“精準(zhǔn)醫(yī)療”背景下的靶向藥物研究
——心肌缺血區(qū)靶向機(jī)制及藥物設(shè)計(jì)策略※

劉 峰 董少紅 吳美善 梁瑞娟 熊 瑋 劉華東 陳科奇

“精準(zhǔn)醫(yī)療”背景下的靶向藥物研究
——心肌缺血區(qū)靶向機(jī)制及藥物設(shè)計(jì)策略※

劉 峰 董少紅 吳美善 梁瑞娟 熊 瑋 劉華東 陳科奇

如何實(shí)現(xiàn)對嚴(yán)重危害人類健康疾病的精準(zhǔn)治療是目前醫(yī)學(xué)界的難題和研究熱點(diǎn)。隨著“精準(zhǔn)醫(yī)療”計(jì)劃啟動(dòng)，藥物設(shè)計(jì)也隨之進(jìn)入“精準(zhǔn)”靶向藥物分子設(shè)計(jì)時(shí)代。全球范圍內(nèi)患病人數(shù)最高的心血管疾病是目前全球范圍內(nèi)導(dǎo)致人類病死的主要疾病之一，遠(yuǎn)高于因腫瘤及其他疾病病死人數(shù)，而其中缺血性心肌疾病已成為威脅人類健康的頭號殺手。目前，雖有多種治療心肌缺血藥物，但多數(shù)缺乏組織特異性，同時(shí)因缺血區(qū)血液循環(huán)障礙，使藥物在缺血區(qū)的分布往往不甚理想。本研究綜述并探討了針對靶向于心肌缺血區(qū)的藥物被動(dòng)、主動(dòng)以及理化實(shí)現(xiàn)機(jī)制與相關(guān)策略。

精準(zhǔn)醫(yī)療；心肌缺血；藥物靶向；分子靶向藥物設(shè)計(jì)；作用機(jī)制

心肌缺血主要是因心肌耗氧量與冠狀動(dòng)脈血氧供給間的失衡造成的心肌嚴(yán)重供血不足。目前多種抗心肌缺血相關(guān)藥物應(yīng)用于臨床，但大部分具有明顯弊端：諸如由于心血管疾病生理特性，藥物缺乏心肌組織特異性，藥物因半衰期短而易在體內(nèi)降解，或者藥物無法最終進(jìn)入心肌細(xì)胞發(fā)揮藥效作用；因心肌組織缺血造成血液循環(huán)障礙而必須大劑量給藥方可起效，但增加藥物劑量會引起一定不良反應(yīng)，從而限制了臨床藥物治療的廣泛應(yīng)用。而通過藥物載體技術(shù)包裹藥物進(jìn)行創(chuàng)新制劑開發(fā)，旨在實(shí)現(xiàn)藥物代謝及組織分布行為的改變，特異性地提高病灶部位藥物濃度，進(jìn)而在病灶部分靶向發(fā)揮作用，以達(dá)到提高藥物治療效果的目的。心血管藥物靶向給藥技術(shù)已成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)及趨勢，靶向給藥技術(shù)主要利用病灶部位的生理及病理特性實(shí)現(xiàn)靶向作用，因此靶向藥物的研發(fā)首先應(yīng)考慮的主要問題便是心血管疾病的生理病理特性。心肌缺血的病理機(jī)制較為復(fù)雜，心肌收縮、舒張能力降低；心肌電生理發(fā)生變化；心肌細(xì)胞凋亡；心肌能量代謝發(fā)生改變（圖1）。

1 基于被動(dòng)機(jī)制的靶向策略

被動(dòng)機(jī)制的靶向策略主要基于心肌病變部位的生理、病理特點(diǎn)，依靠遞藥系統(tǒng)性質(zhì)的改變，實(shí)現(xiàn)藥物在病變部位的有效釋放進(jìn)而蓄積。國內(nèi)外研究最早且臨床應(yīng)用較多的被動(dòng)靶向給藥技術(shù)是脂質(zhì)體，通過給藥載體的類細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)藥物在體內(nèi)代謝及組織分布，最終將藥物成功的靶向分布于靶標(biāo)。目前研究證實(shí)，藥物可以通過脂質(zhì)體及其他載體實(shí)現(xiàn)在心肌缺血組織中積聚，同時(shí)脂質(zhì)體可非特異性地粘連至細(xì)胞表面對受損細(xì)胞膜進(jìn)行修補(bǔ)，進(jìn)而完成脂質(zhì)體在一定程度上的心肌保護(hù)[1]。由于脂質(zhì)體的部分輔助治療作用，脂質(zhì)體載體是目前最常用于心肌缺血區(qū)靶向研究的藥物載體。對載有含順磁及熒光脂質(zhì)的納米膠束和納米脂質(zhì)體在再灌注損傷小鼠模型中靶向集聚于急性再灌注引起心肌梗死區(qū)中，并且粒徑小的納米膠束具有更快積累速度[2]。

