納米靶向給藥系統(tǒng)的研究進展

楊偉麗　王廣天　于輝　常乃丹　梁玲　劉肖瑩　李明慧　彭海生

[摘要] 腦膠質(zhì)瘤的成功治療是生物醫(yī)學領(lǐng)域的最大挑戰(zhàn)之一。在世界范圍內(nèi)，膠質(zhì)瘤的發(fā)病率在逐年增加。每年，大約有13 000例患者被診斷膠質(zhì)母細胞瘤，患者1、5年的生存率分別為29.3%、3.3%。由于膠質(zhì)瘤高增殖性、滲透性和浸潤性，使得目前常用的治療手段包括手術(shù)切除、放療、化療等均難以達到良好的治療效果，同時，抗腫瘤藥非特異性和非靶向性，藥物傳遞到腫瘤的效率還很低。其次，血腦屏障的存在阻礙了膠質(zhì)瘤的治療。因此，尋求一種能夠通過血腦屏障治療腦膠質(zhì)瘤的方法是極其重要的。納米技術(shù)為膠質(zhì)瘤的治療帶來了新希望。本文討論了樹狀大分子納米粒子和受體調(diào)節(jié)納米藥物傳遞系統(tǒng)對膠質(zhì)瘤治療的潛在性。

[關(guān)鍵詞] 膠質(zhì)瘤；納米粒子；納米技術(shù)；治療

[中圖分類號] R94 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2016）10（a）-0032-04

Progress of brain-targeted nanoparticles in glioma therapies

YANG Weili1 WANG Guangtian1 YU Hui1 CHANG Naidan1 LIANG Ling2 LIU Xiaoying1 LI Minghui1 PENG Haisheng1

1.Department of Pharmaceutics， Daqing Campus， Harbin Medical University， Heilongjiang Province， Daqing 163319， China； 2.Cardiac Care Unit， Daqing Oil Field General Hospital， Heilongjiang Province， Daqing 163001， China

[Abstract] Successful treatment of glioma is one of the greatest challenges in the field of medicine. The incidence is growing fast year by year. Annually， there are approximately 13 000 cases of patients diagnosed with glioblastomamultiforme. The 1-year and 5-year survival rates of glioblastomamultiforme are 29.3% and 3.3% respectively. The prognosis of patients with malignant glioma is still poor. As its highly proliferative， infiltrative and invasive property， it's urgent to search effective strategies to control the gliomas. What's more， the non-specific， non-targeted nature of anti-tumor agents led to the low efficiency of drug delivery to glioma. Besides， the presence of the blood brain barrier is another obstacle for gliomas treatments. Hence， it's of great importance to find an effiecient gliomas therapeutic to overcome the BBB barrier. Nanotechnology has brought a new prospect in the treatment of glioma. This review focuses on the potential of various nanoparticles in the therapy of gliomas including dendrimers， receptor-mediated drug delivery systems.

[Key words] Glioma； Nanoparticles； Nanotechnology； Therapies

腦膠質(zhì)瘤是最難治愈的惡性腫瘤之一，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的原發(fā)性腫瘤中占近80%[1]。傳統(tǒng)的治療手段是采用手術(shù)切除，手術(shù)切除后采用聯(lián)合采用化學治療方法以及放射治療的方法繼續(xù)對殘余的腫瘤細胞進行治療。神經(jīng)外科專家擁有大批精密的手術(shù)儀器。然而，這些精密的儀器無法解決切除腫瘤后膠質(zhì)瘤的侵襲，侵襲正常組織從而促進膠質(zhì)細胞的再增長，影響了正常腦組織的重要的生理功能。精確的切除新生腫瘤部位和有效的治療殘余腫瘤細胞仍然是一大挑戰(zhàn)。納米技術(shù)對提高治療腫瘤是一個重大的促進力，聯(lián)合納米粒子治療已被廣泛用于膠質(zhì)瘤治療[2]。

近年來隨著科學技術(shù)的進步，分子生物學、細胞生物學、藥理學和納米技術(shù)的快速增長，膠質(zhì)瘤的分子機制、復發(fā)治療和其發(fā)病的原因得到了顯著的發(fā)展，細胞受體、轉(zhuǎn)運載體和酶[3-5]，同時還有磁性吸附、超聲滲透的熱化學療法以及細胞工程等為臨床治療和診斷膠質(zhì)瘤提供了可能性[6-7]。在膠質(zhì)瘤的治療中有許多的不同的分子機制，如酪氨酸激酶抑制劑、血管內(nèi)皮生長因子、受體抑制劑、mTOR抑制劑等[8]。然而，這些小分子在臨床的治療效果不理想。目前，很多研究者已經(jīng)著力去發(fā)展新型藥物轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，以找到有效治療膠質(zhì)瘤的突破口。

