纳米靶向给药系统的研究进展

杨伟丽　王广天　于辉　常乃丹　梁玲　刘肖莹　李明慧　彭海生

[摘要] 脑胶质瘤的成功治疗是生物医学领域的最大挑战之一。在世界范围内，胶质瘤的发病率在逐年增加。每年，大约有13 000例患者被诊断胶质母细胞瘤，患者1、5年的生存率分别为29.3%、3.3%。由于胶质瘤高增殖性、渗透性和浸润性，使得目前常用的治疗手段包括手术切除、放疗、化疗等均难以达到良好的治疗效果，同时，抗肿瘤药非特异性和非靶向性，药物传递到肿瘤的效率还很低。其次，血脑屏障的存在阻碍了胶质瘤的治疗。因此，寻求一种能够通过血脑屏障治疗脑胶质瘤的方法是极其重要的。纳米技术为胶质瘤的治疗带来了新希望。本文讨论了树状大分子纳米粒子和受体调节纳米药物传递系统对胶质瘤治疗的潜在性。

[关键词] 胶质瘤；纳米粒子；纳米技术；治疗

[中图分类号] R94 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2016）10（a）-0032-04

Progress of brain-targeted nanoparticles in glioma therapies

YANG Weili1 WANG Guangtian1 YU Hui1 CHANG Naidan1 LIANG Ling2 LIU Xiaoying1 LI Minghui1 PENG Haisheng1

1.Department of Pharmaceutics， Daqing Campus， Harbin Medical University， Heilongjiang Province， Daqing 163319， China； 2.Cardiac Care Unit， Daqing Oil Field General Hospital， Heilongjiang Province， Daqing 163001， China

[Abstract] Successful treatment of glioma is one of the greatest challenges in the field of medicine. The incidence is growing fast year by year. Annually， there are approximately 13 000 cases of patients diagnosed with glioblastomamultiforme. The 1-year and 5-year survival rates of glioblastomamultiforme are 29.3% and 3.3% respectively. The prognosis of patients with malignant glioma is still poor. As its highly proliferative， infiltrative and invasive property， it's urgent to search effective strategies to control the gliomas. What's more， the non-specific， non-targeted nature of anti-tumor agents led to the low efficiency of drug delivery to glioma. Besides， the presence of the blood brain barrier is another obstacle for gliomas treatments. Hence， it's of great importance to find an effiecient gliomas therapeutic to overcome the BBB barrier. Nanotechnology has brought a new prospect in the treatment of glioma. This review focuses on the potential of various nanoparticles in the therapy of gliomas including dendrimers， receptor-mediated drug delivery systems.

[Key words] Glioma； Nanoparticles； Nanotechnology； Therapies

脑胶质瘤是最难治愈的恶性肿瘤之一，在中枢神经系统疾病的原发性肿瘤中占近80%[1]。传统的治疗手段是采用手术切除，手术切除后采用联合采用化学治疗方法以及放射治疗的方法继续对残余的肿瘤细胞进行治疗。神经外科专家拥有大批精密的手术仪器。然而，这些精密的仪器无法解决切除肿瘤后胶质瘤的侵袭，侵袭正常组织从而促进胶质细胞的再增长，影响了正常脑组织的重要的生理功能。精确的切除新生肿瘤部位和有效的治疗残余肿瘤细胞仍然是一大挑战。纳米技术对提高治疗肿瘤是一个重大的促进力，联合纳米粒子治疗已被广泛用于胶质瘤治疗[2]。

近年来随着科学技术的进步，分子生物学、细胞生物学、药理学和纳米技术的快速增长，胶质瘤的分子机制、复发治疗和其发病的原因得到了显著的发展，细胞受体、转运载体和酶[3-5]，同时还有磁性吸附、超声渗透的热化学疗法以及细胞工程等为临床治疗和诊断胶质瘤提供了可能性[6-7]。在胶质瘤的治疗中有许多的不同的分子机制，如酪氨酸激酶抑制剂、血管内皮生长因子、受体抑制剂、mTOR抑制剂等[8]。然而，这些小分子在临床的治疗效果不理想。目前，很多研究者已经着力去发展新型药物转运系统，以找到有效治疗胶质瘤的突破口。

