7-乙基-10-羥基喜樹堿新型給藥系統(tǒng)的研究進(jìn)展

徐傳錫，王志強(qiáng)，孫勇兵

江西中醫(yī)藥大學(xué) 中藥固體制劑制造技術(shù)國(guó)家工程研究中心，江西 南昌 330006

伊立替康（CPT-11）是一種高效的抗腫瘤藥物，是喜樹堿的類似物，通過抑制拓?fù)洚悩?gòu)酶I 來抑制腫瘤細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[1]。7-乙基-10-羥基喜樹堿（SN38）是由CPT-11 在生物體內(nèi)通過羧酸酯酶的代謝轉(zhuǎn)化而成，是發(fā)揮抗癌作用的主要物質(zhì)[2]。研究發(fā)現(xiàn)，SN38 在多種腫瘤細(xì)胞株上表現(xiàn)出比CPT-11 高10～1 000 倍的抗腫瘤活性，直接用SN38作為抗癌藥物無需體內(nèi)酯酶的激活，可以克服CPT-11 的代謝激活缺陷[3]。SN38 的水溶性差（＜5μg/mL），且不溶解在大多數(shù)藥用溶劑和油中[4]，因此做成常規(guī)的液體制劑受到限制。研究發(fā)現(xiàn)，SN38的內(nèi)酯環(huán)是可逆水解，并且在生理環(huán)境pH 7.4 是最有利于打開內(nèi)酯環(huán)形式的條件，在pH＞9.0 時(shí)完全水解開環(huán)為不具有治療效果的羧酸鹽形式[5]，所以對(duì)于常規(guī)的SN38 制劑，在正常生理?xiàng)l件下藥物是否穩(wěn)定也是決定SN38 治療效果的重要因素。其次，在肝臟中，SN38 通過尿苷5′-二磷酸葡萄糖醛酸基轉(zhuǎn)移酶1A1（UGT1A1）代謝而產(chǎn)生不活躍的SN38葡萄糖醛酸（SN38G），在腸道中排出的SN38G 被腸道菌群產(chǎn)生的β-葡萄糖醛酸酶（β-glucs）廣泛地去葡萄糖醛酸化，再生成SN38，而過量的SN38 存在腸道中會(huì)導(dǎo)致晚期虛弱性腹瀉[6]，這也是常規(guī)SN38 制劑的一大弊端，因此直接在臨床上使用會(huì)受到極大的限制。相對(duì)于SN38 常規(guī)制劑而言，SN38新型給藥系統(tǒng)能顯著改善水溶性，延長(zhǎng)血液半衰期和提高生物利用度[7]；通過主動(dòng)靶向和被動(dòng)靶向增加藥物在腫瘤部位的蓄積，減少藥物不良反應(yīng)[8-9]；控制SN38 藥物在腫瘤部位有效釋放[10]；與其他抗癌藥物或診斷藥物聯(lián)合使用產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)[11]。SN38新型給藥系統(tǒng)均可提高藥物在各種不同癌癥模型中的理化性質(zhì)和體內(nèi)性能，從而提高抗腫瘤活性和減少不良反應(yīng)。因此本文從物理封裝、化學(xué)偶聯(lián)和主動(dòng)腫瘤靶向3 種策略對(duì)基于SN38 的新型給藥系統(tǒng)進(jìn)行介紹，為后續(xù)開發(fā)出有效SN38 新型給藥系統(tǒng)提供參考。

1 基于物理封裝策略的SN38 新型給藥系統(tǒng)

物理封裝是傳遞疏水藥物的一種重要方法。這種方法不會(huì)改變藥物本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)，這使相應(yīng)的載體藥物更容易獲得批準(zhǔn)，并進(jìn)入臨床階段。SN38常用的物理封裝載體包括聚合物膠束、脂質(zhì)體、環(huán)糊精（CD）包合物。

