纳米材料在乳腺癌靶向治疗中的应用进展

李新方，王骐榕，杨峰

(海军军医大学药学院，上海 200433)

乳腺癌是发生在乳腺上皮组织的恶性肿瘤，严重威胁全球女性身心健康甚至危及生命，其发病有年轻化的趋势，已成为当前社会的重大公共卫生问题[1]。美国《2018癌症数据报告》提示乳腺癌、肺癌、结直肠癌是女性必须注意的对象，特别是乳腺癌，其占据新发病例的30%，在美国女性恶性肿瘤中发病率居首位[2]。目前，乳腺癌的治疗方法主要有手术、化疗、放疗、内分泌治疗等多种手段，各种治疗手段均可取得良好治疗效果，但也都存在各种不足或缺点[3]。化疗是一种应用抗癌药物抑制癌细胞分裂、破坏癌细胞的治疗方法，在乳腺癌临床治疗中具有重要作用，但化疗药物对肿瘤组织无选择性容易引起全身系统毒性，同时在肿瘤部位蓄积的化疗药物低于有效治疗剂量会导致肿瘤耐药现象的产生。因此，研究开发新的肿瘤治疗方法显得十分迫切和必要。近年来纳米材料在肿瘤治疗中显示出了巨大的潜力，由于其独特的物理、化学及生物学特性，可以显著降低化疗药物的不良反应，提高化疗效果，在生物医学领域逐渐成为一种新的研究热点[4]。现就纳米材料在乳腺癌治疗中应用进展情况做一综述。

1 纳米材料在肿瘤靶向治疗中的作用机制

纳米技术是一门交叉性强的综合学科，指应用单个原子、分子制造成粒径在1～100 nm范围内物质的技术[5]。在生物医药领域，包嵌药物的纳米材料粒径可能超过100 nm，通常<500 nm，纳米材料多以药物载体的形式应用于抗肿瘤药物新剂型的开发，在肿瘤化疗、成像、放疗、热疗等方面获得应用[6]。纳米技术应用于医药领域具有以下优势：①可以逆转肿瘤化疗耐药；②可减少给药剂量，延长药物在体内的时间，并且能够达到缓释控释的效果；③纳米材料可以进行表面修饰开发成多功能药物传递系统，提高疗效降低不良反应；④一些具有光学或磁学等特殊性质的纳米材料可以应用于肿瘤的微创治疗。随着纳米技术的深入研究，纳米技术在医药领域取得了一些重要成果。“靶向”是纳米载药系统应用于抗肿瘤研究的必要原则，是实现化疗药物及生物活性物质高效低毒地运输至目标组织的关键所在，纳米材料的靶向治疗机制主要有被动靶向、主动靶向和物理化学靶向等[7]。

1.1 被动靶向 被动靶向又称自然靶向，载药纳米粒被单核-巨噬细胞系统中的巨噬细胞摄取，通过正常生理过程运送至肝、脾等器官。正常组织中的微血管内皮间隙致密、结构完整，大分子和脂质颗粒不易透过血管壁，而实体瘤组织中血管丰富、内皮间隙较宽、结构完整性差，大分子类物质和脂质颗粒在肿瘤部位具有高通透性和滞留性，此现象称为实体瘤组织的高通透性和滞留效应，简称EPR效应[8]。EPR效应促进了纳米材料在肿瘤组织的选择性分布，可以增加药效并减少系统不良反应，是肿瘤被动靶向的病理生理学基础[9]。被动靶向制剂在体内的分布取决于静脉注射微粒的粒径大小，粒径>7 μm的微粒通常被单核白细胞摄取进入肺组织或肺气泡，<7 μm一般被肝、脾中的巨噬细胞摄取，200～400 nm的纳米粒集中于肝后迅速被肝清除，<10 nm的纳米粒则缓慢积集于骨髓[10]。

1.2 主动靶向 主动靶向是将特异性配体修饰在纳米载体表面，配体与癌细胞上的特异性受体结合即可将药物定向地运送至癌细胞从而发挥药效。研究表明，微粒要通过主动靶向到达靶部位且不被毛细血管截留，粒径通常不应>4 μm。常见的乳腺癌特异性分子靶点有叶酸受体、雌激素受体、表皮生长因子受体、孕激素受体、乳腺癌细胞膜糖蛋白受体等。Duan等[11]开发了一种新型的叶酸修饰纳米材料，荧光显微镜结果显示纳米材料在人乳腺癌MCF-7细胞中靶向效果好，能够用于超声分子成像和FR阳性肿瘤的治疗。Marshalek等[12]用叶酸修饰造影剂并通过体外两种细胞考察成像能力，利用共聚焦显微镜发现修饰的造影剂细胞摄取显著增加，为超声引导细胞内成像或治疗提供了新的方法。

