纳米药物在乳腺癌治疗中的应用*

梅承翰，徐戎

(华中科技大学同济医学院药理学系，武汉 430030)

纳米材料有着特殊的尺寸依赖性，在某种尺度时物质会表现出特殊的理化性质。由不同材料组成，理化性质和种类不同的纳米载药系统(nanoengineered drug delivery systems，nDDS)已用于多种疾病的诊断和治疗。运用纳米技术改变药物性质、增加溶解度、降低循环过程中的降解、将药物富集于预定作用部位，可以在增加药效的同时降低副作用。纳米载药系统中研究较为成熟的是脂质体、纳米聚合物、金纳米壳、纳米晶体、C-60、硅及二氧化硅纳米粒和超顺磁纳米微粒。本文将介绍纳米技术在乳腺癌治疗中的进展。

1 纳米载药系统

活性分子因体内滞留时间、溶解度、稳定性、选择性等问题，会限制它们的药理作用。纳米药物的应用旨在克服上述问题，使纳米载体靶向输送药物到达作用部位。

随着20世纪60年代脂质体的发现及20世纪70年代中叶出现的聚合物-药物复合物，衍生出纳米载药系统。其粒径更小，可特异靶向，因而具有降低毒副作用、延长释放时间等优点。纳米载药系统的一些特性及其设计要求如下。①无毒材料和可降解制品，应选择无毒，特别是对人体健康无毒的原材料。②直径(10～200nm)和形状，何种大小最有效尚无定论，目前在众多的递送系统中，该直径范围的粒子最为有效，还应注意颗粒形状的影响。③活性药物的包封，为保证有效性，活性药物须包封于纳米载体内，表面修饰在体外效果较好，但体内效果会因网状内皮组织而降低。④生理条件下的胶体稳定性，纳米载体表面修饰后，需在生理环境的相应溶液pH、离子强度、分子相互作用和温度条件下，抗沉聚。⑤清除机制:需有一可行的清除机制，以避免纳米载体的蓄积和对全身的影响。⑥清除时间长，纳米粒子具有抗聚集效应，且给药后易被机体清除，应尽量避免出现这些情况，以促进其在循环系统中保持较长的循环时间，使尽可能多的纳米粒子靶向肿瘤细胞。⑦体内控制释放药物应有一触发机制，如肿瘤内酸性环境、成熟内涵体，以释放包封药物进入靶组织。⑧选择性靶向细胞或组织，纳米粒子应与表面靶分子结合，以使癌变组织有最高的摄取量，并对健康组织的副作用降至最低[1]。已有大量的纳米载药系统如脂质体、纳米粒(nanoparticles)、树状大分子、胶束、纳米棒等，用于疾病治疗，其中已有一些治疗癌症、传染病、内分泌失调的纳米药物上市。

纳米载药系统包括脂质体、生物降解/不可降解聚合物、抗体、金属、磁性物质、碳、陶瓷、病毒衣壳蛋白等多种材料[2]。多种纳米载药系统的异同见表1。

2 纳米药物的乳腺癌治疗作用

纳米技术通过增加肿瘤治疗位点的药物递送，提高乳腺癌的治疗效果。药物递送可通过以下几种机制:被动靶向、主动靶向、肿瘤部位直接注射、光疗和放疗[3]。被动靶向作用充分利用肿瘤组织的增强渗透与滞留效应。主动靶向基于肿瘤组织中高表达的生物标志物和受体。纳米粒与抗体或者化学治疗(化疗)药物连接，可特异性地将药物递送至病变组织。肿瘤直接治疗包含微创治疗和高选择性靶向肿瘤组织的无创方法。

2.1 被动靶向 很多对乳腺癌有效的化疗药物，因副作用严重，而使其临床应用受限。多柔比星常可能导致患者心脏毒性和心脏衰竭。将多柔比星与聚乙烯亚胺共载入人血清清蛋白纳米粒，与游离的多柔比星比较，对乳腺癌细胞毒性作用更强[4]。多柔比星纳米粒摄入细胞后，相较于快速释放的游离多柔比星，纳米粒子装载的药物释放更为缓慢。

清蛋白结合型紫杉醇是另一被动靶向，且能显著提高疗效的纳米药物[5]。透过内皮细胞进入癌组织的清蛋白结合型紫杉醇，在肿瘤内药物浓度更高，较游离型高出5倍[6]。且治疗后乳腺癌复发时间延长，低剂量组生存期也显著延长[7]。

