固定的距離（約為0.34 nm），直徑一般為2～20 nm。根據(jù)碳六邊形沿軸向的不同取向可分成鋸齒形、扶手椅型和螺旋型這3種。其中，螺旋型具有手性，另外2種沒有手性。碳納米管的結(jié)構(gòu)雖與高分子材料結(jié)構(gòu)相似，但其結(jié)構(gòu)比高分子材料穩(wěn)定得多，其優(yōu)良的性質(zhì)在醫(yī)藥領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景[11]。

圖3 碳納米管結(jié)構(gòu)示意圖Figure 3 Structural diagram of carbon nano-tubes

2.2 碳納米管在阿霉素靶向給藥系統(tǒng)中的應(yīng)用

Lu等[12]開發(fā)了集多壁碳納米管（multi-walled carbon nanotubes，MWCNTs）和氧化鐵磁納米粒子（iron oxide magnetic nanoparticles，MNs）各自優(yōu)點(diǎn)于一身的DOX雙靶向給藥系統(tǒng)（見圖4），其中，多壁碳納米管是通過聚丙烯酸間的自由基聚合形成，再用MNs進(jìn)行修飾，同時(shí)以FA靶向的配體修飾，形成一個(gè)具有雙重靶向功能（分別通過磁場(chǎng)的誘導(dǎo)以及FA-FA受體的特異性結(jié)合發(fā)揮作用）的載DOX靶向給藥系統(tǒng)。通過透射電子顯微鏡和共聚焦激光掃描觀察發(fā)現(xiàn)，與游離的DOX相比，DOX-FA-MN-MWCNT被U87膠質(zhì)瘤細(xì)胞高效率地?cái)z取，并及時(shí)釋放出DOX，F(xiàn)A-MN-MWCNT外殼留在細(xì)胞質(zhì)中，而DOX則進(jìn)入細(xì)胞核，對(duì)U87膠質(zhì)瘤細(xì)胞進(jìn)行了有效的殺傷（見圖5）[13-15]。磁性納米載體的特性提高了DOX對(duì)腫瘤的治療效果，同時(shí)降低其對(duì)正常細(xì)胞的毒副作用。

圖4 DOX-FA-MN-MWCNT的制備過程Figure 4 Preparation process of DOX-FA-MN-MWCNT

圖5 U87膠質(zhì)瘤細(xì)胞經(jīng)FA-MN-MWCNTs處理后的共聚焦顯微圖像Figure 5 Confocal microscopic images of U87 glioma cells after FA-MN-MWCNTs treatment

3 以超聲敏感乳液脂質(zhì)體為載體的阿霉素靶向給藥系統(tǒng)

Lin等[16]設(shè)計(jì)了一種載有DOX的全氟納米液滴乳液脂質(zhì)體（eLipoDox），方法如下：將全氟代正戊烷（PFC5）乳液液滴加入二棕櫚酰磷脂酰膽堿（DPPC）脂質(zhì)體中，以低強(qiáng)度超聲波（US）超聲處理混合物，在pH 7.4下，將空白脂質(zhì)體與游離DOX室溫下放置24 h，使DOX載入乳液脂質(zhì)體，即獲得eLipoDox（見圖6）。eLipoDox能在20 kHz、1.0 MHz和3.0 MHz低強(qiáng)度的超聲波作用下很好地釋放DOX，在宮頸癌HeLa細(xì)胞中進(jìn)行的體外試驗(yàn)表明，該系統(tǒng)能有效控制DOX釋放，且在20 kHz超聲波處理下的釋藥效率比其他頻率的超聲波處理更高。DOX釋放的共聚焦成像圖顯示，eLipoDox是一種有效的載體,能在超聲波介導(dǎo)下將化療藥物運(yùn)載到胞漿，這種新穎的給藥系統(tǒng)能在很大程度上提高DOX的治療效果并降低其對(duì)心臟的毒副作用。

圖6 eLipoDox的制備過程Figure 6 Preparation process of eLipoDox

4 以量子點(diǎn)為載體的阿霉素靶向給藥系統(tǒng)