1.3 物理化学靶向 物理化学靶向应用物理化学方法使靶向制剂在特定部位发挥药效。物理化学靶向通过温度、磁场及pH等外力让药物到达特定的传输部位而发挥抗癌作用[13]。如使用对温度敏感的载体制成热敏感制剂，使热敏感制剂在热疗靶区释药；或应用磁性材料与药物制成磁导向制剂，在体外磁场引导下，通过血液循环到达并定位于特定靶区；也可利用pH敏感的载体制备pH敏感制剂，使药物在特定的靶区释药。用栓塞制剂阻断靶区的血供和营养，能够起到栓塞和靶向化疗的双重作用，也属于物理化学靶向。

2 用于乳腺癌靶向治疗的纳米材料

2.1 有机纳米材料 有机纳米材料是大多是生物体内天然存在的或通过化学合成的物质，相较于无机材料细胞毒性小且可生物降解，是纳米医学领域研究人员关注的热点[14]。常见的有机纳米材料包括固体脂质体，脂质体和聚合物等。

2.1.1 固体脂质体(SLNs) SLNs由耐受生理脂质组分构成，结合了聚合物纳米粒子，脂质体和脂肪乳剂的优点，具有独特的理化性质及无毒性的特点使其成为一种极具潜力的药物传递系统。SLNs的优点包括良好的生物相容性、易修饰、载药量高、较好的药物控释作用等。Baek等[15]用固体脂质纳米粒装载姜黄素(NCC-SLN)，克服了姜黄素的溶解性差，生物利用度低和稳定性差等缺点，此外NCC-SLN对MCF-7乳腺癌细胞系进行了研究，以确定其对癌细胞的疗效，结果表明NCC-SLN能够增加的MCF-7细胞的细胞毒性和细胞摄取。与姜黄素相比，该药具有显著的细胞毒作用并且增加了姜黄素的口服生物利用度。

2.1.2 脂质体 脂质体是由磷脂双分子层环绕形成的具有封闭球形囊泡结构的纳米载体，脂质体与生物膜的组成成分相同，可以与细胞膜融合达到定向细胞内释药的目的。脂质体可将亲水性或疏水性药物包裹在囊泡中，提高载药量，且具有缓释、控释药物的作用，同时脂质体具有高的生物相容性及低毒性，是一种极具应用潜力的的药物传递纳米载体。Riahi等[16]开发了塞来昔布(CLX)脂质体纳米材料，克服了CLX水溶性差、抗肿瘤效价低的缺点，研究发现脂质体制剂具有最慢的释放曲线和最大的体内抗肿瘤作用；与游离的CLX相比，脂质体制剂在肿瘤部位中具有三倍以上的积累；CLX脂质体可作为一种安全有效的抗肿瘤剂，并且能够缓慢释放药物，值得进一步研究。

2.1.3 聚合物 聚合物具有独特“核-壳”的结构，由亲水性头部和疏水性尾部的两性分子在水溶液中自组装形成的胶束装结构，疏水性内核具有很强的增溶能力。聚合物能够穿过血脑屏障、易于吸收、控制药物释放等优点，同时聚合物表面经过配体或靶向修饰可以实现药物的多功能递送，近年来聚合物纳米材料受到愈来愈多的关注。在最近的研究中，以壳聚糖和葡聚糖的形式存在的聚合物纳米颗粒非常受欢迎，造成这一现象的原因可能是由于它们是天然存在的聚合物，提高了生物相容性，使得纳米材料的毒性降到最低。例如顺铂负载黄体生成素释放激素修饰的葡聚糖纳米粒能够抑制乳腺肿瘤，它不仅表现出显著的抗肿瘤效应也可以抑制肿瘤转移降低全身系统毒性。Karmakar等[17]研究了多肽共聚物在乳腺癌靶向治疗中的应用，结果表明多肽共聚物能够抑制癌细胞的增殖，减少肿瘤的大小。