1 血脑屏障及其受体

脑是人体中枢神经活动的中心，也是神经系统最复杂的部分。脑组织处于稳定的内环境中，选择性地与周边环境进行物质交换，而维持这种稳定性的结构称为脑屏障。脑屏障由三部分构成：血-脑屏障（blood-brain barrier，BBB），血-脑脊液屏障（blood-cerebrospinal fluid）和脑脊液-脑屏障（cerebrospinal fluid-brain barrier）。其中血-脑屏障所起的屏障作用最大。BBB由脑的连续毛细血管内皮及其细胞间的紧密连接、完整的基膜、周细胞以及星形胶质细胞脚板围成的神经胶质膜构成，其中内皮是血脑屏障的主要结构。与其他器官的血管内皮相比，脑毛细血管内皮细胞之间没有开窗式缺损或孔隙，缺少胞饮作用的载体，且存在一系列酶系统阻止了一些物质的通过[9]。这些细胞彼此紧密连接、互相重迭，形成一条完整的带，围绕着整个毛细血管壁。脑毛细血管内皮细胞周围环绕着基膜、细胞外基质、周边细胞及早形胶质细胞足突，进一步构成屏障并调控其渗透性。血脑屏障的这种形态与结构决定了只有能自由扩散透过毛细血管上皮细胞膜的脂溶性成分才能被动透过BBB，而水电解质及大分子物质难以进入脑组织，这使得接近98%的小分子和100%的生物大分子药物难以进入脑内发挥作用，严重限制了脑部疾病的治疗[10]。基于血脑屏障上细胞所具有特定结构，根据主动靶向或者被动靶向机制设计了靶向纳米粒子用于脑胶质瘤的治疗。在药物进入到肿瘤细胞之前，药物不得不克服存在于脑肿瘤细胞和微血管之间第二道屏障——血脑肿瘤屏障。

1.1 转铁蛋白受体（transferrin receptor，TfR）

TfR能够调控大脑内吸收，通过与TfR结合，并显示出靶向脑内传递潜在性。转铁蛋白受体是有2个通过二硫键连接的跨膜糖蛋白，每个跨膜糖蛋白的分子量为90 kD，并且每个糖蛋白分子捆绑了一个TfR[11]。TFR在血脑屏障上高度表达，通过受体调控转胞吞作用，实现TfR调控的细胞摄取。TfR现已经被发现存在血脑屏障的内皮细胞中、脉络丛细胞和神经元上。

当脑部发生脑局部缺血时，促使脑毛细血管内皮上的TfR表达量增加。通过脑毛细血管内皮的转胞吞作用，TfR发挥作用。一个免疫组织化学研究表明在正常人脑组织和肿瘤部分活组织样本的检查中，TfR在正常组织和新生肿瘤组织的表达不同的免疫染色。研究表明TfR在肿瘤部位和正常组织中有显著的免疫反应性，TfR有可能用于透过血脑屏障，使靶向药物传递到脑肿瘤部位[12]。Zhang等[13]证明了一种可通过血脑屏障和靶向脑区转铁蛋白修饰包载紫杉醇的混合纳米微粒，实验显示出了转铁蛋白修饰包载紫杉醇的混合微粒在临床前模型中显著提高了胶质瘤的治疗效果。

1.2 胰岛素受体

胰岛素受体（insulin receptor，IR）是一个分子量大约为300 kD的蛋白，为异四倍体，是由位于细胞外的两个α亚基和两个β亚基构成。β亚基在细胞溶质中激活酪氨酸激酶，它可以完全充当一个受体调转胞吞作用系统，用于转运药物与基因进入脑内[14]。用于脑疾病靶向胰岛素受体治疗，能改善阿尔茨海默病患者的病理状态，如淀粉蛋白-a-多肽通过竞争胰岛素连接胰岛素受体，显著提高了在阿尔茨海默病患者的大脑中被损坏的葡糖糖代谢功能，提高跨血脑屏障的能力，为治疗脑肿瘤提供了一个很好的实验依据[15]。

1.3 脂蛋白受体

低密度脂蛋白受体（Low-density lipoprotein receptor，LDLR）和脂蛋白相关蛋白（Lipoprotein-receptor-related proteins，LRP）是多功能的、多配体的清道夫，是表达在血脑屏障上信号受体。自发性高血压脑卒中大鼠的海马部位低密度脂蛋白高表达，这与血脑屏障的损伤有关。因为脂蛋白相关蛋白抑制炎症过程，大脑疾病引起的相关炎症影响脂蛋白相关蛋白的表达[16]。近年来，脂蛋白相关蛋白1和脂蛋白相关蛋白2被利用于靶向脑内药物的研究中。载脂蛋白E和载脂蛋白B通过结合纳米粒子，显示出了通过调控内吞作用和转胞吞作用低密度脂蛋白能够协助纳米粒子提高细胞的摄取[17]。

血管肽素是一类多肽家族相关抑肽酶，存在血脑屏障上低密度脂蛋白受体相关蛋白的配体，并且已经展现出了脑内传递药物很好的临床效果。这些多肽类通过脂蛋白相关蛋白1促进药物进入脑内，通过抑肽酶的转胞吞作用跨过血脑屏障[18]。ANG1005是有19个长链氨基酸多肽组成的，结合紫杉醇能够阻止微管的稳定性，目前ANG1005还是处于恶性胶质瘤临床二期试验药物。Angiopep-2是血管肽素，Shao等[19]证明Angiopep-2结合聚合物微粒提高了靶向脑内的能力，克服了外流蛋白活性，进而高表达在血脑屏障上，实验证明Angiopep-2结合聚合物微粒可以发展为一种新型靶向脑部的药物传递系统。

