抗肿瘤药物及其对实体瘤组织的靶向穿透作用研究进展

印登阳 邹佳辉 张啸天 王安琦

（1.江苏省靖江市人民医院，江苏 靖江 214500；2.徐州医科大学，江苏 徐州 221000）

随着科学技术日益飞速的发展， 人们生活水平的不断提高， 医药事业的突飞猛进， 人们对疾病的认知和预防都有了质的提升， 对于疾病的治疗也得到了很好的改善。 近年来，较之以往传统的疾病谱，现如今已有了显著的变化， 从前较为可怕的一般性的传染性疾病通过目前的诊疗手段， 逐渐都能得到很好的控制，而发病率高、 存活率低、 预后差的恶性肿瘤成为了日益常见且威胁性极大的疾病之一， 严重影响着人们的生活水平和质量。 我国肿瘤发病率高，人口基数大，病例数相当庞大， 有资料显示占全世界病例数的55%。目前在世界范围内， 癌症已经成为了人类致死的第二大原因。

安全有效的抗癌方法及抗癌药物是目前最需要突破的难题，一直以来都在不断的研究和探索中。 化疗是目前应用最广泛且有效的治疗恶性肿瘤的手段，能够明显延长患者的生存时间。 但是在不断使用和实验过程中，化疗药物对患者产生的极大的痛苦及副作用越来越被人们认识到。 尤其对于实体瘤组织，化疗药物在组织中的分布往往是有限的，并不能有效地发挥其抗肿瘤的效果， 因此只有更深入的剖析肿瘤发生发展的机制，不仅仅局限于细胞毒性作用， 改善药物在肿瘤部位的分布，才能对肿瘤的治疗有突破性的发现[1]。

国内外对于抗肿瘤药物的开发和研究， 近年来都有了很多的发现和成果。 通过分子机制层面的研究，结合目前基因工程和化学合成的先进技术以及天然抗肿瘤药物成分的发现， 越来越多的抗肿瘤药物和手段得以广泛应用[2]，尤其对于靶向制剂、靶向给药系统的运用， 给抗肿瘤药物发挥其抗肿瘤效果提供更好、更大的空间。 本文就目前较为热点的一些抗肿瘤药物与方法，及其作用机制进行简述。

1 肿瘤微环境

与正常组织细胞不同， 肿瘤组织细胞在发生发展过程中， 细胞周围微环境发生了很大的变化。 这种微环境的变化使得抗肿瘤药物只能蓄积在肿瘤组织的外围， 而无法进入到深部。 同时， 药物在肿瘤部位有限的、 不完整的、 不均匀的分布阻碍了药物达到肿瘤细胞致死浓度，进而发挥抗肿瘤的效果[3]。

人体通过血管运输氧气和营养物质到组织细胞中， 并且能够有效地运输并提供绝大多数的药物，但是在实体瘤组织中， 这种组织的稳态被打破。 肿瘤组织通常有着比毛细血管更快的增殖潜力， 因此肿瘤细胞快速增殖使得血管分离开来， 降低了血管密度并产生了远离血管的细胞群[4]，这种变化的过程影响了血管的结构，使血流不规律，并且压迫血管和淋巴管，甚至使淋巴功能缺失。 这种组织血管网的紊乱和淋巴管功能的缺失，导致了肿瘤组织间隙液压(Interstitial fluid pressure, IFP)[5-6]升高。 升高的IFP 使得药物在肿瘤部位的穿透受到了极大的阻碍。 实体瘤组织是一种多细胞层的结构， 与正常组织相比， 其细胞密度较大。 因此， 外围的血管分布较多， 而接近中心的部位血管分布相对较少。

相较于其它一些分子肿瘤学、分子药理学、基因免疫治疗方法， 这些肿瘤组织病理生理上的一些特点往往是容易被大家所忽略的。 肿瘤微环境的改变使得药物的靶向递送和发挥药效有很大的限制和阻碍。 与此同时， 这些与正常组织的不同特征给予靶向制剂的研究以更大潜力将这些微环境的特征加以利用， 使得抗肿瘤药物更好的富集在肿瘤组织部位， 解决有限分布的问题， 也降低了这些抗肿瘤药物的全身性作用，减轻患者的痛苦，提高他们的生活质量。