4.1 量子點(diǎn)簡(jiǎn)介

量子點(diǎn)(quantum dots，QDs)是由有限數(shù)目的原子組成，3個(gè)維度尺寸均在納米數(shù)量級(jí)。量子點(diǎn)一般為球形或類球形，是由半導(dǎo)體材料(由ⅡB～ⅥB或ⅢB～ⅤB元素組成)制備的、穩(wěn)定直徑（2～20 nm）的納米粒子。量子點(diǎn)是納米尺度上的原子和分子的集合體，其作為一種新穎的半導(dǎo)體納米材料，具有許多獨(dú)特的納米性質(zhì)，在量子點(diǎn)表面以鏈狀分子進(jìn)行修飾可使其具有藥物載體的功能[17]，其結(jié)構(gòu)如圖7所示[18]。

圖7 量子點(diǎn)載藥示意圖Figure 7 Schematic diagram of quantum dots loaded with drugs

4.2 量子點(diǎn)在阿霉素靶向給藥系統(tǒng)中的應(yīng)用

Savla等[19]設(shè)計(jì)制備了一種pH響應(yīng)的、量子點(diǎn)（QD）-黏多糖1（MUC1）介導(dǎo)的DOX卵巢癌靶向給藥系統(tǒng)（QD-MUC1-DOX）（見圖8）。起初，課題組為了獲得良好的腫瘤靶向效果，在量子點(diǎn)上鍵合了許多腫瘤細(xì)胞均會(huì)過表達(dá)的、突變的MUC1 DNA適配體，即得QD-MUC1。課題組將多重耐藥的人卵巢癌A2780/ AD細(xì)胞通過皮下移植到裸鼠的側(cè)腹部，建立腫瘤模型后，靜脈注射QD和QD-MUC1到受試動(dòng)物體內(nèi)并將其麻醉，然后通過血管內(nèi)超聲成像技術(shù)分析QD在活體麻醉動(dòng)物腫瘤部位和其他組織的分布情況。結(jié)果顯示，QD-MUC1大量聚集在模型小鼠的腫瘤組織中，從而驗(yàn)證了QD-MUC1的腫瘤靶向性；未經(jīng)修飾的QD則無靶向性（見圖9）。將DOX通過pH敏感的腙鍵連接到量子點(diǎn)上，即得QD-MUC1-DOX。該腙鍵在中性和堿性環(huán)境中穩(wěn)定存在，在酸性環(huán)境中易解離，因而具有在腫瘤酸性環(huán)境中易釋放的特性。共聚焦成像和體內(nèi)成像研究表明，QD-MUC1-DOX能積累于卵巢腫瘤細(xì)胞，提示該給藥系統(tǒng)在治療多重耐藥的卵巢癌方面具有一定潛力。

圖8 QD-MUC1-DOX的制備過程Figure 8 Preparation process of QD-MUC1-DOX

圖 9 未經(jīng)修飾的量子點(diǎn)和QD-MUC1在荷瘤裸鼠腫瘤組織中的成像情況Figure 9 Images of non-modified quantum dots and QD-MUC1 in tumor tissues of tumor-bearing nude mice

5 以甲胎蛋白受體結(jié)合片段-樹枝狀聚合物G2為載體的阿霉素靶向給藥系統(tǒng)

Yabbarov等[20]開發(fā)了以甲胎蛋白受體結(jié)合片段（rAFP3D）、樹枝狀聚合物G2（PAMAM-G2）為載體的DOX靶向給藥系統(tǒng)（rAFP3D-G2-DOX）（見圖10）。甲胎蛋白受體是一種通用的腫瘤表面標(biāo)記物，在正常組織細(xì)胞表面不表達(dá)，甲胎蛋白受體結(jié)合片段能與之特異性結(jié)合，故能提高所載藥物的腫瘤靶向性。該給藥系統(tǒng)中，DOX通過順式烏頭酐（對(duì)酸不穩(wěn)定的連接物）與PAMAM-G2結(jié)合。DOX體外釋放試驗(yàn)結(jié)果顯示，順式烏頭酐共軛鍵在中性pH環(huán)境中穩(wěn)定存在，在腫瘤細(xì)胞內(nèi)酸性條件下發(fā)生斷裂，從而釋放出DOX，發(fā)揮殺滅腫瘤細(xì)胞的作用。rAFP3D-G2-DOX對(duì)DOX敏感的SKOV3細(xì)胞和DOX耐藥的SKVLB細(xì)胞均具有較高的細(xì)胞毒性，對(duì)人體外周淋巴細(xì)胞的毒副作用小，是一種新型的腫瘤靶向給藥系統(tǒng)。

