轉(zhuǎn)運(yùn)體靶向納米藥物遞送系統(tǒng)治療膠質(zhì)瘤的研究進(jìn)展

成 倩，張羽飛，周 邇，牟青春

(1.桂林醫(yī)學(xué)院，廣西壯族自治區(qū) 桂林 541002；2.高州市人民醫(yī)院，廣東 茂名 525099)

腦膠質(zhì)瘤是最常見的原發(fā)性腦腫瘤，起源于膠質(zhì)細(xì)胞，占所有腦瘤的28%，占惡性腦瘤的80%，年發(fā)病率為6.6/10萬人[1]。根據(jù)組織病理學(xué)，腦膠質(zhì)瘤可以分為：星形細(xì)胞瘤、少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤、室管膜瘤，且根據(jù)世界衛(wèi)生組織分級(jí)系統(tǒng)將其細(xì)胞細(xì)分為I-Ⅳ級(jí)。由于腦膠質(zhì)瘤惡性程度高，侵襲性強(qiáng)，具有高發(fā)病率和預(yù)后差的特點(diǎn)。目前，通過臨床試驗(yàn)，治療膠質(zhì)瘤的三大手段是，最大限度的手術(shù)切除、放療和化療[2]。替莫唑胺是膠質(zhì)瘤治療的一線用藥，Stupp R等人的研究顯示，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者放療加替莫唑胺治療的中位生存期為12～14個(gè)月[3]。但是目前存在的問題，由于BBB的存在，不是脂溶性化療藥物，難以通過血腦屏障進(jìn)入腦內(nèi)，所以從抗腫瘤藥物篩選出更易透過血腦屏障的治療藥物或者對(duì)其進(jìn)行修飾，使其進(jìn)入血腦屏障，是目前治療膠質(zhì)瘤刻不容緩待解決的問題。

BBB是一種具有高度選擇性的半透膜，是一層腦內(nèi)血管內(nèi)皮細(xì)胞組成，經(jīng)由周細(xì)胞，星型膠質(zhì)細(xì)胞末端和基底膜等結(jié)構(gòu)緊密包裹的結(jié)構(gòu)，是大腦維持正常功能不可或缺的生理屏障[4]。BBB在發(fā)揮正常神經(jīng)功能、保護(hù)腦內(nèi)微環(huán)境穩(wěn)態(tài)的同時(shí)，也給腦部藥物遞送造成困難。多項(xiàng)研究報(bào)道，在BBB上有多種轉(zhuǎn)運(yùn)體介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白存在，它們大都與腦營養(yǎng)物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)，包括氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體以及肽轉(zhuǎn)運(yùn)體等，可以用于腦內(nèi)氨基酸、葡萄糖、肽的運(yùn)輸[5]。本文綜述納米載體在腦膠質(zhì)瘤中的應(yīng)用，從及納米載藥遞送系統(tǒng)對(duì)腦部靶向治療的作用機(jī)制。

1 納米載體

將化療藥物遞送到腫瘤部位以及提高生物利用度是目前生物研究中的重大挑戰(zhàn)。越來越多的研究證明，功能性納米載體可以被轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白配體進(jìn)行修飾，與相應(yīng)的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白互相靶向殺傷腫瘤。納米顆粒直徑在1～1000 nm，屬于膠體大小的粒子，在藥物遞送方面具有巨大前景。目前常用于跨越血腦屏障給藥的納米顆粒有納米粒，脂質(zhì)體，聚合物膠束。