2 抗肿瘤药物及方法

2.1 免疫疗法

单克隆抗体类免疫检查点 (immune checkpoint inhibitor)抑制剂[7]包括PD-1/PD-L1 通路与PD-1/PDL1 抑制剂、CTLA-4 抑制剂及其它类型的一些单克隆抗体。 目前研究发展最快的抗程序性死亡蛋白1(programmed death 1, PD-1) 在临床试验的过程中卓有成效，PD-1 能够在免疫反应的效应阶段在活化的T细胞、B 细胞以及髓细胞上表达，其能够与结合介导的T 细胞活化共同抑制信号，负性调节人体的免疫应答，从而抑制T 细胞表达其原有的杀伤性能。 PD-1/PDL1 抑制剂通过特异性的结合来抑制PD-1/PD-L1 表达， 使得功能受到抑制的T 细胞恢复识别肿瘤细胞的能力，实现自身免疫抗癌。细胞毒性T 淋巴细胞抗原-4(cytotoxic T-lymphocyte antigen 4, CTLA-4)是一种作用于免疫反应阶段的跨膜蛋白， 它在T 细胞上活化表达，抑制T 细胞免疫应答，来减少活化的T 细胞并组织记忆性T 细胞的生成。 通过研究表明， 肿瘤细胞自身的诱导，能够激活CTLA-4，使得已经活化的T 细胞失活， 实现肿瘤自身的免疫逃逸 (immune escape)。CTLA-4 抑制剂通过阻断CTLA-4，恢复T 细胞的活性并延长记忆T 细胞的存活时间， 恢复自身对肿瘤细胞的免疫功能控制肿瘤的进展。

此外还有一些免疫疗法应用治疗性抗体、 癌症疫苗、细胞治疗、小分子抑制剂、免疫系统调节剂等等方法试图抑制杀伤肿瘤细胞。 例如通过设计杀伤性的抗体， 利用抗体依赖细胞介导的细胞毒作用 （antibodydependent cell-mediated cytotoxity, ADCC）、 补 体 依 赖 的细胞毒作用（complement-dependent cytotoxity, CDC）和抗体直接诱导细胞凋亡等途径对肿瘤细胞实现有效的杀伤作用。 免疫疗法在不断的探索与论证的过程中渐趋成熟， 且在不断地研究过程中具有极大的可能， 能够给肿瘤的治疗提供更安全有效的途径。

2.2 新生血管生成抑制剂

此前有科学家提出， 肿瘤在发生发展的过程中可能产生一种可扩散的“血管生成物质”，因此借助阻断血管的生成可能是抑制肿瘤生长的一种策略。 这种可能性促进了对 “促和抗” 血管生成因子成分的深入研究。 76 年Gullino[8]发现癌前组织中的细胞在癌变的过程中获得了血管生成能力， 并设计此概念用于预防癌症，之后通过遗传学方法被证实。 与正常的血管相比，肿瘤的脉管系统是高度紊乱的： 血管扭曲扩张， 直径不均， 分支过度并且分流。 这可能是由于血管生成调节剂（如内皮生长因子VEGF 和血管生成素Ang 等）失衡引起的。

肿瘤血流的紊乱和多变导致了肿瘤部位的缺氧和酸性区域的生成， 这些情况会降低药物治疗的效果，调节血管生成激动剂和抑制剂的产生， 选择恶性和转移性更强的细胞， 此外， 缺氧还可能选择对缺氧失去凋亡反应的细胞进行无性繁殖， 分泌的各种血管生成因子刺激了血管的生成， 使得血供充足的肿瘤继续增大以及转移扩散[9]。最近的发现表明，缺氧激活了缺氧诱导的转录因子 (HIFs)， 它是诱导多种血管生成因子如VEGF、一氧化氮合酶(NOS)、血小板源性生长因子(PDGF)和其他的一些因子表达的主要开关。

随着多种血管生成因子的发现， 以这些因子作为靶点的新生血管生成抑制剂也逐渐的被开发出来。 尤其较为重要的VEGF，它起着促进血管内皮细胞增殖，诱导新生血管生成的作用， 间接的， 它也起着促进肿瘤转移扩散的作用。 因此，VEGF 及其受体成为了抑制新生血管生成的理想的靶点。 由此开发出的抗肿瘤药物具有许多的优点：在治疗前，肿瘤已经初具规模，这种因子在肿瘤部位早已高度表达， 因此这种抑制剂的特异性较高； 内皮基因在表达上较为稳定， 不易产生耐药性； 血管内皮细胞暴露面积大， 药物易于直接作用在内皮细胞上， 且在血管中药物易于递送富集，达到治疗浓度。 新生血管生成抑制剂也因其稳定有效应研究与应用较广泛。

