聚合物胶束在提高抗肿瘤疗效中的研究进展

邱丽筠 俞淑文 于克炜

（山东大学附属济南市中心医院药学部，山东 济南 250013）

聚合物胶束在提高抗肿瘤疗效中的研究进展

邱丽筠 俞淑文 于克炜

（山东大学附属济南市中心医院药学部，山东 济南 250013）

恶性肿瘤是严重威胁人类健康的一类疾病。功能化的聚合物胶束作为一种新型的纳米给药系统在口服、静脉注射给药治疗肿瘤中发挥着重要的作用。本文从口服给药以及静脉给药两个方向分别探讨了生物黏附胶束，主动靶向胶束，pH敏感胶束，温度敏感胶束以及逆转多药耐药胶束在提高抗肿瘤疗效中的重要作用以及最新研究进展。

聚合物胶束；功能化修饰；抗肿瘤；口服给药；静脉给药

近年来，恶性肿瘤发病率呈逐年上升趋势，已成为严重威胁人类健康的一类疾病。目前临床上治疗恶性肿瘤的主要途径包括化疗、放疗和手术切除疗法，其中化疗应用于肿瘤治疗的全过程，是治疗肿瘤最常用的方式[1]。化疗最主要的给药途径为口服给药和静脉注射给药。然而，目前存在的化疗药物分子量普遍较低且疏水性较强，使得化疗药物在体内半衰期短，选择性低，生物利用度低甚至产生多药耐药（multidrug resistence，MDR）等现象[2-3]。

近些年来，纳米给药系统的研究愈发深入，目前比较常用的新型给药系统有纳米粒、囊泡、脂质体、胶束等[4]。其中，聚合物胶束（polymeric micelles，PMs）作为一种多功能纳米技术在难溶性药物的递送研究中获得了巨大的关注[5,6]。鉴于其纳米级别的粒径，对疏水药物的强增溶能力以及药物的靶向性运输等特性，聚合物胶束在递送药物过程中能够使药物保持良好的生物药剂学和药物代谢动力学特性，进而在增加化疗特异性、耐受性和治疗指数方面具有良好的应用前景[7]。在本综述中，我们将从口服给药以及静脉给药两个方面探索聚合物胶束在提高肿瘤治疗效果中的研究进展。

1 聚合物胶束的形成

聚合物胶束是由两亲性嵌段共聚物在水性介质中自发形成的一种粒径通常＜100 nm的核壳结构[8,9]。这一自发过程需要在嵌段共聚物的浓度升高至某一特定浓度即临界胶束浓度 （critical micelle concentration，CMC）时才会出现。当达到临界胶束浓度时，嵌段共聚物的疏水端会聚集成团形成疏水内核，降低与水分子的相互作用，最终导致类似于囊泡结构或是核壳结构的形成（图1）。

聚合物胶束作为疏水性药物的载体，提高抗肿瘤疗效主要归其于核壳结构。聚合物胶束疏水性内核主要是嵌段共聚物的疏水端通过疏水作用力形成的，而带电性的嵌段共聚物则可以通过静电结合力结合相反电荷的大分子，进而形成聚离子胶束（polyion complex micelles，PIC）[10]，对疏水药物起到保护作用。另一方面，聚合物胶束的亲水性外壳是通过嵌段共聚物的亲水嵌段形成的，亲水外壳能够显著的影响胶束的体内行为，尤其是在胶束的空间稳定性以及与细胞的相互作用方面具有重要作用[11]。

2 聚合物胶束在口服给药抗肿瘤领域中的研究进展

口服给药是目前首选的一种给药方式，这主要是因其简单、方便、患者易于接受等特点，尤其是在需要重复给药的肿瘤治疗中，口服给药更显现出其巨大优势[12]。目前上市的所有药物中超过60%为口服产品，充分证明了口服给药的巨大应用前景。

2.1 口服给药在抗肿瘤治疗中的屏障

药物口服吸收的主要部位是小肠，但药物口服后必须首先经过胃肠道（gastro-intestinal，GI）黏液中各种酶以及化学环境的破坏、降解，接着透过小肠上皮细胞的黏液层[13]，因此生物利用度低是限制口服给药应用和发展的主要因素。口服药物的生物利用度主要取决于药物自身的性质和生理环境。药物自身性质如在胃的酸性环境中药物稳定性，黏膜渗透性，在黏液中的溶解度等，而生理环境如局部pH，吸收表面积，酶活性等均会影响药物的吸收[14]。