1.1 金屬納米顆粒金屬納米粒子比其他類別的納米粒子(脂質(zhì)體)小，并且可以由純金屬顆粒組成，如金、銀、鐵以及非金屬的金屬異形體。金屬納米顆粒是致密的球形載體結(jié)構(gòu)，不能通過包裹藥物分子進(jìn)行傳遞，但藥物分子可以與金屬納米顆粒表面偶聯(lián)[6]。金納米顆粒已被廣泛用于各種治療，如成像，傳遞和治療。Robert Bachoo教授等人研究證明，金納米粒子通過抗體IgG修飾，使其可以靶向緊密鏈接黏附分子A蛋白，利用皮秒激光刺激靶向金納米顆粒后會(huì)在其周圍納米范圍內(nèi)產(chǎn)生機(jī)械波，并作用在血腦屏障的緊密連接上從而打開血腦屏障實(shí)現(xiàn)藥物遞送[7]。阮少波等人開發(fā)了聚乙二醇(Polyethylene glycol，PEG)和低密度脂蛋白受體為配體共修飾的載阿霉素的金納米顆粒治療膠質(zhì)瘤，該納米遞藥系統(tǒng)不僅促進(jìn)了納米粒特異性在膠質(zhì)瘤中遞送和釋放DOX,而且治療的膠質(zhì)瘤小鼠中位生存期延長(zhǎng)，藥效結(jié)果顯示該靶向系統(tǒng)具有良好的抗膠質(zhì)瘤作用[8]。

1.2 脂質(zhì)體脂質(zhì)體是由磷脂雙分子層構(gòu)成，是一種具有類細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的脂質(zhì)囊泡。其生物相容性好，具有通過延遲清除和延長(zhǎng)血管內(nèi)循環(huán)時(shí)間，改變其包封藥物分布的能力。通過包含表面結(jié)合的親水性分子如PEG，脂質(zhì)體的循環(huán)時(shí)間會(huì)進(jìn)一步增加[9]。PEG 鏈在脂質(zhì)體表面上產(chǎn)生高度水結(jié)合的屏障，阻礙調(diào)理素的粘附。由于其足夠大的粒徑阻止腎小球過濾而減少腎排泄，PEG 修飾的脂質(zhì)體在體內(nèi)循環(huán)時(shí)間得到延長(zhǎng)。目前，脂質(zhì)體遞送系統(tǒng)被大家所接受，是用于包載腫瘤藥物對(duì)于制藥的穩(wěn)定性和藥物動(dòng)力學(xué)的最合適的遞送系統(tǒng)，脂質(zhì)體具生物降解性并具有加載大量濃度抗癌藥的潛力。還有R8肽-PEG化靶向脂質(zhì)體治療膠質(zhì)瘤，數(shù)據(jù)表明，其有良好的緩釋特征，提高了穩(wěn)定性，提高了脂質(zhì)體的跨血腦屏障能力[10]。脂質(zhì)體作為一類藥物遞送系統(tǒng)在抗腫瘤藥物遞送中具有很大的優(yōu)勢(shì)，用于臨床，能提高抗腫瘤藥物效果及耐藥性。

1.3 樹枝狀聚合物樹枝狀聚合物是一種獨(dú)特的聚合物納米粒子，其體積和形態(tài)在合成過程中可控。聚酰胺-胺(PAMAM)樹枝狀聚合物是應(yīng)用最廣泛的一種。區(qū)別于傳統(tǒng)藥物轉(zhuǎn)運(yùn)體系的特點(diǎn)是其核-殼特性，即內(nèi)部空腔可物理包裹小分子藥物，外表面大量的官能團(tuán)能復(fù)合或轉(zhuǎn)運(yùn)高濃度的藥物分子[11]。作為腦靶向藥物的載體，基于整合素結(jié)合肽RGDyC-PEG化的PAMAM包載抗腫瘤藥物三氧化二砷，不僅促使納米粒通過血腦屏障，而且使納米粒具有靶向性，使接種C6細(xì)胞小鼠的體重減輕，降低了三氧化二砷的毒性，腫瘤抑制率顯著提高[12]。

2 納米載藥系統(tǒng)對(duì)腦部靶向治療作用機(jī)制

國內(nèi)外對(duì)靶向治療藥物的研究表明，納米藥物達(dá)到特定的部位的靶向主要通過被動(dòng)靶向和主動(dòng)靶向?qū)崿F(xiàn)。而實(shí)現(xiàn)腦部靶向主要依靠主動(dòng)靶向手段。目前穿透血腦屏障的主動(dòng)靶向主要有三種：(1)吸附介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運(yùn)；(2)轉(zhuǎn)運(yùn)體介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運(yùn)；(3)受體介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。