表1 各类纳米粒子载药系统的特性比较Tab.1 Comparison of nano-engineered drug delivery systems

2.2 主动靶向 乳腺癌等多种肿瘤中，存在过度表达的生物素受体，将生物素连接到纳米药物，可增强纳米粒的胞内摄取，摄取量可增加6倍。

介孔硅颗粒容积大，可装载多种治疗和成像药物。还可与靶向药物如抗体、肽、核酸、生物素等连接。近来研究者采用介孔硅颗粒装载多柔比星，利用寡核苷酸适配子靶向至乳腺癌细胞，荧光成像结果显示其可被乳腺癌细胞大量摄取，而无寡核苷酸适配子的纳米粒和带阴性对照寡核苷酸适配子的纳米粒则摄取极少[8]。

某些乳腺癌细胞亚型中HER2/neu受体过度表达。将纳米粒共载紫杉醇及特异靶向HER2/neu受体的曲妥株单抗(赫赛汀)，抗肿瘤疗效可显著增强，较单用曲妥株单抗的细胞毒作用增加4倍，较单用紫杉醇的细胞毒作用增加2倍[9]。

西罗莫司的肿瘤组织特异性差、溶解度低、毒副作用大，故其应用受限。羟基乙酸共聚物[poly(lactic-coglycolic acid)，PLGA]纳米粒装载西罗莫司，细胞摄取量可增加3倍。进一步耦联EGFR抗体靶向至乳腺癌细胞，细胞摄取量可增加50倍[10]。

纳米载体可使干扰RNA的体内循环稳定性提高、免受降解[11]。GREBOWSKI等[12]用超顺磁性氧化铁纳米粒携载靶向癌症抗凋亡基因BIRC5的siRNA，可使肿瘤坏死增加、肿瘤体积明显减小。

2.3 直接杀伤肿瘤细胞 无毒辐射如近红外(near infrared，NIR)、振荡磁场，可被纳米粒子，如富勒烯、碳纳米管、金纳米结构、量子点、氧化铁等吸收和转换辐射能为活性氧或高热，选择性杀死癌细胞。纳米粒的优势在于，可通过共价连接组织特异性分子或磁纳米粒，在外磁场的辅助下，定位于肿瘤。这有助于减少非靶向性肿瘤治疗的最危险副作用——对健康组织的损害。

2.4 光动力疗法 临床上已将光动力疗法用于乳腺癌治疗[13]。早期的光动力疗法利用聚合物和无机纳米粒作为被动载体，提升疏水性光敏剂的溶解性[14]。现在量子点、钛氧化物及富勒烯已可直接作为光敏剂，其肿瘤细胞杀伤作用已为体外实验所证实[15-16]。为发挥光动力疗法的体内作用，研究者提出了三步反应策略[17]:位于肿瘤部位的纳米粒被易穿过软组织的外部辐射(如NIR)照射后，在肿瘤内发出可见光;反过来又激活连接在粒子表面的光敏剂分子，产生杀伤细胞的单线态氧[14]。应用NIR(980nm)照射产生的大量单线态氧，可高效诱导乳腺癌细胞(MDA-MB-231、4T1)死亡[18]，较传统光动力疗法可更有效地抑制肿瘤生长[19]。

2.5 隐型(stealth)纳米载药系统 通过表面修饰或聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)聚合物连接，使纳米载药系统不被单核吞噬细胞系统所发现，可以降低调理作用[20]。PEG因其柔性链、构型多样特性，能起到“蛋白防护剂”的作用。可增加溶解度、生物相容性、循环时间，并降低血小板聚集和免疫原性。PEG还可与小颗粒连接(如酶、细胞因子和抗体)，以增加分子量而高于肾过滤阈值。然而PEG化会降低内吞效率。目前有很多商业化的PEG纳米载药系统(如Doxil®，Xyotax®，Lipoplatin®)。聚甲基丙烯酸羟丙酯是另一种隐型聚合物，目前在临床试验阶段(耦联多柔比星、喜树碱和紫杉醇)[21]。

3 纳米药物在乳腺癌中临床应用

已有多种类型的纳米药物应用于临床肿瘤治疗，包括病毒载体、药物结合物、脂质体、聚合物纳米载体和无机纳米粒子。多种治疗乳腺癌的纳米药物也已上市，而一些尚处于临床试验阶段[22-23]，见表2。

目前抗癌纳米药物中最为成功的是药物结合物。活性药物成分共价连接靶向抗体、肽或聚合物。结合物通常是单或低聚物，旨在提高药物的靶向递送，但不影响药物的溶解度、稳定性或生物降解。而基于脂质、蛋白质、糖链或合成聚合物的纳米载体包封药物，无需共价连接药物[23]。

