納米制劑在膠質(zhì)瘤診治中的應(yīng)用進展

張安可 畢云科 徐遠志 樓美清

(上海交通大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院神經(jīng)外科，上海 200080)

膠質(zhì)母細胞瘤(glioblastoma multiform, GBM)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)最常見的惡性腫瘤，約占所有成人原發(fā)性膠質(zhì)瘤的51%，是小于35歲成人腫瘤致死的第二大病因[1]。近些年，GBM的診斷和治療有了較大進展，但患者的復(fù)發(fā)率、致死率仍很高，預(yù)后不容樂觀。經(jīng)傳統(tǒng)的聯(lián)合治療后，GBM患者的中位生存期僅14.6個月，而無進展生存期少于24 w[2]。針對GBM的化療有諸多弊端，比如：神經(jīng)毒性，特異性差，腫瘤內(nèi)藥物濃度低和嚴重的毒副作用等，這些缺點限制了傳統(tǒng)化療藥物在臨床的廣泛應(yīng)用。目前，研究人員正著力從腦腫瘤發(fā)生發(fā)展的分子及生物學(xué)機制方面設(shè)計新的治療方案，例如腫瘤細胞如何克服細胞周期；如何逃避程序性死亡；如何誘導(dǎo)血管生成；如何逃避免疫調(diào)節(jié)；并涉及自殺基因、抑癌基因、細胞因子基因等[3]。

近年來，納米技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)擴展到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，成為針對GBM診斷和治療的全新工具。納米醫(yī)學(xué)的發(fā)展為GBM的早期診治提供了希望。由于血腦屏障的存在，98%的有效藥物無法透過屏障而達到治療濃度，但納米制劑的應(yīng)用成功的解決了這一難題[4]。納米制劑可自我組裝，具有體積小，穩(wěn)定性及生物兼容性好的特點，且與細胞的接觸面大。此外，納米制劑還具有以抗體或配體為基礎(chǔ)的腫瘤特異靶向功能，可包封、遞送抗腫瘤藥物，是目前對GBM進行研究和診治的新型工具。

經(jīng)過設(shè)計后，納米顆粒可以與細胞表面特異性標(biāo)記物進行靶向結(jié)合，進而大大提高納米顆粒遞送藥物的效率，同時減小了化療藥物對正常組織的毒性作用。此外，納米顆粒為特異性靶向遞送藥物至細胞或細胞內(nèi)開辟了一條新的生物途徑，比如跨血腦屏障的藥物轉(zhuǎn)運。本文將主要描述當(dāng)前納米制劑應(yīng)用于膠質(zhì)瘤診斷和治療的主要方式，最常用納米材料的設(shè)計思路，組成材料、結(jié)構(gòu)和藥物遞送機制等。同時，我們也將簡單討論納米制劑的作用機制，潛在毒副作用，治療效果，以及將來在GBM診治中的實際運用等。

一、納米制劑在GBM診斷中的應(yīng)用

GBM的早期診斷與成像技術(shù)的發(fā)展密不可分。在成像技術(shù)上，納米制劑作為造影劑可以獲得詳細的細胞、分子影像，并實時檢測靶向藥物進入腫瘤內(nèi)部的情況；此外，納米造影劑還能為最大程度切除腫瘤提供詳細數(shù)據(jù)[5]。

1.PET和MRI在腦膠質(zhì)瘤成像中的局限性：正電子發(fā)射斷層掃描(positron emission tomography, PET)是一種利用正電子發(fā)射放射性示蹤劑的信號來構(gòu)建示蹤劑在體內(nèi)的分布圖像的成像模式[6]。目前，18氟-脫氧葡萄糖[(2-18F)-2-deoxy-fluoro-D-glucose, FDG]是用于評估腦膠質(zhì)瘤糖代謝最常用的標(biāo)志物。然而FDG-PET在區(qū)別高級別腫瘤的輻射性壞死和腫瘤復(fù)發(fā)方面更有優(yōu)勢，但它在確定腫瘤浸潤程度和低級別腫瘤復(fù)發(fā)等方面仍較為局限。

磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)可以提供解剖信息和高空間-分辨率解剖圖像，是被廣為接受的腦腫瘤成像方式。而功能性核磁共振(functional magnetic resonance imaging, fMRI)不僅可以對特定腦區(qū)域進行非侵入性定位、檢測，還可以評估運動和語言功能，并有助于在最大限度切除腫瘤的同時最大程度進行功能保留。然而，在很多機構(gòu)中由于缺乏專業(yè)操作指導(dǎo)及重要硬件、器械部件的醫(yī)療認證，fMRI并不被認為是完全成熟的診斷性神經(jīng)成像模式[7]。

2.納米成像制劑在腦腫瘤診斷的應(yīng)用：針對以上不足，研究人員在改進成像方式方面做了很多努力，目的是加強信號并生成對比清晰的圖像。納米成像制劑具有穿透腫瘤血管壁，并在血管內(nèi)滯留的能力，能在腫瘤內(nèi)大量聚集[8]。