2.1 吸附介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運(yùn)吸附介導(dǎo)轉(zhuǎn)運(yùn)依賴于帶正電的底物與質(zhì)膜之間的靜電相互作用，導(dǎo)致分子被吸收內(nèi)化，然后分子透過血腦屏障。許多肽或者蛋白可以通過吸附介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)行跨血腦屏障轉(zhuǎn)運(yùn)，例如細(xì)胞穿膜肽(cell-penetrating peptides,CPPs)和陽離子蛋白。在最近的研究中，一些CPP已被用于將生物活性肽或蛋白質(zhì)輸送到中樞神經(jīng)系統(tǒng)。Lin等人利用兩親CPP偶聯(lián)Angiopep-2化納米顆粒遞送siRNA用于膠質(zhì)瘤的治療[13]。

2.2 轉(zhuǎn)運(yùn)體介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運(yùn)大量的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白存在于血腦屏障中，可將小分子物質(zhì)從血液運(yùn)輸?shù)酱竽X，根據(jù)方向可分為內(nèi)流型和外排型。內(nèi)流轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白包括葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(Glucose transporter，GLUT1)、L型氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體(L-type amino acid transporter,LAT)、膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(choline transporter，ChT)等。外排轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白包括P-糖蛋白(P-glycoprotein,P-gp)、多藥耐藥蛋白(MRP)、乳腺癌耐藥蛋白(BCRP)等。研究發(fā)現(xiàn)，用GLUT1抗體單鏈片段修飾裝載化療藥物的納米顆粒，促進(jìn)其跨血腦屏障運(yùn)輸和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤靶向治療[14]。

2.2.1 氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體 氨基酸一方面是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本元件，另一方面是細(xì)胞合成嘌呤、嘧啶核苷酸及谷胱甘肽的主要來源[15]。大量的氨基酸在腫瘤的生長(zhǎng)、侵襲及轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用。目前，LAT是一種大的中性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體系且在轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)不依賴Na+。主要成員有LAT1、LAT2、LAT3、LAT4，其中研究最多的是LAT1[16]。LAT1主要轉(zhuǎn)運(yùn)大的中性氨基酸，包括支鏈氨基酸和芳香族氨基酸。LAT1在結(jié)腸癌、肺癌、前列腺癌中均上調(diào)[17- 18]。且LAT1在BBB上高表達(dá)，能夠促進(jìn)氨基酸及藥物進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)(Central nervous system,CNS),這些能進(jìn)入CNS的藥物被發(fā)現(xiàn)與LAT1的內(nèi)源性底物具有高度的相似結(jié)構(gòu)，通過制備LAT1底物修飾的納米粒子促進(jìn)藥物在腦部轉(zhuǎn)運(yùn)。合成一種新型L-DOPA(L-3,4-dihydroxyphenylalanine)功能化的(Amphi-DOPA)來修飾脂質(zhì)體，以增強(qiáng)藥物通過血腦屏障達(dá)到治療膠質(zhì)瘤的效果。與未處理小鼠組相比，尾靜脈注射LAT1轉(zhuǎn)運(yùn)的靶向脂質(zhì)體可使原位膠質(zhì)瘤小鼠總體存活率提高60%，為L(zhǎng)AT1介導(dǎo)的腦膠質(zhì)瘤系統(tǒng)性治療提供了策略[19]。

2.2.2 葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體 葡萄糖的運(yùn)輸和利用對(duì)大腦活動(dòng)至關(guān)重要，雖然葡萄糖是大腦所需的營養(yǎng)物質(zhì)，但不能自我合成。GLUT1主要存在血腦屏障的血管內(nèi)皮細(xì)胞中，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖入腦。因此，葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白也可以作為藥物輸送到大腦的治療靶點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，用GLUT1抗體單鏈片段修飾裝載化療藥物的納米顆粒，促進(jìn)其跨血腦屏障運(yùn)輸和膠質(zhì)瘤的靶向治療。吳勇等人構(gòu)建雙靶向GLU-RGDChol作為脂質(zhì)體配體，將紫杉醇遞送至膠質(zhì)瘤，雙重靶向給藥系統(tǒng)在體內(nèi)體外表現(xiàn)出更強(qiáng)的靶向能力，在體內(nèi)成像中，GLU修飾的脂質(zhì)體在腫瘤部位蓄積[20]。