聚合物-药物结合物纳米载药系统，通过增强渗透滞留效应(EPR)效应实现肿瘤中的蓄积。水解聚马来酸酐(hydroxypropyl methacrylate，HPMA)共聚物-多柔比星结合物(PK1)是一新型抗癌药，较游离多柔比星可显著降低心脏毒性和秃头症。Ⅱ期临床试验结果显示其在乳腺癌中活性显著[23]。

与抗体-药物结合物比较，脂质体载药量可高3～4倍。Doxil®是PEG化多柔比星脂质体，用于转移性乳腺癌、卵巢癌、多发性骨髓瘤和艾滋病相关卡波济肉瘤治疗。在Ⅲ期临床试验中，紫杉醇耐药的乳腺癌患者应用Doxil®，相较于用长春瑞滨或长春瑞滨联合丝裂霉素C，生存时间有所延长[24]。在另一Ⅲ期临床试验中，Doxil®与传统多柔比星疗效相似，而心脏毒性、骨髓抑制、呕吐和脱发等不良反应明显降低[25]。

Abraxane®(ABI-007)即清蛋白结合型紫杉醇(nab-paclitaxel)，是目前上市的唯一聚合物纳米粒。紫杉醇水溶性差，其可溶解于聚氧乙烯蓖麻油，而该溶剂恰易导致变态反应。将紫杉醇包裹入清蛋白纳米粒，无需蓖麻油即可解决溶解性问题。在Ⅲ期临床试验中，Abraxane较于Taxol®(多柔比星)疗效更佳，毒性更低[26]。由于Abraxane®的成功，推进水溶性Genexol-PM®紫杉醇聚合物胶束的研究。该胶束由PEG、PLA共聚物组成，目前在韩国已批准用于乳腺癌和肺癌治疗，在美国和俄罗斯处于Ⅱ期临床试验阶段。已开展的Ⅰ期和Ⅱ期临床试验均证实Genexol-PM®具有显著的抗肿瘤活性，提高最大耐受剂量[27]。

表2 用于乳腺癌治疗的纳米载药系统的研发Tab.2 Research and development on nano-engineered drug for treating breast cancer

4 结束语

纳米技术在医学领域的应用，有望解决某些长期困扰临床的难题。现已开发出大量独特的纳米粒，它们具有不同的粒径、形状、电荷、表面修饰、载药量和治疗效果。随着研究的不断深入与转化，纳米医学将有更广阔的发展前景，其在乳腺癌的治疗中也会发挥更大的作用。

[1]ADAIR J H，PARETTE M P，ALTNOGLU E I，et al.Nanoparticulate alternatives for drug delivery[J].Acs Nano，2010，4(9):4967－4970.

[2]FELICE B，PRABHAKARAN M P，RODR GUEZ A P，et al.Drug delivery vehicles on a nano-engineering perspective[J].Mater Sci Engin C，2014，41:178－195.

[3]GROBMYER SR，MORSE DL，FLETCHER B，et al.The pro-mise of nanotechnology for solving clinical problems in breast cancer[J].J Surg Oncol，2011，103(4):317－325.

[4]ABBASI S，PAUL A，SHAO W，et al.Cationic albumin nanoparticles for enhanced drug delivery to treat breast cancer:preparation and in vitro assessment[J].J Drug Deliv，2012，2012:686108.doi:10.1155/2012/686108.

[5]CUCINOTTO I，FIORILLO L，GUALTIERI S，et al.Nanoparticle albumin bound paclitaxel in the treatment of human cancer:nanodelivery reaches prime-time?[J].J Drug Deliv，2013，2013:905091.doi:10.1155/2013/905091.

[6]DESAI N，TRIEU V，YAO Z，et al.Increased antitumor activity， intratumor paclitaxel concentrations， and endothelial cell transport of cremophor-free，albumin-bound paclitaxel， ABI-007， compared with cremophor-based paclitaxel[J].Clin Cancer Res，2006，12(4):1317－1324.

[7]HU C M J，ZHANG L.Nanoparticle-based combination therapy toward overcoming drug resistance in cancer[J].Biochem Pharm，2012，83(8):1104－1111.

[8]LEE A L，WANG Y，CHENG H Y，et al.The co-delivery of paclitaxel and Herceptin using cationic micellar nanoparticles[J].Biomaterials，2009，30(5):919－927.