1 血腦屏障及其受體

腦是人體中樞神經(jīng)活動的中心，也是神經(jīng)系統(tǒng)最復雜的部分。腦組織處于穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境中，選擇性地與周邊環(huán)境進行物質(zhì)交換，而維持這種穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)稱為腦屏障。腦屏障由三部分構(gòu)成：血-腦屏障（blood-brain barrier，BBB），血-腦脊液屏障（blood-cerebrospinal fluid）和腦脊液-腦屏障（cerebrospinal fluid-brain barrier）。其中血-腦屏障所起的屏障作用最大。BBB由腦的連續(xù)毛細血管內(nèi)皮及其細胞間的緊密連接、完整的基膜、周細胞以及星形膠質(zhì)細胞腳板圍成的神經(jīng)膠質(zhì)膜構(gòu)成，其中內(nèi)皮是血腦屏障的主要結(jié)構(gòu)。與其他器官的血管內(nèi)皮相比，腦毛細血管內(nèi)皮細胞之間沒有開窗式缺損或孔隙，缺少胞飲作用的載體，且存在一系列酶系統(tǒng)阻止了一些物質(zhì)的通過[9]。這些細胞彼此緊密連接、互相重迭，形成一條完整的帶，圍繞著整個毛細血管壁。腦毛細血管內(nèi)皮細胞周圍環(huán)繞著基膜、細胞外基質(zhì)、周邊細胞及早形膠質(zhì)細胞足突，進一步構(gòu)成屏障并調(diào)控其滲透性。血腦屏障的這種形態(tài)與結(jié)構(gòu)決定了只有能自由擴散透過毛細血管上皮細胞膜的脂溶性成分才能被動透過BBB，而水電解質(zhì)及大分子物質(zhì)難以進入腦組織，這使得接近98%的小分子和100%的生物大分子藥物難以進入腦內(nèi)發(fā)揮作用，嚴重限制了腦部疾病的治療[10]。基于血腦屏障上細胞所具有特定結(jié)構(gòu)，根據(jù)主動靶向或者被動靶向機制設(shè)計了靶向納米粒子用于腦膠質(zhì)瘤的治療。在藥物進入到腫瘤細胞之前，藥物不得不克服存在于腦腫瘤細胞和微血管之間第二道屏障——血腦腫瘤屏障。

1.1 轉(zhuǎn)鐵蛋白受體（transferrin receptor，TfR）

TfR能夠調(diào)控大腦內(nèi)吸收，通過與TfR結(jié)合，并顯示出靶向腦內(nèi)傳遞潛在性。轉(zhuǎn)鐵蛋白受體是有2個通過二硫鍵連接的跨膜糖蛋白，每個跨膜糖蛋白的分子量為90 kD，并且每個糖蛋白分子捆綁了一個TfR[11]。TFR在血腦屏障上高度表達，通過受體調(diào)控轉(zhuǎn)胞吞作用，實現(xiàn)TfR調(diào)控的細胞攝取。TfR現(xiàn)已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)存在血腦屏障的內(nèi)皮細胞中、脈絡(luò)叢細胞和神經(jīng)元上。

當腦部發(fā)生腦局部缺血時，促使腦毛細血管內(nèi)皮上的TfR表達量增加。通過腦毛細血管內(nèi)皮的轉(zhuǎn)胞吞作用，TfR發(fā)揮作用。一個免疫組織化學研究表明在正常人腦組織和腫瘤部分活組織樣本的檢查中，TfR在正常組織和新生腫瘤組織的表達不同的免疫染色。研究表明TfR在腫瘤部位和正常組織中有顯著的免疫反應性，TfR有可能用于透過血腦屏障，使靶向藥物傳遞到腦腫瘤部位[12]。Zhang等[13]證明了一種可通過血腦屏障和靶向腦區(qū)轉(zhuǎn)鐵蛋白修飾包載紫杉醇的混合納米微粒，實驗顯示出了轉(zhuǎn)鐵蛋白修飾包載紫杉醇的混合微粒在臨床前模型中顯著提高了膠質(zhì)瘤的治療效果。