2.2.3 P-糖蛋白 P-糖蛋白分子(P-glycoprotein, P-gp)是細(xì)胞膜表面ATP依賴的藥物外排轉(zhuǎn)運(yùn)體，可以將藥物外排到細(xì)胞外，從而降低藥物在胞漿中的濃度，進(jìn)而降低藥效。在腦毛細(xì)血管內(nèi)皮管腔質(zhì)膜上表達(dá)[21]。研究發(fā)現(xiàn)，基因敲除P-gp的小鼠或者用P-gp抑制劑的正常小鼠組，P-gp的缺失使得藥物在腦內(nèi)蓄積，這可能會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)毒性增加，結(jié)果驗(yàn)證P-gp的功能是限制藥物進(jìn)入大腦。

2.3 受體介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)受體介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)是一種囊泡跨過細(xì)胞膜的途徑，大分子通過該途徑轉(zhuǎn)運(yùn)穿過血腦屏障，通過配體受體結(jié)合，發(fā)生受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用，接著藥物受體復(fù)合物在內(nèi)皮細(xì)胞質(zhì)內(nèi)移動(dòng)，最后藥物胞吐到胞外表面。血腦屏障上的特異性受體，例如轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1(transferrin，TfR)、脂蛋白受體、胰島素受體、乙酰膽堿受體都可以結(jié)合大分子或配體的納米載體達(dá)到腦部遞送。TFR1在腦微血管的管腔膜上廣泛表達(dá)， 研究人員發(fā)現(xiàn)，鐵蛋白與受體TfR1結(jié)合后，會(huì)通過腦內(nèi)皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)胞吞作用穿透BBB，而不會(huì)被阻斷在溶酶體中，而在惡性膠質(zhì)瘤中，在受體TfR1的介導(dǎo)下，鐵蛋白會(huì)被特異性蓄積到溶酶體中降解，進(jìn)而釋放內(nèi)部裝載的藥物。在原位膠質(zhì)瘤小鼠模型中，鐵蛋白在穿過BBB后，特異性地富集在腫瘤部位并抑制腫瘤的生長(zhǎng)，而正常的腦組織無明顯的富集，同時(shí)腦組織切片也證實(shí)此結(jié)果[22]。