[9]HOGEMANN-SAVELLANO D，BOS E，BLONDET C，et al.The transferrin receptor:a potential molecular imaging marker for human cancer[J].Neoplasia，2003，5(6):495－506.

[10]TAKESHITA F，MINAKUCHI Y，NAGAHARA S，et al.Efficient delivery of small interfering RNA to bone-metastatic tumors by using atelocollagen in vivo[J].Proc Natl Acad Sci USA，2005，102(34):12177－12182.

[11]KUMAR M，YIGIT M，DAI G，et al.Image-guided breast tumor therapy using a small interfering RNA nanodrug[J].Cancer Res，2010，70(19):7553－7561.

[12]GREBOWSKI J，KAZMIERSKA P，KROKOSZ A.Fullerenols as a new therapeutic approach in nanomedicine[J].Bio Med Res Int，2013，2013:751913.doi:10.1155/2013/751913.

[13]MROZ P，TEGOS G P，GALI H，et al.Photodynamic therapy with fullerenes[J].Photochem Photobiolog Sci，2007，6(11):1139－1149.

[14]CUENCA R E，ALLISON R R，SIBATA C，et al.Breast cancer with chest wall progression: treatment with photodynamic therapy[J].Ann Surg Oncol，2004，11(3):322－327.

[15]IDRIS N M，GNANASAMMANDHAN M K，ZHANG J，et al.In vivo photodynamic therapy using upconversion nanoparticles as remote-controlled nanotransducers[J].Nat Med，2012，18(10):1580－1585.

[16]JUZENAS P，CHEN W，SUN Y P，et al.Quantum dots and nanoparticles for photodynamic and radiation therapies of cancer[J].Adv Drug Deliv Rev，2008，60(15):1600－1614.

[17]WANG C，CHENG L，LIU Z.Upconversion nanoparticles for photodynamic therapy and other cancer therapeutics[J].Theranostics，2013，3(5):317.

[18]JEREMIC B，AGUERRI A R，FILIPOVIC N.Radiosensitization by gold nanoparticles[J].Clin Transl Oncol，2013，15(8):593－601.

[19]DOU Q Q，RENGARAMCHANDRAN A，SELVAN S T，et al.Core – shell upconversion nanoparticle – semiconductor heterostructures for photodynamic therapy[J].Sci Rep，2015，5:8252.doi:10.1038/srep08252.

[20]J GER E，J GER A，ETRYCH T，et al.Self-assembly of biodegradable copolyester and reactive HPMA-based polymers into nanoparticles as an alternative stealth drug delivery system[J].Soft Matter，2012，8(37):9563－9575.

[21]PURI A，LOOMIS K，SMITH B，et al.Lipid-based nanopar-ticles as pharmaceutical drug carriers:from concepts to clinic[J].Crit Rev Ther Drug Carrier Syst，2009，26(6):523－580.

[22]EGUSQUIAGUIRRE S P，IGARTUA M，HERN NDEZ R M，et al.Nanoparticle delivery systems for cancer therapy:advances in clinical and preclinical research[J].Clin Transl Oncol，2012，14(2):83－93.

[23]WICKI A，WITZIGMANN D，BALASUBRAMANIAN V，et al.Nanomedicine in cancer therapy: challenges，opportunities，and clinical applications[J].J Control Release，2015，200:138－157.

[24]KELLER A M，MENNEL R G，GEORGOULIAS V A，et al.Randomized phaseⅢ trial of pegylated liposomal doxorubicin versus vinorelbine or mitomycin C plus vinblastine in women with taxane-refractory advanced breast cancer[J].J Clin Oncol，2004，22(19):3893－3901.

[25]O＇BRIEN M，WIGLER N，INBAR M，et al.Reduced cardiotoxicity and comparable efficacy in a phaseⅢtrial of pegylated liposomal doxorubicin HCl(CAELYX®/Doxil®)versus conventional doxorubicin for first-line treatment of metastatic breast cancer[J].Ann Oncol，2004，15(3):440－449.

[26]GRADISHAR W J，TJULANDIN S，DAVIDSON N，et al.PhaseⅢtrial of nanoparticle albumin-bound paclitaxel compared with polyethylated castor oil–based paclitaxel in women with breast cancer[J].J Clin Oncol，2005，23(31):7794－7803.

[27]LEE K S，CHUNG H C，IM S A，et al.Multicenter phase II trial of Genexol-PM，a Cremophor-free，polymeric micelle formulation of paclitaxel，in patients with metastatic breast cancer[J].Breast Cancer Res Treat，2008，108(2):241－250.