2.2 无机纳米材料 无机纳米医学是指从金属和半金属材料合成纳米载体以用于药物递送。化学改性无机纳米粒子由于其控释药物、多功能、良好的生物相容性等性能被认为是一种药物在细胞转运的新手段。无机纳米材料包括磁性纳米粒(MNPs)、量子点(QDs)、硅基纳米材料(MSNs)、金属纳米材料及碳基纳米材料等。

2.2.1 MNPs MNPs如超顺磁性氧化铁纳米粒子(SPION)以其良好的生物相容性、超顺磁性，具有很高的磁热效应，可用通过导热量杀死肿瘤细胞而被用于热疗成为肿瘤治疗研究的热点，SPION作为一种新的纳米载体已被证实可用于抗癌药物的靶向载体，且已经被FDA批准用于肿瘤的磁热治疗，在肿瘤靶向治疗方面具有广阔应用的前景[18]。Yang等[19]研究了透明质酸(HA)修饰的超顺磁性氧化铁纳米颗粒(HA-SPION)的双模式成像和光热效应，HA-SPIONs显示出特异性细胞摄取及肿瘤组织富集的优点，对于癌症的有效诊断和治疗具有巨大的潜力。

2.2.2 QDs QDs是粒径在1～10 nm的无机半导体纳米晶体，因具有荧光现象可以应用于生物成像、诊断和治疗。QDs的结构一般是由Ⅱ～Ⅵ族或Ⅲ～Ⅴ族元素组成半导体的核心，通过外壳层的包裹修饰以改变其物理化学性质和提高溶解度；QDs可以表现出独特的光学性质，在靶向给药、光电转换等方面获得了极大的关注[20]。然而，QDs的主要缺点在于其毒性和排泄途径，生物安全性还有待进一步的研究。

2.2.3 MSNs 以介孔二氧化硅硅为代表的MSNs，具有稳定的结构，易于进行功能化设计与化学修饰，同时具有良好的生物安全性、强大的药物吸附结合能力，近年来逐渐成为新型纳米载药体系研究的热点[21]。Kumar等[22]基于MSNs成功制备了负载阿霉素的DOX-FA-MSNPs纳米材料，在乳腺癌细胞水平通过共聚焦显微术和流式细胞术考察摄取情况，结果提示细胞系纳米材料的摄取较高；细胞毒性结果显示，DOX-FA-MSNPs对乳腺癌细胞具有更高的细胞毒性作用。

3 纳米材料在乳腺癌靶向治疗中的应用

3.1 靶向递送化疗药物 抗肿瘤药物一般特异性差、选择性低、对正常组织不良反应大且易产生耐药性。纳米材料作为抗肿瘤药物载体可以有效避免上述缺点，同时还可以达到药物缓控释、靶向释放的作用。He等[23]应用氨基功能化的介孔二氧化硅纳米粒子(MSN-NH2)作为载体用于阿霉素盐酸盐(DOX)递送，不仅增加了肿瘤细胞对抗肿瘤药物DOX的摄取达到很好的肿瘤抑制作用，而且释放药物具有pH响应性，肿瘤偏酸性部位释放率高，减少药物在传递过程中的损失，显著降低药物对正常组织的毒性。此外，随着纳米技术的不断发展，靶向纳米材料不仅能够提高化疗药物的载药量及传递效率，同时药物传递的肿瘤靶向性也逐渐提高。Moghimipour等[24]制备了一种靶向肿瘤细胞的脂质体，与未修饰的脂质体相比，叶酸修饰的脂质体显示更高的细胞摄取，更低的IC50(12.02 μM，脂质体5-FU为39.81 μM，游离5-FU为39.81 μM)；此外，叶酸靶向脂质体比游离药物显示出更好的肿瘤抑制作用，并且在组织学检查中没有发现组织异常。研究表明，联合使用具有双重或多重靶向功能的纳米材料会使化疗药物更精确的到达肿瘤组织、靶向性会更强。