1.1 聚合物膠束

兩親性聚合物在特定濃度下自組裝成球形聚集物，疏水性內(nèi)核和親水性外表面暴露在水中。膠束是SN38、紫杉醇等疏水藥物的優(yōu)秀載體[12]，它們可以通過自組裝被封裝或溶解到內(nèi)核中，而具有良好親水性材料如聚乙二醇（PEG）或聚乙二醇短鏈（OEG）則在自組裝后暴露在外表面，形成膠束。如通過將SN38 與聚谷氨酸主鏈上的自由羧基結(jié)合，構(gòu)建了SN38 的聚合物PEG-PGlu（SN38）。該共聚物在水環(huán)境中自發(fā)形成膠束，尺寸約為20 nm，載藥量為20%，該聚合物膠束被稱為NK-012[13]。NK-012 在體內(nèi)的SN38 高腫瘤濃度（90 ng/g）能維持24 h，而CPT-11 濃度為4.5 ng/g。在SBC-3/vegf腫瘤植入小鼠體內(nèi)的生物分布研究表明，SN38 在腫瘤部位的高濃度蓄積歸因于增加的血漿循環(huán)時(shí)間和EPR 效應(yīng)，并進(jìn)入臨床Ⅱ期研究階段。

OEG 與SN38 的20 位羥基形成酯鍵，制備了兩親性聚合物OEG-SN38[14]。該聚合物的臨界膠束質(zhì)量濃度為60 μg/mL，能自組裝成膠束，平均大小為（28.7±2.5）nm，載藥量為36%。與此同時(shí)，OEGSN38 的半數(shù)致死量為151.36 mg/kg，是OEG-SN38的給藥有效劑量（相當(dāng)于5 mg/kg SN38）的11 倍，組織病理學(xué)分析進(jìn)一步證實(shí)了OEG-SN38在體內(nèi)抑制腫瘤生長(zhǎng)的作用和安全性。

1.2 脂質(zhì)體

脂質(zhì)體因其具有高生物相容性、高生物降解性、良好的藥動(dòng)學(xué)特性和低毒性等特點(diǎn)成為極具吸引力的藥物傳遞載體[15]。它們的疏水脂層和親水內(nèi)腔能使疏水性藥物和親水性試劑相互封裝成為類脂質(zhì)雙分子層的微型泡囊體。脂質(zhì)體具有靶向性和淋巴定向性，在惡性腫瘤的靶向給藥治療方面極有潛力[16]。歷史上FDA 批準(zhǔn)的第一個(gè)納米藥物是Doxil，它是以脂質(zhì)體作為傳遞載體[17]。與此同時(shí)，LE-SN38 脂質(zhì)體在2005 年被開發(fā)出來，臨床前研究證明了其具有良好的安全性、療效和理想的藥動(dòng)學(xué)。然而，在完成的轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌治療II 期臨床試驗(yàn)結(jié)果中，并沒有達(dá)到預(yù)期的治療效果[18]。

1.3 CD 包合物

CD 是一種經(jīng)淀粉酶降解形成的環(huán)狀低聚糖，具有外緣親水、內(nèi)腔疏水的特殊結(jié)構(gòu)[19]。CD 已廣泛應(yīng)用于疏水性藥物修飾中，能提高藥物的溶解度、穩(wěn)定性、安全性和生物利用度。CD 呈錐形，由(α-1,4）連接的α-D-葡萄糖脲類糖單位組成，有利于通過氫鍵的相互作用形成CD-疏水藥物復(fù)合物[20]。

Einafshar 等[21]制備了一系列基于環(huán)糊精的SN38 納米傳遞體系，其穩(wěn)定性和生物相容性良好。首先，將環(huán)糊精（α-、β-和γ-CD）分別偶聯(lián)到氧化石墨烯（GO）薄片上，然后與四氧化三鐵（Fe3O4）納米顆粒配位。然后將SN38 非共價(jià)偶聯(lián)到上述納米載體上，制備α-、β-和γ-CD-GO-Fe3O4-SN38，測(cè)得載藥效率為13%～22%。其中，只有α-CD-GOFe3O4-SN38 和γ-CD-GO-Fe3O4-SN38 比游離SN38具有明顯更高的體外細(xì)胞毒性。另外，當(dāng)與光熱療法結(jié)合時(shí)，在所有設(shè)計(jì)合成的納米載體中，β-CDGO-Fe3O4-SN38 在殺死HT-29 細(xì)胞方面表現(xiàn)出最顯著的協(xié)同效應(yīng)。