將氯毒素(chlorotoxin, CTx)作為腫瘤特異性配體修飾樹狀聚-L-賴氨酸(dendrigraft poly-L-lysines, DGL)結(jié)合的大分子試劑已經(jīng)在腦腫瘤的MRI成像研究中取得了滿意結(jié)果。研究顯示，經(jīng)CTx修飾的造影劑注入小鼠體內(nèi)，5 min后在模型小鼠的腦腫瘤和肝腫瘤中達到峰值水平，明顯高于未修飾對照組。而且，與對照組相比，經(jīng)CTx修飾的造影劑組增強信號可以持續(xù)更長時間[9]。Veiseh等[10]研發(fā)了以涂覆有聚乙二醇-殼聚糖(polyethylene-glycol-chitosan, PEG-chitosan)和聚乙烯亞胺(polyethylenimine, PEI)的超順磁性氧化鐵納米顆粒為核心的納米載體，該載體通過與小干擾RNA(short interfering RNA, siRNA)，腫瘤靶向肽及氯毒素結(jié)合來提高腫瘤的特異靶向能力和成像效能。通過流式細胞術(shù)，定量逆轉(zhuǎn)錄酶-多聚酶鏈反應(yīng)(reverse transcription polymerase chain reaction, RT-PCR)，熒光顯微鏡和MRI研究證實了受體介導(dǎo)的納米載體的細胞內(nèi)化作用，該發(fā)現(xiàn)對膠質(zhì)瘤早期成像診斷具有重要意義。

磁性納米粒子(magnetic nanoparticles, MNPs)在惡性腦腫瘤成像和靶向治療方面很有前景。將肽或抗體修飾于磁性納米粒子表面可以直接靶向腫瘤細胞，并具有破壞腫瘤細胞活性信號通路的功能[11]。磁性納米顆粒會顯示出更高的縱向弛豫，在T1加權(quán)圖像上呈現(xiàn)增強信號，并縮短T1和T2加權(quán)圖像中的橫向弛豫時間，使傳統(tǒng)的T2加權(quán)圖像靶器官的信號強度大幅度下降(即所謂“負對比度”)。因此，磁性納米顆粒已經(jīng)被廣泛應(yīng)用為MRI的對比劑和分子成像探針。

精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(arginine-glycine-aspartic, RGD)序列是目前多種含有RGD肽的基本模塊，具有優(yōu)先結(jié)合α和β3整聯(lián)蛋白的功能，在腫瘤的血管生成和轉(zhuǎn)移中起關(guān)鍵作用，且不存在于正常血管中[12]。該探針可以用于熒光成像檢測腫瘤部位，再利用放射性分析評估探針的腫瘤靶向效能[13]?？傊?，納米成像制劑在PET和MRI等成像技術(shù)的應(yīng)用將進一步提高早期腫瘤檢測的精確度。

二、納米制劑在膠質(zhì)瘤治療中的應(yīng)用

應(yīng)用可生物降解的納米制劑可以有效跨過血腦屏障，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)特異性遞送藥物。納米顆粒可以搭載不同的化療藥物，并在針對腫瘤細胞的特異性免疫應(yīng)答過程中調(diào)節(jié)細胞免疫和體液免疫[14]。目前已經(jīng)設(shè)計出各種類型的納米顆粒，并且具有不同的功能，例如可以結(jié)合抗原而被特異性受體識別的功能[15]；把抗原包封在納米顆粒內(nèi)以免被降解的功能；標(biāo)記納米顆粒使其被特異性受體識別后能跟蹤其遷移過程；作為靶向遞送化療藥物的載體等。

納米載體的種類繁多，如聚合物納米顆粒、脂質(zhì)體、固態(tài)脂質(zhì)納米顆粒(solid lipid nanoparticles, SLN)、碳納米顆粒、樹枝狀聚合物和聚酰胺胺[poly(amidoamine), PAMAM]?，F(xiàn)已研發(fā)出了多種納米制劑，有助于中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病，特別是膠質(zhì)瘤的診治(表1)。

表1 目前已被研發(fā)應(yīng)用的納米制劑

納米載體藥物主要特性針對疾病 1．GSH-PEG阿霉素 增加藥物溶解性，增強抗腫瘤活性，減少副作用腦轉(zhuǎn)移瘤，膠質(zhì)瘤 腦轉(zhuǎn)移瘤，膠質(zhì)瘤 2．PEG/SLNc-MetsiRNA 物理穩(wěn)定性和耐受性，藥物控釋，位點特異靶向，避免不穩(wěn)點藥物降解GBM 3．陰離子固態(tài)脂質(zhì)納米顆(CASLNs)卡莫司汀最小平均直徑和最大包封效率來減少不良方應(yīng)GBM 4．CASLNsDOX延長藥物血流循環(huán)時間GBM 5．Polysorbate80-coatedwithPBCADOX穿透增強和滯留效應(yīng)，在固態(tài)腫瘤中易積聚GBM 6．MPEG-NP紫杉醇穩(wěn)定，體積適當(dāng)，理想的藥物負載率和包封率GBM 7．PLGAwithsurfaceLfandFA依托泊苷生物可降解性和生物兼容性GBM，帕金森亨廷頓氏癲癇，腦卒中，獲得性免疫綜合癥腦缺血 8．鐵納米顆粒(IONPs)西妥昔單抗對流增強遞送，MRI，靶向治療GBM 9．PEGylatedPAMMAM纖維蛋白結(jié)合肽更優(yōu)的滲透性，體積小GBM