1.4 白喉霉素受体

白喉霉素受体（Diphtheria toxin receptor，DTR）是肝素与表皮生长因子结合的代表物，是一种内在化的转运受体，存在于血脑屏障、神经、胶质细胞。DTR通过受体调控内吞作用实现的[20]。交叉反应物质（CRM）197是非毒性、有能力结合DTR，是白喉霉素的一个变异亚型。CRM197是通过白喉霉素作用通过血脑屏障，目前CRM197在体内和体外实验都可以靶向脑区。许多脑部疾病引起的炎症会上调白喉霉素受体的表达，这给靶向治疗脑胶质瘤提高了一个机会，增强靶向药物通过血脑屏障递送的效果，促使药物能最大化的到达脑肿瘤部位[21]。

2 在脑肿瘤治疗中的纳米载体

纳米载体是药物递送系统中新出现的载体，拥有改变药物跨血脑屏障的转运能力。对脑肿瘤治疗的理想纳米粒子的质量特征包括系统传递化学治疗药物可以渗透进入被损坏的全部实体肿瘤的脑肿瘤屏障，并且可以特异性的靶向脑肿瘤部位，快速清除肿瘤脱靶溢出物导致的副作用[22]。纳米载体的特优特征是它的粒径大小、增加药物载药量、易于改变药物结构和控制药物释放。这些特性促使纳米载体对于转运药物跨过血脑屏障很有吸引力。现在，对于脑胶质瘤的治疗已经发展了许多提高靶向效率的方法，比如应用树状大分子纳米载体、细胞表面修饰靶向分子与功能化的受体等。

2.1 树状大分子联合化学治疗方法治疗脑肿瘤的纳米载体

树状大分子是具有单分散性，由于有大量的分支模式使其具有高度的功能性。脑肿瘤毛细血管过表达一些受体，控制配体结合纳米载体的药物递送和促进药物递送进入脑肿瘤部位。

聚酰胺-胺（PAMAM）是一种树状大分子。大多数脑肿瘤是实体肿瘤，由于细胞间缺乏毛细血管，这也就阻止药物渗透进入肿瘤的核心部位。He等[23]研制了一种转铁蛋白和麦胚凝集素固定包载DOX-PEG化的PAMAM（PAMAM-PEG-WGA-Tf），PAMAM-PEG-WGA-Tf能够渗透血脑屏障，在体外培养C6胶质瘤肿瘤球试验中评估其肿瘤抑制率和靶向效率。在PAMAM-PEG-WGA-Tf治疗下肿瘤球在外围变成颗粒状和不规则状，最终破碎成若干碎片，这实验结果显示出了双重靶向载体引发细胞死亡，促进进入渗透实体脑肿瘤组织中。

2.2 树状大分子联合基因治疗脑肿瘤的纳米载体

基因治疗包括主动传送基因到达靶细胞，通过基因治疗的作用进而修正不同的基因缺陷。理想的基因载体应有较高的转染率、高度特异性靶向细胞、高稳定性、低细胞毒性和荧光免疫性[24]。然后基因治疗有大量的限制，与这些系统结合限制基因运输能力和高免疫原性。纳米载体缺乏躲避这些限制的能力，因此有效提高传递基因的效率，靶向特异性细胞是关键[25]。

Liu等[26]合成了Dendrigraft poly-L-lysines （DGLs）树状大分子，将肿瘤坏死相关细胞凋亡诱导配体（TRAIL）和DOX包裹于树状大分子，在树状大分子表面修饰肿瘤特异性靶向配体T7多肽以及转铁蛋白受体，制成双重靶向修饰的树状大分子。DGLs变成了一个潜在的基因载体。通过调整死亡受体的表达，DOX加强TRAIL抗肿瘤效果，同时激活凋亡通路，抑制了肿瘤细胞的生长[27]。

3 小结

统治方法效率低促进了新型药物的发展，新型药物能够提高抗癌药物进入肿瘤部位，减少正常组织的毒性。由于胶质瘤的复杂性和多种蛋白表达在胶质瘤细胞的表面，细胞膜上分子可能改变相同肿瘤在不同阶段，甚至相同肿瘤的不同部位。当今，在治疗脑肿瘤方面，通过在纳米粒子表面修饰的方法，纳米粒子能够高度地包载抗肿瘤药物、靶向配体。在诊断脑肿瘤方面，纳米粒子由于其靶向性、多功能化和成像性促进了纳米医学的快速发展[28]。

纳米粒子的多功能属性是研究者开展研究血脑屏障以及脑肿瘤兴趣的主要驱动力。纳米粒子有助于检测脑肿瘤的治疗和发展状况，可能会增加患者的生存率。所以，纳米药物在治疗胶质瘤方面，展示出了一个光明的前景。研究者现在已经设计了许多不同分子量的靶向肿瘤细胞的药物载体，随着临床肿瘤学领域的不断研究，许多用于生物靶向和磁性吸附成像的药物转运载体促进基于纳米粒子治疗脑肿瘤的纳米医学的进步。

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（收稿日期：2016-04-20 本文编辑：赵鲁枫）