2 基于化學(xué)偶聯(lián)策略的SN38 新型給藥系統(tǒng)

一般來說，基于物理封裝的SN38 新型給藥系統(tǒng)載藥量低，載藥效率不穩(wěn)定，藥物釋放不可控，甚至出現(xiàn)爆發(fā)性釋放。基于化學(xué)偶聯(lián)的SN38 新型給藥系統(tǒng)可以有效地克服這些缺點(diǎn)。通常這種類型的SN38 給藥系統(tǒng)需要將SN38 化學(xué)修飾成SN38 前藥，這些前藥本身可能具有納米大小或可以自組裝成納米結(jié)構(gòu)?？捎糜谥苽銼N38 前藥的大分子載體包括天然多糖、線性聚合物、超支化聚合物。

2.1 殼聚糖-SN38 前藥

殼聚糖是一種天然多糖，具有良好的生物相容性、生物降解性、低毒性和可再生性，廣泛應(yīng)用于藥物緩釋材料、生物醫(yī)用領(lǐng)域、醫(yī)療、藥物開發(fā)等眾多領(lǐng)域[22-23]。Liu 等[24]將SN38 的10 位羥基和20位羥基分別與殼聚糖連接，合成了CS-(10s)SN38 和CS-(20s)SN38 兩種兩親性大分子前藥，并自組裝形成納米膠束。相應(yīng)的CS-(10s)SN38、CS-(20s)SN38膠束對(duì)CT26 小鼠結(jié)腸腺癌細(xì)胞的細(xì)胞毒性明顯高于CPT-11。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，與CPT-11 相比，CS-(10s)SN38 和CS-(20s)SN38 膠束的藥動(dòng)學(xué)特性顯著改善，并且這兩種膠束在CT26 小鼠結(jié)腸腺癌異種移植模型中的抗腫瘤活性也顯著高于CPT-11。此外，CS-(20s)SN38 在血液循環(huán)時(shí)間和體內(nèi)抗腫瘤活性方面均表現(xiàn)出優(yōu)于CS-(10s)SN38。

2.2 線性聚合物-SN38 前藥

2.2.1PEG-SN38 前藥 在眾多的的線性聚合物中，PEG 可能是藥物傳遞中應(yīng)用最廣泛的，它與疏水性藥物提供化學(xué)連接后，能夠顯著提高藥物的溶解度，改善其藥動(dòng)學(xué)特征，屏蔽單核吞噬系統(tǒng)的清除，提高生物利用度，表現(xiàn)出更好的藥物活性[25]。

近年來，開發(fā)出了各種PEG-SN38 前藥。利用SN38 的疏水性，將親水性短鏈PEG（相對(duì)分子質(zhì)量500～2 000）與SN38 偶聯(lián)，制備高載藥量的兩親性SN38 前藥，如雙親性的SN38 前藥（OEGSN38）。在腫瘤組織中，一些癌細(xì)胞可能產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽（GSH）水平升高，而許多癌細(xì)胞可能過度產(chǎn)生活性氧（ROS），因此處于升高的氧化應(yīng)激狀態(tài)。針對(duì)腫瘤組織的氧化還原特異性，利用苯酚酯鍵將1 個(gè)含二硫醚的OEG 長(zhǎng)鏈與SN38 的C-10酚羥基連接起來，可得到OEG-2S-SN38 前藥納米顆粒[26]。