图1 两亲性嵌段共聚物在水性环境中自发形成聚合物胶束示意图[5]

2.2 聚合物胶束提高口服抗肿瘤药物的生物利用度

聚合物胶束相对于传统的表面活性剂胶束而言具有更低的CMC值，使得聚合物胶束稳定性较高。给药稀释条件下，聚合物胶束依然能够很好的保持其核壳结构，避免药物在到达靶区之前遭到破坏。与此同时聚合物胶束在时间和空间上的控释作用，都潜在的增加了药物的吸收程度，为口服给药提供了一个良好的发展方向。

2.2.1 口服pH敏感胶束

口服给药途径中，胃肠道pH由强酸性的胃部环境（pH 1.0～2.5）变化到中性甚至弱碱性的小肠环境（pH 5.1～7.8），这一pH变化可被有效应用到口服pH响应的聚合物胶束制备中。如图2所示，在众多形成聚合物胶束的载体材料中，含有酸性基团内核的单体材料在胃部环境低pH条件下不带电荷呈疏水特性，维持疏水内核；在小肠环境高pH条件下呈负电，聚合物材料之间静电斥力的增加最终导致胶束的解离，实现药物的释放[15]。目前已有很多文献报道指出，在载体材料疏水嵌段嵌合诸如L-组氨酸，叔胺等基团能够在特定pH条件下增强其亲水性，从而实现聚合物胶束药物在特异环境的控释[16]。

图2 口服pH 敏感聚合物胶束在不同生理环境下的聚合及解聚示意图[16]

S.Kim等[17]就曾推测，含有酸性基团的聚合物胶束在小肠环境中稳定性会降低从而实现疏水药物在小肠部位的快速释放。为验证这一假设，他们以紫杉醇（paclitaxel，PTX）为模型药物，并合成了一种含有羧酸基团修饰的新型pH敏感嵌段共聚物材料（PEG-b-VBODENA），用以验证该pH 敏感聚合物胶束中PTX在不同pH条件下的释放特性。实验结果表明，PTX的释放明显受到介质中pH的影响，当pH升高至pKa值时，聚合物胶束会迅速解离，从而大量释放药物。 经羧酸基团修饰的PTX-聚合物胶束在模拟小肠环境中（pH=6.5）12 h内释放完全，而未经修饰的胶束释放速率明显降低。因此，在该项研究中pH 敏感聚合物胶束能够控制PTX的释放，提高小肠部位PTX浓度，进而提高口服给药时PTX的生物利用度。

2.2.2 口服生物黏附胶束

口服给药的纳米载体需要黏附于胃肠道黏膜层并透过黏膜层才能得以吸收。一般而言，黏膜组织表面覆盖有一层致密的粘弹性组织，这一保护层能够将胃肠道途径中外源性粒子迅速移除，这一特有的清除机制能够显著降低药物的吸收[18]。生物黏附性胶束主要通过以下三个方面实现口服药物生物利用的提高：首先，提高药物在黏膜处的滞留，并最终提高在胃肠道途径中的滞留时间；其次，生物黏附材料可以膨胀，填充黏膜表面的缝隙，有助于提高与小肠黏膜接触的表面积，增强与黏膜表面作用；最后，生物黏附性可将聚合物胶束特异性的黏附于靶区，提高局部药物浓度[19]。

羧甲基纤维素、海藻酸盐、壳聚糖（chitosan，CS）及其衍生物等是常用的安全性较高的生物黏附材料。其中壳聚糖是一个众所周知的天然阳离子聚合物，在低于pH 6.5环境下，CS具有正电性能够与肠黏膜上的糖蛋白产生静电作用，进而产生生物黏附性。除此之外，Francis，M.F.研究组发现将环保霉素包封于葡聚糖或羟丙基纤维素生物黏附胶束内能够将其膜渗透性分别提高1.5、3倍，进而提高环保霉素口服生物利用度[20]。

3 聚合物胶束在静脉给药抗肿瘤领域中的研究进展

与口服给药相比，静脉注射能够避免胃肠道环境对药物的破坏以及肝脏的首过效应，使得药物能够直接进入血液循环，迅速发挥药效[21]。另外在一些危重肿瘤患者无法自行给药时，静脉注射给药在化疗过程中作用尤为突出。