3.2 光动力疗法(PDT) PDT是一种利用光动力效应进行肿瘤治疗的新方法，主要通过利用特定波长光照射肿瘤部位，导致肿瘤部位光敏剂活化生成活性很强的单线态氧，与细胞内的生物大分子发生氧化反应，产生细胞毒性进而杀伤肿瘤细胞[25]。近年来，越来越多的研究表明纳米材料应用于光动力疗法可以有效克服PDT缺少肿瘤靶向性、光不良反应强及肿瘤杀伤无特异性等缺点，显著提高PDT治疗效果。Zhang等[26]将光敏剂连接在纳米胶束上制备纳米载药体系能够被乳腺癌细胞的识别并经过内吞作用摄取，然后在光照射下产生高效的单线态氧，单线态氧破坏溶酶体膜并促进纳米体系进入细胞质，从而达到PDT有效和选择性杀死癌细胞的作用。Hosseinzadeh等[27]应用氧化石墨烯作为靶向材料制备含光敏剂的复合纳米材料，考察了红光照射对乳腺癌细胞的杀伤能力，结果表明纳米复合材料在红光照射下的光动力疗法(PDT)具有更好的效果。García等[28]以聚乙二醇功能化修饰金纳米粒并结合光敏剂，结果显示纳米颗粒能够产生更多的单线态氧，对人乳腺癌细胞的治疗具有显著的光动力学效力。由于有些光敏剂具有荧光现象，所以PDT可以与光学影像技术联用达到精准靶向治疗肿瘤的目的。

3.3 光热疗法(PTT) PTT是将具有较高光热转换效率的材料利用靶向技术聚集在肿瘤组织，在外部光源的照射下光热材料吸收光能发生电子跃迁，将光能转化为热能导致材料附近病灶温度升高，从而杀死癌细胞或组织的一种新的治疗方法[29]。外部光源一般为近红外光，也可以为可见光、微博、超声波。Mendes等[30]研究了纳米金应用于乳腺癌的光热效果，粒径14 nm的金纳米粒在530 nm绿色激光激发下光热转换率高达77%，同时可导致乳腺癌细胞存活率降低了60%，PTT与阿霉素的细胞毒性作用之间的具有协同相互作用，并且具有明显的治疗个体化的优点。Ong等[31]在金纳米粒表面接枝LAT-1配体，研究发现其具有优异的胶体稳定性和生物相容性及肿瘤靶向性，体内PTT治疗乳腺癌达到很好的疗效。

3.4 联合疗法 随着纳米技术的不断发展，纳米粒子作为药物载体经历了未经任何修饰仅依赖物理性质被动靶向传递药物、表面修饰特异性配体主动靶向肿瘤组织、多功能且具有诊疗特点靶向载体三个阶段。在纳米材料表面进行修饰以避免吞噬细胞的摄取，耦联或吸附适当的特异性靶向分子，提高其肿瘤组织靶向性，增加纳米材料在靶组织中的累积[32]。对纳米材料进行靶向性的修饰实现肿瘤组织的联合治疗已成为目前研究的热点。Li等[33]构建了一种新型的多功能纳米材料，该纳米材料在808 nm激光作用下可产生明显的热效应，加速DOX释放，在体外显示出高效的抗癌效果；荧光强度随着DOX的释放而增加，可以根据发光强度的变化来追踪细胞内药物释放过程，多功能纳米材料通过增强化疗和光热疗法相结合，显示了良好的协同治疗效果。Wang等[34]制备了肿瘤靶向性及多刺激相应的纳米材料Se@SiO2-FA-CuS/DOX，由于具有优异的靶向能力，纳米材料可以大量积累在肿瘤组织中，在近红外光照射下通过释放DOX和Se达到化学-光热治疗的作用。由于化学疗法(Se和DOX)和光热疗法的协同效应，同时Se能够降低DOX的毒性，Se@SiO2-FA-CuS/DOX纳米复合材料能有效抑制体内外肿瘤细胞，甚至完全消除肿瘤细胞。综上所述，纳米技术是医学、药学、化学、生物学等多学科交叉的综合学科，在肿瘤的治疗中具有精确靶向、缓控释药物、逆转肿瘤耐药、增强化疗效果、降低不良反应等一系列优点，有望为探索恶性肿瘤治疗途径开辟新的方向。许多生物相容性良好的纳米材料已经被研究与抗乳腺癌药物结合，并探索了其潜在的毒性和可能的细胞机制；同时纳米材料易于进行功能化修饰，可以构建具有成像或靶向多功能纳米材料。虽然纳米技术在临床上的推广应用还将面临更多的挑战，但随着跨学科跨领域相互协作研究的深入，纳米技术在乳腺癌靶向治疗领域具有越来越好的临床发展应用前景。