PEG-S-S-SN38 也是一種多重刺激反應(yīng)的SN38前藥，其中SN38 通過二硫鍵與PEG（相對(duì)分子質(zhì)量為2 000）連接，可以自組裝成為粒徑約73 nm 的穩(wěn)定納米顆粒。在正常生理?xiàng)l件下，納米顆粒中SN38 的釋放可以忽略不計(jì)，但在GSH、酯酶或過氧化氫的釋放介質(zhì)下會(huì)顯著促進(jìn)其釋放。此外，PEG-S-S-SN38 納米顆粒在體外表現(xiàn)出與SN38 相當(dāng)?shù)母呒?xì)胞毒性，并且在體內(nèi)的抗癌效果明顯高于CPT-11[27]。

2.2.2聚乳酸（PLA）-SN38 前藥 PLA 由于其良好的生物相容性、生物降解性和熱塑性性能，作為一種藥物載體也受到了廣泛的關(guān)注。Wang 等[28]開發(fā)了一系列不同PLA 鏈長(zhǎng)的PLA-SN38 前藥，隨后制備了相應(yīng)的膠體納米藥物。通過肝細(xì)胞癌細(xì)胞來源的異種移植和患者來源的異種移植模型，進(jìn)一步評(píng)估了這些納米藥物的抗癌活性。值得注意的是，當(dāng)PLA 鏈長(zhǎng)增加時(shí)，SN38 偶聯(lián)物在納米微粒中的保留顯著增加，這與抗癌效果的提高相一致。此外，這些PLA-SN38 前藥不僅在兩種小鼠模型中完全根除了異種移植瘤，而且還顯著降低了小鼠模型中出血性腹瀉的發(fā)生率。

2.3 超支化聚合物-SN38 前藥

超支化聚合物具有豐富的端基團(tuán)和高度支化的三維球形結(jié)構(gòu)，支化點(diǎn)多，分子鏈不易纏結(jié)，黏度不隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增加而改變，易對(duì)其進(jìn)行修飾改性，已廣泛應(yīng)用于藥物傳遞[29]。

Liu 等[30]開發(fā)了一種過氧化氫（H2O2）響應(yīng)性超支化聚合物-SN38 膠束體系。它們通過H2O2響應(yīng)的硫醚鍵將SN38 與超支化的聚甘油（HPG）結(jié)合，形成HPG-2S-SN38 前藥。將兩親性HPG-2S-SN38前藥與細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)劑肉桂醛（CA）進(jìn)行自組裝而形成穩(wěn)定的膠束。在H2O2的存在下，SN38 和CA可以從膠束中釋放，并且CA 被優(yōu)先釋放。通過體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，膠束可快速進(jìn)入腫瘤細(xì)胞，并在細(xì)胞內(nèi)高表達(dá)的H2O2濃度下釋放CA 和SN38。CA的快速釋放可以進(jìn)一步有效地誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)ROS 的產(chǎn)生，從而加速膠束的分解和SN38 的進(jìn)一步釋放。與HPG-2S-SN38 膠束和SN38/CA 混合物相比，封裝CA 的HPG-2S-SN38 膠束產(chǎn)生了更多的細(xì)胞內(nèi)ROS，有效地提高了SN38 的抗癌作用。

3 主動(dòng)腫瘤靶向SN38 給藥系統(tǒng)

上述兩種策略的給藥系統(tǒng)的基本原理之一是被動(dòng)靶向給藥，利用實(shí)體瘤的高通透性和滯留效應(yīng)（EPR 效應(yīng)）來促進(jìn)藥物在腫瘤組織中的積累和釋放。然而，越來越多的研究表明，EPR 效應(yīng)比最初定義的要復(fù)雜得多，其中涉及到的相關(guān)的生物學(xué)過程，包括血管生成、血管浸潤(rùn)、腫瘤異質(zhì)性和復(fù)雜的腫瘤微環(huán)境，在不同的腫瘤類型和不同的患者之間差異很大，因此僅憑EPR 效應(yīng)通常不足以靶向遞送藥物[31]。大分子藥物如納米藥物，只能穿透腫瘤組織中的3～5 個(gè)細(xì)胞，而不能真正到達(dá)實(shí)體腫瘤的內(nèi)部。這不僅降低了藥物的療效，更有可能產(chǎn)生耐藥性。但通過主動(dòng)腫瘤靶向的給藥系統(tǒng)能有效避免被動(dòng)靶向給藥的局限性，不必過度依賴EPR 效應(yīng)，可以進(jìn)一步增強(qiáng)藥物在體內(nèi)外的抗癌活性[32]。