3 轉(zhuǎn)運(yùn)體靶向納米給藥系統(tǒng)在膠質(zhì)瘤腦的應(yīng)用

血腦屏障的存在是藥物無法到達(dá)腫瘤組織的棘手問題，腦組織中需要大量小分子極性營養(yǎng)物質(zhì)來維持其生理功能，如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等。血腦屏障上有多種特異性的轉(zhuǎn)運(yùn)體，可以將轉(zhuǎn)運(yùn)體作為靶點(diǎn)，用其特定底物對(duì)納米載體進(jìn)行修飾，可以使藥物遞送系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)運(yùn)體介導(dǎo)跨越血腦屏障，從而提高在大腦中的藥物濃度。此外還可以對(duì)底物修飾或結(jié)構(gòu)改造以提高對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)體的親和力、降低內(nèi)源性物質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)抑制。目前已經(jīng)有關(guān)于轉(zhuǎn)運(yùn)體主動(dòng)靶向納米制劑的研究，蔣晨教授團(tuán)隊(duì)根據(jù)在血腦屏障上高表達(dá)的膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)體，進(jìn)行設(shè)計(jì)合成一系列膽堿衍生物修飾的樹枝狀聚合物，研究表明，膽堿修飾的聚合物能同時(shí)通過膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)體提高腦部傳遞。近年來對(duì)脂質(zhì)體的研究主要關(guān)注于受體介導(dǎo)的脂質(zhì)體，通過在脂質(zhì)體分子上聯(lián)接一種識(shí)別分子，即配體通過與靶細(xì)胞表面相對(duì)應(yīng)的受體分子相互作用，從而將藥物靶向至腫瘤部位，達(dá)到脂質(zhì)體的主動(dòng)靶向運(yùn)輸?shù)哪康模@種優(yōu)勢(shì)是增加藥物的特異性，減少對(duì)非靶向器官的損傷，提高療效。方曉玲教授課題組以2-脫氧葡萄糖為配體修飾納米粒，構(gòu)建以GLUT1為靶點(diǎn)的靶向藥物遞送系統(tǒng)，納米遞藥系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可以與在血腦屏障上高表達(dá)的GLUT1相互作用增加腦內(nèi)分布，然后靶向膠質(zhì)瘤高表達(dá)的GLUT1增加藥物在腫瘤細(xì)胞內(nèi)的分布。這種靶向的方式不僅提高了納米粒的穿透血腦屏障的能力，還提高了納米粒在腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞中的細(xì)胞攝取，獲得了優(yōu)良的治療結(jié)果。在腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞腔膜上表達(dá)的P-gp會(huì)將一些親脂性藥物排出，導(dǎo)致P-gp底物的表觀BBB滲透率低，使用脂質(zhì)體納米遞送系統(tǒng)設(shè)計(jì)可改善腦部運(yùn)輸，Sushant Lakkadwala等人設(shè)計(jì)一種TfR修飾脂質(zhì)體表面用于受體靶向，受體靶向系統(tǒng)的內(nèi)吞攝取會(huì)導(dǎo)致內(nèi)體包埋，然后降解，為了避免此問題，我們用細(xì)胞穿透肽PFVYL1對(duì)脂質(zhì)體進(jìn)行雙功能修飾，用來增加阿霉素和厄洛替尼抗腫瘤療效，這種雙功能化脂質(zhì)體有明顯的細(xì)胞攝取，體外血腦屏障模型結(jié)果顯示該靶向脂質(zhì)體系統(tǒng)增強(qiáng)了阿霉素和厄洛替尼對(duì)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的轉(zhuǎn)運(yùn)[23]。

以上研究結(jié)果說明轉(zhuǎn)運(yùn)體具有非常好的應(yīng)用前景，其特異性的分布為納米制劑提供了非常好的靶點(diǎn)，其介導(dǎo)的納米制劑的內(nèi)吞效率相對(duì)于未修飾的納米制劑有顯著提高，且明顯改善靶向制劑的體內(nèi)分布以實(shí)現(xiàn)特異性的腫瘤藥物遞送。

4 小結(jié)和展望

轉(zhuǎn)運(yùn)體作為腦部提供營養(yǎng)物質(zhì)的中介已經(jīng)被大家熟知，轉(zhuǎn)運(yùn)體靶向NDDS已經(jīng)成為一種高效的藥物輸送平臺(tái)。目前已經(jīng)對(duì)血腦屏障上的轉(zhuǎn)運(yùn)體有所了解，但在轉(zhuǎn)運(yùn)體靶向治療腦膠質(zhì)瘤的調(diào)控機(jī)制方面處于探索階段。將納米藥物遞送系統(tǒng)用于膠質(zhì)瘤的治療，不僅可以克服血腦屏障的障礙，實(shí)現(xiàn)控釋和緩釋，提高治療效果，還有利于保持藥物的生物活性。在納米載體的研究中，我們必須關(guān)注載體的安全性和穩(wěn)定性，以避免NDDS在正常細(xì)胞的細(xì)胞毒性和脫靶分布。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)體靶向NDDS的廣泛應(yīng)用，我們還需解決實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與臨床實(shí)驗(yàn)之間的差距，雖然納米制劑在腦膠質(zhì)瘤的臨床研究少之又少，但其優(yōu)良的遞送性仍值得我們關(guān)注。