1.脂質(zhì)體靶向制劑的應(yīng)用：目前，在臨床應(yīng)用中最普遍的是脂質(zhì)體制劑。脂質(zhì)體是由磷脂膜包圍的同心雙層囊泡，有親水和疏水兩個區(qū)域，具有兩親性。遞送藥物時，脂質(zhì)體會粘附到細胞膜表面或者誘導(dǎo)細胞通過內(nèi)吞作用攝取。大量實驗證明，多種藥物或其代謝物的活性可以通過脂質(zhì)體的包裹得到增強。

紫杉醇是一種通過促進微管裝配達到穩(wěn)定化效果來抑制細胞分裂的化療藥物。為了克服紫杉醇的高疏水性，以及吸收率低的限制，可以將紫杉醇和脂質(zhì)體結(jié)合[16-17]。Xin等[18]證實了Angiopep修飾的PEG-聚己內(nèi)酯[poly(caprolactone), PCL]納米顆粒加載紫杉醇在膠質(zhì)瘤治療中具有遞送藥物雙靶向能力。將納米顆粒修飾Angiopep后可以增強其穿透血腦屏障的能力，并能通過脂蛋白受體相關(guān)蛋白介導(dǎo)的胞吞作用靶向遞送至腫瘤。搭載紫杉醇的ANG-NP在U87 MG神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞系中表現(xiàn)出較強的抗細胞增殖和促細胞凋亡能力。紫杉醇吸附于PEG-聚乳酸[poly(lactic acid), PLA]的兩親性嵌段形成聚合物-藥物綴合物。該綴合物具有兩親性，在水性介質(zhì)中自我組裝后，紫杉醇分子被包裹于膠束核心，得到了良好的保護；而PEG構(gòu)成了膠束的外層，保留了水溶性。動物實驗肯定了PEG-PLA-紫杉醇膠束對腫瘤的抑制能力。用空白PEG-PLA膠束和PEG-PLA-紫杉醇膠束分別處理大鼠腦膠質(zhì)瘤切片后，熒光成像進一步證明，PEG-PLA-紫杉醇膠束可以穿透血腦屏障并特異性遞送至靶位，具有更高的細胞攝取率，更強的抗細胞增殖和促細胞凋亡作用[18]。

2.靶向機制：介導(dǎo)腫瘤細胞攝取納米粒子的機制有很多，其中較為普遍的是膜轉(zhuǎn)運蛋白受體或轉(zhuǎn)鐵蛋白受體所介導(dǎo)的胞吞作用，已經(jīng)被應(yīng)用于抗癌藥物和蛋白質(zhì)靶向遞送的臨床研究中。借助該機制可以達到將治療藥物、基因靶向遞送至過表達轉(zhuǎn)鐵蛋白受體的惡性腫瘤細胞。研究表明，與轉(zhuǎn)鐵蛋白偶聯(lián)的PEG脂質(zhì)體可以表現(xiàn)出受體介導(dǎo)的靶向作用。目前已經(jīng)設(shè)計出可以搭載多柔比星(doxorubicin, DOX)的Lf-PCL(DOX-Lf-PCL)納米顆粒，正是應(yīng)用了乳鐵蛋白(lactoferin, Lf)與PCL的結(jié)合。在原代細胞和神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞C6模型中，DOX-Lf-PCLs表現(xiàn)出了更高的攝取率，增加了Lf-PCL在腦中的集聚[19]。

三、展望

就目前的科技和醫(yī)療水平而言，膠質(zhì)瘤的手術(shù)及放療已達到了一個非常高的水平，短時期內(nèi)很難有實質(zhì)性的突破，因此化學(xué)療法已經(jīng)成為膠質(zhì)瘤治療最有希望的方法之一[20]。研究人員正在積極地嘗試將各種功能制劑結(jié)合到納米顆粒，開發(fā)設(shè)計更多的方式來實現(xiàn)有效治療。血腦屏障限制了絕大多數(shù)針對神經(jīng)系統(tǒng)疾病的有效藥物或成像對比劑的進入，而納米制劑的應(yīng)用使藥物靶向遞送成為可能。在納米顆粒表面修飾上相應(yīng)的配體，使載體通過毛細血管內(nèi)皮細胞的胞吞作用穿過血腦屏障。納米制劑可以跨過血腦屏障遞送藥物，意味著這項技術(shù)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的無創(chuàng)治療領(lǐng)域具有極大的潛能。而且隨著腫瘤干細胞研究的深入，探尋以腫瘤干細胞為靶點的治療方法，抑制甚至消除這些膠質(zhì)瘤的起源細胞成為了靶向治療新的切入點[21]。總之，隨著腫瘤發(fā)生發(fā)展機制的深入研究和納米技術(shù)的快速發(fā)展，實現(xiàn)腫瘤的早期診斷和有效治療指日可待。

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