1.2 胰島素受體

胰島素受體（insulin receptor，IR）是一個分子量大約為300 kD的蛋白，為異四倍體，是由位于細胞外的兩個α亞基和兩個β亞基構(gòu)成。β亞基在細胞溶質(zhì)中激活酪氨酸激酶，它可以完全充當一個受體調(diào)轉(zhuǎn)胞吞作用系統(tǒng)，用于轉(zhuǎn)運藥物與基因進入腦內(nèi)[14]。用于腦疾病靶向胰島素受體治療，能改善阿爾茨海默病患者的病理狀態(tài)，如淀粉蛋白-a-多肽通過競爭胰島素連接胰島素受體，顯著提高了在阿爾茨海默病患者的大腦中被損壞的葡糖糖代謝功能，提高跨血腦屏障的能力，為治療腦腫瘤提供了一個很好的實驗依據(jù)[15]。

1.3 脂蛋白受體

低密度脂蛋白受體（Low-density lipoprotein receptor，LDLR）和脂蛋白相關(guān)蛋白（Lipoprotein-receptor-related proteins，LRP）是多功能的、多配體的清道夫，是表達在血腦屏障上信號受體。自發(fā)性高血壓腦卒中大鼠的海馬部位低密度脂蛋白高表達，這與血腦屏障的損傷有關(guān)。因為脂蛋白相關(guān)蛋白抑制炎癥過程，大腦疾病引起的相關(guān)炎癥影響脂蛋白相關(guān)蛋白的表達[16]。近年來，脂蛋白相關(guān)蛋白1和脂蛋白相關(guān)蛋白2被利用于靶向腦內(nèi)藥物的研究中。載脂蛋白E和載脂蛋白B通過結(jié)合納米粒子，顯示出了通過調(diào)控內(nèi)吞作用和轉(zhuǎn)胞吞作用低密度脂蛋白能夠協(xié)助納米粒子提高細胞的攝取[17]。

血管肽素是一類多肽家族相關(guān)抑肽酶，存在血腦屏障上低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白的配體，并且已經(jīng)展現(xiàn)出了腦內(nèi)傳遞藥物很好的臨床效果。這些多肽類通過脂蛋白相關(guān)蛋白1促進藥物進入腦內(nèi)，通過抑肽酶的轉(zhuǎn)胞吞作用跨過血腦屏障[18]。ANG1005是有19個長鏈氨基酸多肽組成的，結(jié)合紫杉醇能夠阻止微管的穩(wěn)定性，目前ANG1005還是處于惡性膠質(zhì)瘤臨床二期試驗藥物。Angiopep-2是血管肽素，Shao等[19]證明Angiopep-2結(jié)合聚合物微粒提高了靶向腦內(nèi)的能力，克服了外流蛋白活性，進而高表達在血腦屏障上，實驗證明Angiopep-2結(jié)合聚合物微粒可以發(fā)展為一種新型靶向腦部的藥物傳遞系統(tǒng)。

1.4 白喉霉素受體

白喉霉素受體（Diphtheria toxin receptor，DTR）是肝素與表皮生長因子結(jié)合的代表物，是一種內(nèi)在化的轉(zhuǎn)運受體，存在于血腦屏障、神經(jīng)、膠質(zhì)細胞。DTR通過受體調(diào)控內(nèi)吞作用實現(xiàn)的[20]。交叉反應物質(zhì)（CRM）197是非毒性、有能力結(jié)合DTR，是白喉霉素的一個變異亞型。CRM197是通過白喉霉素作用通過血腦屏障，目前CRM197在體內(nèi)和體外實驗都可以靶向腦區(qū)。許多腦部疾病引起的炎癥會上調(diào)白喉霉素受體的表達，這給靶向治療腦膠質(zhì)瘤提高了一個機會，增強靶向藥物通過血腦屏障遞送的效果，促使藥物能最大化的到達腦腫瘤部位[21]。

2 在腦腫瘤治療中的納米載體

納米載體是藥物遞送系統(tǒng)中新出現(xiàn)的載體，擁有改變藥物跨血腦屏障的轉(zhuǎn)運能力。對腦腫瘤治療的理想納米粒子的質(zhì)量特征包括系統(tǒng)傳遞化學治療藥物可以滲透進入被損壞的全部實體腫瘤的腦腫瘤屏障，并且可以特異性的靶向腦腫瘤部位，快速清除腫瘤脫靶溢出物導致的副作用[22]。納米載體的特優(yōu)特征是它的粒徑大小、增加藥物載藥量、易于改變藥物結(jié)構(gòu)和控制藥物釋放。這些特性促使納米載體對于轉(zhuǎn)運藥物跨過血腦屏障很有吸引力?，F(xiàn)在，對于腦膠質(zhì)瘤的治療已經(jīng)發(fā)展了許多提高靶向效率的方法，比如應用樹狀大分子納米載體、細胞表面修飾靶向分子與功能化的受體等。