心肌缺血區(qū)的藥物被動(dòng)靶向機(jī)制研究目前主要集中于EPR效應(yīng)，即心肌缺血造成的藥物透過增強(qiáng)以及藥物滯留[3]，以及利用或避免網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)識別和結(jié)合實(shí)現(xiàn)靶向病灶組織的被動(dòng)靶向策略。納米脂質(zhì)體、高分子納米球、脂質(zhì)納米球、納米乳液及膠束等納米給藥技術(shù)均可以通過減少粒徑、表面正電荷化以及長循環(huán)等技術(shù)基于靶組織EPR效應(yīng)采用被動(dòng)靶向機(jī)制實(shí)現(xiàn)心肌靶向作用。EPR效應(yīng)在腫瘤及炎癥等病變部位也廣泛存在，是目前研究藥物系統(tǒng)被動(dòng)靶向的病理生理學(xué)基礎(chǔ)。尤其是實(shí)體瘤的特殊病理生理學(xué)特征，如高密度且結(jié)構(gòu)完整性差的血管分布、局部血管通透性高等可以充分實(shí)現(xiàn)大分子藥物物質(zhì)的腫瘤血管滲出，并且在組織產(chǎn)生藥物滯留效應(yīng)[4]。對于缺血心肌組織而言，藥物粒子尤其是大分子粒子的尺寸以及負(fù)載電荷決定了其藥物的 EPR效應(yīng)。藥物粒子的尺寸對藥物在缺血區(qū)分布的 EPR效應(yīng)最為明顯，其次當(dāng)藥物粒子尺寸相當(dāng)時(shí)，由于缺血區(qū)細(xì)胞表面的負(fù)電性特點(diǎn)，荷載正電的藥物粒子更易實(shí)現(xiàn) EPR效應(yīng)[5]。通過在藥物表面修飾聚乙二醇可以減少網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)識別，例如阿霉素脂質(zhì)體通過在其表面修飾 PEG可減少其在血液中被清除，從而增加腫瘤治療效果，并降低阿霉素造成的心臟不良反應(yīng)[6-7]。相反，利用被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)識別機(jī)制可以作為靶向治療炎性相關(guān)疾病的研究思路，例如利用該機(jī)制對動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)行成像和治療[8]。

圖1 心肌缺血區(qū)組織的病理與靶向

近年來，針對治療心肌缺血藥物（如外源性腺苷、谷胱甘肽和輔酶Q10等）靶向設(shè)計(jì)多通過脂質(zhì)體藥物載體以及藥物EPR效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)，而心肌缺血區(qū)血流灌注速度、血管通透性以及藥物半衰期 3個(gè)方面決定了靶向藥物的最終分布效應(yīng)[9]。多種疾病發(fā)生與體內(nèi)輔酶Q10缺乏有關(guān)，例如心臟病、高血壓、帕金森病、癌癥、牙周疾病、哮喘以及人類免疫缺陷病毒感染。口服輔酶Q10對心血管相關(guān)疾病的治療具有顯著臨床價(jià)值，尤其是對線粒體功能障礙導(dǎo)致的心肌疾病。因此，輔酶Q10心肌靶向制劑的研究對于心肌梗死相關(guān)心肌疾病的治療，尤其是缺血再灌注引起心肌組織損傷的保護(hù)與治療具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值。此外，制備成功的ATP脂質(zhì)體應(yīng)用于急性心肌梗死兔中發(fā)現(xiàn)，接受ATP脂質(zhì)體冠狀動(dòng)脈給藥兔的心肌梗死區(qū)面積顯著縮小，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)ATP脂質(zhì)體經(jīng)PEG修飾后可以顯著增加ATP脂質(zhì)體的體內(nèi)循環(huán)時(shí)間，可有效提高受損心肌細(xì)胞ATP水平[10]。

基于上述研究結(jié)論，目前一直認(rèn)為利用藥物粒子EPR效應(yīng)、基于心肌缺血區(qū)被動(dòng)靶向策略的藥物設(shè)計(jì)主要滿足以下兩點(diǎn)：①為提高聚合物親水性及其水中的彌散效果，聚合物藥物的流體動(dòng)力學(xué)直徑應(yīng)大于腎小球毛細(xì)血管截留臨界值。②為提高膠態(tài)載體系統(tǒng)的隱形性，規(guī)避Kupffer細(xì)胞識別、截留，膠態(tài)載體系統(tǒng)均要完成其表面的親水修飾。

2 基于主動(dòng)機(jī)制的靶向策略

基于主動(dòng)機(jī)制的藥物靶向策略（又稱為“生物導(dǎo)彈”）主要依靠藥物特異性的識別目標(biāo)靶位的特殊分子（諸如受體、抗原、凝集素、葉酸或轉(zhuǎn)運(yùn)體等）進(jìn)行特異性的結(jié)合，進(jìn)而觸發(fā)細(xì)胞吞吐機(jī)制，最終完成藥物載體在病變組織和細(xì)胞內(nèi)的靶向選擇性富集效果。