在2015 年，抗體藥物偶聯(lián)物IMMU-132 被合成出來，它是將SN38 與針對(duì)TROP-2 的人源化免疫球蛋白G（IgG）抗體連接起來，其中TROP-2 是一種在三陰性乳腺癌上表達(dá)的糖蛋白[33]。IMMU-132在69例轉(zhuǎn)移性三陰性乳腺癌患者中引起了30%的緩解率。在這項(xiàng)單組試驗(yàn)中，69.5%的患者腫瘤負(fù)荷減輕；IMMU-132 的中位無進(jìn)展生存期為16.6 個(gè)月，而標(biāo)準(zhǔn)治療藥物如順鉑、卡培他濱、白蛋白紫杉醇和馬球蛋白的中位無進(jìn)展生存期為3.5 個(gè)月，相對(duì)而言，延長(zhǎng)時(shí)間約5 倍。IMMU-132 已被授予治療三陰性乳腺癌的突破性治療稱號(hào)，目前正在進(jìn)行III 期臨床試驗(yàn)[34]。

4 結(jié)語

毫無疑問，SN38 新型給藥系統(tǒng)在提高溶解度、降低不良反應(yīng)和提高治療效果方面確實(shí)具有巨大的優(yōu)勢(shì)。然而，即使在臨床試驗(yàn)中使用的SN38 藥物，在開發(fā)和臨床應(yīng)用之間仍存在很大的差距。如LE-SN38 脂質(zhì)體呈現(xiàn)出藥物爆炸性釋放，而攜帶SN38 的聚合膠束NK012 在生理?xiàng)l件下穩(wěn)定性較差，易發(fā)生斷鍵水解。因此，對(duì)于新型SN38 給藥系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，可以從以下3 個(gè)方面進(jìn)行考慮設(shè)計(jì)：首先，提高SN38 溶解性和穩(wěn)定性，即內(nèi)酯環(huán)形式的穩(wěn)定性。目前可通過前藥策略嘗試克服了SN38 溶解度差的缺點(diǎn)，如用高度水溶性基團(tuán)對(duì)SN38 的10 位羥基進(jìn)行改性，以提高它的水溶性。同時(shí)，對(duì)SN38 的20 位羥基進(jìn)行改性，可有效提高SN38 內(nèi)酯環(huán)穩(wěn)定性；其次，控制SN38 的緩慢和持續(xù)釋放。游離的SN38 在體內(nèi)的過早釋放會(huì)增加毒性。因此，可利用主動(dòng)的腫瘤靶向能力和腫瘤微環(huán)境反應(yīng)特性使其更有效地釋放，以減少SN38 的過早釋放和爆炸性釋放；最后，降低SN38 的不良反應(yīng)。鑒于UGT1A1 在體內(nèi)負(fù)責(zé)SN38 的代謝，在調(diào)整SN38 類藥物的劑量時(shí)，必須考慮UGT1A1 基因的多態(tài)性，避免釋放的SN38 會(huì)大量積累，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的延遲性腹瀉等不良反應(yīng)。

綜上所述，為了更好發(fā)揮SN38 的抗腫瘤作用，SN38 新型給藥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)顯得尤為重要。基于SN38 的抗腫瘤藥物在癌癥化療中得到廣泛的應(yīng)用，雖然伴隨著不良反應(yīng)，相信隨著對(duì)其構(gòu)效關(guān)系和作用機(jī)制的不斷深入研究，在不久的將來會(huì)有更多的、更有效的SN38 新型藥物逐漸發(fā)展成為腫瘤治療的一線化療藥物，并促進(jìn)抗腫瘤藥物的不斷進(jìn)步。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突