2.1 樹狀大分子聯(lián)合化學治療方法治療腦腫瘤的納米載體

樹狀大分子是具有單分散性，由于有大量的分支模式使其具有高度的功能性。腦腫瘤毛細血管過表達一些受體，控制配體結(jié)合納米載體的藥物遞送和促進藥物遞送進入腦腫瘤部位。

聚酰胺-胺（PAMAM）是一種樹狀大分子。大多數(shù)腦腫瘤是實體腫瘤，由于細胞間缺乏毛細血管，這也就阻止藥物滲透進入腫瘤的核心部位。He等[23]研制了一種轉(zhuǎn)鐵蛋白和麥胚凝集素固定包載DOX-PEG化的PAMAM（PAMAM-PEG-WGA-Tf），PAMAM-PEG-WGA-Tf能夠滲透血腦屏障，在體外培養(yǎng)C6膠質(zhì)瘤腫瘤球試驗中評估其腫瘤抑制率和靶向效率。在PAMAM-PEG-WGA-Tf治療下腫瘤球在外圍變成顆粒狀和不規(guī)則狀，最終破碎成若干碎片，這實驗結(jié)果顯示出了雙重靶向載體引發(fā)細胞死亡，促進進入滲透實體腦腫瘤組織中。

2.2 樹狀大分子聯(lián)合基因治療腦腫瘤的納米載體

基因治療包括主動傳送基因到達靶細胞，通過基因治療的作用進而修正不同的基因缺陷。理想的基因載體應有較高的轉(zhuǎn)染率、高度特異性靶向細胞、高穩(wěn)定性、低細胞毒性和熒光免疫性[24]。然后基因治療有大量的限制，與這些系統(tǒng)結(jié)合限制基因運輸能力和高免疫原性。納米載體缺乏躲避這些限制的能力，因此有效提高傳遞基因的效率，靶向特異性細胞是關(guān)鍵[25]。

Liu等[26]合成了Dendrigraft poly-L-lysines （DGLs）樹狀大分子，將腫瘤壞死相關(guān)細胞凋亡誘導配體（TRAIL）和DOX包裹于樹狀大分子，在樹狀大分子表面修飾腫瘤特異性靶向配體T7多肽以及轉(zhuǎn)鐵蛋白受體，制成雙重靶向修飾的樹狀大分子。DGLs變成了一個潛在的基因載體。通過調(diào)整死亡受體的表達，DOX加強TRAIL抗腫瘤效果，同時激活凋亡通路，抑制了腫瘤細胞的生長[27]。

3 小結(jié)

統(tǒng)治方法效率低促進了新型藥物的發(fā)展，新型藥物能夠提高抗癌藥物進入腫瘤部位，減少正常組織的毒性。由于膠質(zhì)瘤的復雜性和多種蛋白表達在膠質(zhì)瘤細胞的表面，細胞膜上分子可能改變相同腫瘤在不同階段，甚至相同腫瘤的不同部位。當今，在治療腦腫瘤方面，通過在納米粒子表面修飾的方法，納米粒子能夠高度地包載抗腫瘤藥物、靶向配體。在診斷腦腫瘤方面，納米粒子由于其靶向性、多功能化和成像性促進了納米醫(yī)學的快速發(fā)展[28]。

納米粒子的多功能屬性是研究者開展研究血腦屏障以及腦腫瘤興趣的主要驅(qū)動力。納米粒子有助于檢測腦腫瘤的治療和發(fā)展狀況，可能會增加患者的生存率。所以，納米藥物在治療膠質(zhì)瘤方面，展示出了一個光明的前景。研究者現(xiàn)在已經(jīng)設(shè)計了許多不同分子量的靶向腫瘤細胞的藥物載體，隨著臨床腫瘤學領(lǐng)域的不斷研究，許多用于生物靶向和磁性吸附成像的藥物轉(zhuǎn)運載體促進基于納米粒子治療腦腫瘤的納米醫(yī)學的進步。

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（收稿日期：2016-04-20 本文編輯：趙魯楓）