2.1 抗體介導(dǎo)的藥物靶向機(jī)制細(xì)胞內(nèi)抗原成分因細(xì)胞膜在缺血環(huán)境下功能紊亂而出現(xiàn)外露現(xiàn)象，而該部分外露抗原成分可以作為外源性載藥系統(tǒng)主動(dòng)進(jìn)行靶向結(jié)合的靶標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)藥物在受損心肌組織的主動(dòng)靶向分布及富集。研究顯示肌球蛋白在缺血導(dǎo)致細(xì)胞膜破裂后并未流出細(xì)胞外，該特點(diǎn)使肌球蛋白成為藥物主動(dòng)靶向策略最為常用的靶點(diǎn)[11]。而前期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)采用放射性同位素標(biāo)記（采用131I、111In 和99mTc）的抗肌球蛋白抗體在兔或犬心梗區(qū)的高度靈敏度和特異性，充分證實(shí)了肌球蛋白作為常用靶點(diǎn)的有效性[12]?？辜∏虻鞍酌庖咧|(zhì)體經(jīng) PEG修飾后可以延長其在血液循環(huán)中的時(shí)間，進(jìn)而增加在動(dòng)物心梗區(qū)的主動(dòng)靶向集聚。此外，肌鈣蛋白 I抗體也可以通過主動(dòng)靶向策略實(shí)現(xiàn)其在心肌缺血區(qū)的富集。

此外，心肌缺血區(qū)通過局部炎性反應(yīng)可在細(xì)胞膜上產(chǎn)生大量細(xì)胞黏附分子，因其獨(dú)有的特異性，也可以作為載藥系統(tǒng)的表面修飾與改性，最終實(shí)現(xiàn)基于主動(dòng)靶向機(jī)制心肌缺血區(qū)的藥物富集。

2.2 受體介導(dǎo)的藥物靶向機(jī)制β腎上腺素能受體配基烯丙洛爾修飾脂質(zhì)體經(jīng)大鼠靜脈注射后，其在心臟和肺的含量分別增加了4.9倍和7.4倍。β1受體在心肌缺血時(shí)的增量及敏感性均顯著，鑒于此對 β1受體配體進(jìn)行脂質(zhì)體修飾有助于進(jìn)一步提高藥物主動(dòng)靶向效果，增加心肌細(xì)胞對藥物的攝取。

此外，利用病毒載體介導(dǎo)心肌缺血區(qū)藥物靶向研究也逐漸增多，考慮到特異性不高以及基因無法長期表達(dá)的缺點(diǎn)，進(jìn)一步研究方向主要集中于通過加載組織特異性調(diào)控元件（心室特異性肌球蛋白輕鏈-2啟動(dòng)子/增強(qiáng)子）提高該類藥物載體的心肌靶向效果。

3 基于理化機(jī)制的靶向策略

由于有氧代謝受阻，酸性代謝產(chǎn)物增加及清除受阻，心肌缺血最終導(dǎo)致缺血區(qū)細(xì)胞內(nèi)酸中毒。為此針對缺血區(qū)酸性環(huán)境的 pH敏感靶向制劑可以實(shí)現(xiàn)藥物在缺血區(qū)的靶向聚集及釋放。

對急性心肌梗死組織施以外加磁場可以產(chǎn)生一定保護(hù)作用。由此設(shè)計(jì)的藥物磁性靶向在實(shí)現(xiàn)心肌缺血區(qū)診斷作用的同時(shí)，還可以達(dá)到外加磁場以及藥物的保護(hù)作用。此外，以微泡作為載體負(fù)載藥物或基因的超聲靶向微泡破裂法，通過超聲波與微泡相互作用實(shí)現(xiàn)藥物在靶區(qū)釋放在心血管疾病中的應(yīng)用也逐漸增多。也有研究證實(shí)，微泡-靶基因混合物（表達(dá)特定基因的質(zhì)粒與脂質(zhì)微泡共孵育）利用UTMD可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)基因在心肌組織的靶向釋放及表達(dá)[13-14]。但UTMD能否成功用于人體尚需進(jìn)一步證實(shí)。

4 總結(jié)

靶向心肌缺血區(qū)給藥策略常需要聯(lián)合多種機(jī)制來實(shí)現(xiàn)，因此設(shè)計(jì)心肌缺血區(qū)的靶向給藥系統(tǒng)應(yīng)綜合考慮各種靶向機(jī)制以達(dá)到最佳效果。目前，雖已取得一些進(jìn)展，探明一些藥物分布影響因素，發(fā)現(xiàn)一些特異性靶標(biāo)，但有限的靶標(biāo)數(shù)量及其特異性仍限制了藥物靶向分布。今后針對缺血區(qū)血供改善、提高靶標(biāo)的靶向效率、新靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)及多種靶向策略組合應(yīng)用將是該領(lǐng)域進(jìn)一步的研究方向，尤其是缺血區(qū)血供的快速恢復(fù)與多種靶向機(jī)制的有機(jī)組合。

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10.12010/j.issn.1673-5846.2017.02.062

深圳市人民醫(yī)院，廣東深圳 518100

深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目（編號：JCYJ20160422151912249）

劉峰，博士學(xué)位，醫(yī)師。研究方向：心力衰竭、冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病、分子靶向治療等研究

董少紅，Email：iceicelover@163.com