3.1 静脉注射给药在抗肿瘤领域中存在的问题

聚合物胶束能够提高抗肿瘤药物的溶解度，降低被网状内皮系统吞噬的概率，延长药物半衰期，进而提高药物的抗肿瘤效果[22]。但不容忽视的是，传统聚合物胶束在递送抗肿瘤药物时依然存在选择性低，特异性差，容易出现多药耐药现象等缺陷[2,3]。针对上述缺陷，对聚合物胶束进行多功能修饰提高其靶向性，逆转多药耐药便显得尤为重要。

3.2 聚合物胶束提高静注给药抗肿瘤疗效

3.2.1 主动靶向胶束

主动靶向主要是将配体连接于胶束表面，利用生物特异性相互作用提高药物递送至靶区的效率。目前常用的一些配体有单克隆抗体，叶酸、黄体-激素释放激素，表皮生长因子或α2-糖蛋白[23]。这些配体可以特异性结合在快速分化的肿瘤细胞表面过表达的受体上。

NGR（天冬酰胺-甘氨酸-精氨酸，asparagines-glycine-arginine）是一种靶向于肿瘤新生血管内皮细胞的配体，近年来受到科研工作者的广泛关注。Simnick等[24]利用NGR对自组装胶束外壳进行修饰。体内肿瘤靶向性研究表明，NGR功能化的自组装胶束能够选择性地作用于肿瘤新生血管上皮细胞特异过量表达的CD13受体，在肿瘤组织中血管外聚集的纳米粒子要明显多于正常组织血管外聚集的纳米粒子。除此之外，北京大学张强课题组[25]也曾利用NGR修饰载多西他赛的聚合物胶束，并发现游离的NGR能够显著抑制NGR修饰的载多西他赛胶束的细胞摄取，充分证明了该胶束是通过受体介导的内吞作用而被摄取的。上述案例表明，利用NGR修饰的聚合物胶束能够通过受体-配体特异性作用实现其靶向性，降低非特异习性组织损伤。

3.2.2 pH敏感胶束

与口服给药不同，静脉注射给药时，因血液和组织呈中性（pH为7.23），而肿瘤组织显弱酸性（pH 约为6.8），pH敏感聚合物胶束可以利用肿瘤部位弱酸性特点将抗肿瘤药物靶向递送至肿瘤组织后得以释放。如图3所示，在两亲性嵌段共聚物中，形成内核的疏水端若含有碱性基团如胺类则会在高pH条件下呈现非电离状态，具备疏水特性，而当pH降低时，碱性接团质子化，胶束发生解离，迅速释放药物[26]。

董俊兴课题组通过合成聚己内酯-聚甲基丙烯酸-N，N-二乙氨基乙酯-聚乙二醇嵌段共聚物（PDC），制备了载紫杉醇的pH敏感共聚物胶束，并评价其抗肿瘤药效。实验结果发现在低pH值（pH 6.5）环境下，胶束的释药速率比中性环境中快，累积释放率高，对肿瘤细胞生长抑制效果好。上述结果说明pH敏感共聚物胶束有良好的pH敏感释药特点和抗肿瘤细胞药效，有望成为理想的抗肿瘤药物靶向载体。目前在静脉给药中常用的一些pH敏感材料还有聚磺酰胺，聚（β-氨基），腙键等[27]。

图3 静注pH 敏感聚合物胶束作在不同生理环境下的聚合及解聚示意图[16,28]

3.2.3 温度敏感胶束

将温度敏感分子嵌合在聚合物胶束上使之具有温度敏感性是近年来聚合物胶束研究的一个重要发展方向。聚合物胶束的稳定性与去稳定性受环境温度所影响，这一特性使得聚合物胶束在药物递送过程经过被加热的靶器官时，局部的高温（41～42 ℃）能够促使胶束形态功能发生变化从而实现抗肿瘤药物的靶向释放（图4）[28,29]。

图4 以PNIPAAm为亲水外壳材料形成的温度敏感聚合物胶束在不同温度下的药物释放[31]

在众多的温敏高分子材料中，聚-（N异丙基丙烯酰胺）（PNIPAm）是目前研究较为广泛的一种。PNIPAm 具有较低的临界溶解温度（critical solution temperature，LCST），在共聚物结构中常用作亲水链段以形成具有温敏性的环境响应性胶束[30]。PNIPAm的LCST在32 ℃左右，其水溶性在此温度范围很窄的区域内会发生明显的变化：如图4所示，低于LCST时，酰胺基与水可形成较强的氢键，使链在水中伸展，高度水化的聚合物链覆盖在胶束表面，阻止他们同蛋白与细胞的相互作用；高于LCST时，水分子与酰胺基团的氢键作用力减弱，聚合物链从舒展状态变为卷曲收缩状态从而产生相分离，脱水的聚合物链增加了胶束表面的疏水性，引起胶束表面的裸露，从而使药物释放出来[31]。