圖10 rAFP3D-G2-DOX的制備過程Figure 10 Preparation process of rAFP3D-G2-DOX

6 結(jié)語(yǔ)

除了從微生物代謝產(chǎn)物中尋找新型抗腫瘤藥物外，借助于新材料、新工藝以及對(duì)腫瘤分子機(jī)制的新發(fā)現(xiàn)，開發(fā)已有抗腫瘤藥物的靶向給藥系統(tǒng)也迅速成為研究熱點(diǎn)。為了提高DOX的療效并降低其毒性，研究人員開發(fā)了一系列新型靶向給藥系統(tǒng)，其在一定程度上減少了DOX對(duì)正常細(xì)胞的毒副作用，此外，新型給藥系統(tǒng)不再局限于以往對(duì)藥物釋放速度的控制，而是以定位、定速釋放等為重要特性[21]。大量關(guān)于DOX靶向給藥系統(tǒng)的研究也正在積極展開，但目前還有一些亟待解決的問題，例如，怎樣有效利用實(shí)體瘤的高通透性和滯留效應(yīng)（EPR效應(yīng)），使藥物靶向進(jìn)入目標(biāo)器官、細(xì)胞甚至細(xì)胞核；如何在治療的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)靶向藥物分布、腫瘤治療效果的評(píng)估等[22]。當(dāng)然，靶向抗腫瘤治療已逐步成為當(dāng)今抗癌療法的主流手段，相信不久的將來，靶向給藥系統(tǒng)一定會(huì)進(jìn)入嶄新的時(shí)代，為腫瘤患者帶來福音。

[1]Zordoky B N M, Anwar-Mohamed A, El-Kadi A O S, et al. Acute doxorubicin toxicity differentially alters cytochrome P450 expression and arachidonic acid metabolism in rat kidney and liver [J]. Drug Metab Dispos, 2011, 39 (8): 1440-1450.

[2]Zhang Y, Chan H F, Leong K W, et al. Advanced materials and processing for drug delivery: the past and the future [J]. Adv Drug Deliv Rev, 2013, 65 (1): 104-120.

[3]Ai S, Jia T, Ai W, et al. Targeted delivery of doxorubicin through conjugation with EGF receptor-binding peptide overcomes drug resistance in human colon cancer cells [J]. Br J Pharmacol, 2013, 168 (7): 1719-1735.

[4]Wang Y, Li Z H, Wang J, et al. Graphene and graphene oxide: biofunctionalization and applications in biotechnology [J]. Trends Biotechnol, 2011, 29 (5): 205-212.

[5]Yang K , Zhang S , Zhang G, et al. Graphene in mice: ultrahigh in vivo tumor uptake and effcient photothermal therapy [J]. Nano Lett, 2010, 10 (9): 3318-3323.

[6]Liu J Q, Cui L, Losic D S. Graphene and graphene oxide as new nanocarriers for drug delivery applications [J]. Acta Biomaterialia, 2013, 9 (8): 9243-9257.

[7]Yang Y, Zhang Y M, Chen Y, et al. Construction of a graphene oxide based noncovalent multiple nanosupramolecular assembly as a scaffold for drug delivery [J]. Chem Eur J, 2012, 18 (14): 4208-4215.

[8]Yang X Y, Zhang X Y, Ma Y F, et al. Superparamagnetic graphene oxide–Fe3O4nanoparticles hybrid for controlled targeted drug carriers [J]. J Mater Chem, 2009, 19 (18): 2710-2714.

[9]Gon lves G, Vila M, Portolés M T, et al. Nano-graphene oxide: a potential multifunctional platform for cancer therapy [J]. Adv Healthc Mater, 2013, 2 (8): 1072-1090.

[10]Wang Z H, Zhou C F, Xia J F, et al. Fabrication and characterization of a triple functionalization of graphene oxide with Fe3O4, folic acid and doxorubicin as dual-targeted drug nanocarrier [J]. Colloids Surf B Biointerfaces, 2013, 106 (1): 60-65.