Yang课题组[32]以PNIPAAm作为载体材料对聚合物胶束进行了功能化修饰。该课题组用 （P（NIPAAm-co-DMAAm）与不同长度的PLGA进行嵌段连接，合成了不同分子量的（P（NIPAAm-co-DMAAm）-b-PLGA。在此两亲性载体材料中，P（NIPAAm-co-DMAAm）形成胶束亲水外壳而PLGA形成疏水内核装载抗肿瘤药物多柔比星（DOX）。实验结果表明：载药胶束在37 ℃，含有血清的PBS溶液中保持稳定；当孵育温度高于体温（39.5 ℃）时胶束去稳定，从而加速DOX的释放，增强载药胶束的细毒性。

3.2.4 逆转多药耐药胶束

药物到达靶部位后除了能够被摄取外，还有可能被细胞表面存在的外排泵泵出细胞，降低抗肿瘤效果。在这些外排转运体中，最广为人知的就是P-糖蛋白（P-gp）。目前为止，已确认的被P-gp转运的抗肿瘤药物（P-gp 底物）包括长春花碱类和紫杉烷类等[33]。鉴于此，抑制细胞表面P-gp的活性也是提高抗肿瘤效果的重要方式。

复旦大学方晓玲课题组对普朗尼克材料在逆转多药耐药的功能上进行了比较深入的研究。课题组人员采用薄膜水化法制备了载紫杉醇Pluronic P123/F127混合胶束（PF-PTX），发现普朗尼克胶束可影响线粒体膜电势的变化，降低胞内ATP含量，进而削弱P-gp外排作用，因此使得在多药耐药肿瘤细胞中，PF-PTX的IC50值要显著低于Taxol和PTX溶液[34]。另一种重要的逆转MDR作用的聚合物材料为TPGS。TPGS是天然维生素E的一种水溶性衍生物，它是由维生素E的琥珀酸盐与PEG通过酯化作用形成的。冯思慎课题组在过去的近十年中对TPGS在纳米医学的应用进行了比较深入的研究，包括基于TPGS的前药，胶束，脂质体和TPGS共聚物纳米颗粒。其研究表明，TPGS可显著提高药物的溶解度和渗透性，促进药物的持续释放和靶向给药[35]。除此之外，Yung课题组[36]为提高肿瘤细胞对化疗药物DOX的敏感性，在聚乙二醇-聚乳酸-叶酸胶束（PLGA-PEG-FOL）的制备过程中添加了TPGS。细胞摄取研究表明：与无TPGS的胶束相比，TPGS混合胶束对耐药癌细胞有较高的细胞摄取；以P-gp底物罗丹明作为模型药物进行摄取研究发现，TPGS混合胶束能够增加罗丹明在Caco-2细胞的细胞摄取。以上数据均表明TPGS混合胶束作为P-糖蛋白抑制剂能减少药物外排，增强肿瘤细胞对药物的敏感性，提高抗肿瘤效果。

4 小结与展望

聚合物胶束在口服给药以及静脉给药中均已展现出良好的发展势头，为肿瘤的治疗提供了一个新的研究方向。在今后研究中，为减少给药剂量，降低毒副作用以及提高抗肿瘤疗效，联合用药是大势所趋。聚合物胶束亲水外壳可以化学连接水溶性药物，而胶束内核可以包封疏水药物从而实现联合用药，这为聚合物胶束在抗肿瘤领域的提供了一个光明的应用前景。

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Polymeric Micelles for Enhancing Antitumor Effect

QIU Li-yun, YU Shu-wen, YU Ke-wei
(Affiliated Jinan Central Hospital of Shangdogn University, Jinan 250013, China)

Malignant tumor is A kind of disease that seriously threated to human health. Functionalized polymeric micelles (PMs), A promising new drug delivery system, has been playing an important role in the treatment of tumor both in oral admistration and intravenous administration. In this article, we focused our attention on bioadhesive PMs, active targeting PMs, pH-sensitive PMs, thermosensitive PMs and reverse multidrug resistance (MDR) PMs, discussing the important role and the latest research progress from the two aspects of oral and intravenous administration.

Polymeric micelles; Functional modification; Anti-tumor; Oral administration; Intravenous administration

R979.1

A

1671-8194（2014）23-0072-04