[11]Ryoo S R, Kim Y K, Kim M H, et al. Behaviors of NIH-3T3 fbroblasts on graphene/carbon nanotubes: proliferation, focal adhesion, and gene transfection studies [J]. ACS Nano, 2010, 4 (11): 6587-6598.

[12]Lu Y J, Wei K C, Ma C C, et al. Dual targeted delivery of doxorubicin to cancer cells using folate-conjugated magnetic multi-walled carbon nanotubes [J]. Colloids Surf B Biointerfaces, 2012, 89 (1): 1-9.

[13]Saul J M, Annapragada A, Natarajan J V, et al. Controlled targeting of liposomal doxorubicin via the folate receptor in vitro [J]. J Controlled Release, 2003, 92 (9): 49-67.

[14]Yoo H S, Park T G. Folate receptor targeted biodegradable polymeric doxorubicin micelles [J]. J Controlled Release, 2004, 96 (2): 273-283.

[15]Jares-Erijman E A, Jovin T M. FRET imaging [J]. Nat Biotechnol, 2003, 21 (11): 1387-1395.

[16]Lin C Y, Javadi M, Belnap D M, et al. Ultrasound sensitive eLiposomes containing doxorubicin for drug targeting therapy [J]. Nanomedicine NLM, 2014, 10 (1): 67-76.

[17]Pelley J L, Daar A S, Saner M A, et al. State of academic knowledge on toxicity and biological fate of quantum dots [J]. Toxicol Sci, 2009, 112 (2): 276-296.

[18]Li J M, Wang Y Y, Zhao M X, et al. Multifunctional QD-based codelivery of siRNA and doxorubicin to HeLa cells for reversal of multidrug resistance and real-time tracking [J]. Biomaterials, 2012, 33 (9): 2780-2790.

[19]Savla R, Taratula O, Garbuzenko O, et al. Tumor targeted quantum dotmucin 1 aptamer-doxorubicin conjugate for imaging and treatment of cancer [J]. J Controlled Release, 2011, 153 (1): 16-22.

[20]Yabbarov N G, Posypanova G A, Vorontsov E A, et al. A new system for targeted delivery of doxorubicin into tumor cells [J]. J Controlled Release, 2013, 168 (2): 135-141.

[21]Munnier E, Cohen-Jonathan S, Linassier C, et al. Novel method of doxorubicin-SPION reversible association for magnetic drug targeting [J]. Int J Pharm, 2008, 363 (1/2): 170-176.

[22]Lubgan D, Jozwiak Z, Grabenbauer G G, et al. Doxorubicin-transferrin conjugate selectively overcomes multidrug resistance in leukemia cells [J]. Cell Mol Biol Lett, 2009, 14 (1): 113-127.

Advances in Research on Targeting Drug Delivery System of Doxorubicin

LI Jindian1, HONG Xingfang2, ZHANG Jian3, YIN Zhiqi1, GU Juefen4
( 1. School of Traditional Chinese Medicine, China Pharmaceutical University, Nanjing 210009, China; 2. School of Public Health, Dali University, Dali 671000, China; 3. Laboratory of Translational Medicine, Jiangsu Province Academy of Traditional Chinese Medicine, Nanjing 210028, China; 4. School of Life Science and Technology, China Pharmaceutical University, Nanjing 210009, China)

In recent years, the morbidity and mortality of cancer have been rising, which has become a great threat to human health. Doxorubicin is a broad-spectrum antitumor drug. It also has serious side effects on the normal cells, which limits its clinical application. Increase tumor targeting effect and reducing the toxicity have become a hot research direction of this drug. The advances in research on targeting drug delivery system of doxorubicin have been reviewed in this paper.

doxorubicin; antitumor; targeting drug delivery system

R979.1

A

1001-5094（2014）12-0910-06

接受日期：2014-10-02

*通訊作者：殷志琦，副教授；

研究方向：天然藥物化學(xué)；

E-mail：chyzq2005@126.com

**通訊作者：顧覺奮，教授；

研究方向：微生物制藥；

Tel：025-86200377；E-mail：yqyan1@126.com