2.3 其它抗肿瘤药物

除了上述目前研究较为热门的抗肿瘤药物及方法， 还有其它一些如细胞信号转导分子为靶点的抗肿瘤药物、 端粒酶抑制剂、 反义药物、 肿瘤耐药逆转录剂、 基因治疗及抗癌中草药等等。 这些不同的抗肿瘤药物都通过不同的途径在分子、 细胞、 组织等不同的层面直接或间接的抑制或杀死肿瘤细胞或组织。 随着研究的不断深入， 更多更为有效的抗肿瘤药物在不断的被开发出来。

3 抗肿瘤药物对实体瘤组织的靶向穿透作用的研究

药物在体循环的递送以及肿瘤微环境的影响，使得抗肿瘤药物发挥其抗肿瘤效应受到了很大的阻碍，如何克服这些障碍， 使得抗肿瘤药物能够有效地向功能血管远端的细胞递送并达到杀伤肿瘤的浓度， 是最需要的解决的问题， 因此抗肿瘤药物的靶向穿透作用的研究至关重要。

由于抗肿瘤药物在肿瘤血管中扩散分布形成了一定的浓度梯度，随着时间的变化，药物不断地被消除，体内的药物量也会随之变化。 血管的渗透性影响着药物穿透肿瘤的效果， 但是在一些肿瘤组织中， 可以观察到一些已经破裂开窗的血管， 此时血管渗透性就显得不那么重要了。 通常情况下， 药物通过扩散和对流渗透到正常的组织当中， 再通过液体经淋巴管重新保持平衡。 然而， 肿瘤部位往往缺乏具有正常功能性的淋巴管，从而可能导致肿瘤部位IFP 水平升高，间接可能导致抗肿瘤药物在血管两侧的对流减少并且抑制大分子抗肿瘤药物的扩散与分布。 此外， 抗肿瘤药物的理化性质在一定程度上也影响着药物通过血管扩散并进一步穿透肿瘤组织的效果， 水溶性的药物比较易于在细胞外基质中分布， 因此能够有效地在细胞周围和细胞之间分布扩散； 脂溶性的药物能够穿透脂质膜，因此可以穿过细胞进行运输。 当然它们的扩散穿透仍然收到微环境的影响。

目前已经有很多方法用来模拟肿瘤细胞组织的结构，用于抗肿瘤药物穿透的研究，例如多细胞模型、多细胞球体(Multicellular spheroids)、多层细胞培养(Multilayered cell cultures,MCC)以及体内考察等等。多细胞模型是目前最为常用的模型， 能够直接考察抗肿瘤药物的分布以及效果， 能够规避体内代谢的一些复杂的因素，但是这种体外的模型无法模拟实体瘤组织的微环境的特征，例如：多变的IFP、基质细胞及药物在血管内外对流的影响。 多细胞球体是肿瘤细胞的一种球型聚集体， 能够反映实体瘤组织的很多的特性， 模拟出实体瘤组织层层包裹的致密的结构， 能够通过将模型暴露在抗肿瘤药物中来考察药物穿透肿瘤组织的效果，通过层层剥落， 也能考察药物到达实体瘤组织深度的情况。 多细胞层培养通过实验也被证实了能够反应实体瘤的多种特性， 包括细胞外基质的产生、 营养物质的浓度和细胞增殖梯度、 以及较厚细胞层中的缺氧坏死区域等等。通过应用MCC 模型可以定量研究抗肿瘤药物在介质中的浓度以及穿透扩散进入组织中的量。 近年来也有人运用荧光标记的方法直接检测组织中的药量进行体内分布研究， 通过荧光标记抗体来检测药物对细胞的影响。

4 讨论

虽然随着辅助治疗的发展， 对于手术或放疗后的微小转移的治疗， 存活率有了很大的改善， 但是大多数复发的癌症往往都是致命的， 主要就是因为无法根治严重的转移性疾病。 因此如何有效的将抗肿瘤药物有效地递送到每个肿瘤细胞进行有效的根治是我们需要重点攻克的难关。 随着药物的靶向穿透以及扩散机制的不断深入研究， 展现出极大的潜力用以解决这些难题。

科学技术在不断的发展， 人们对于肿瘤的理解和认识也会不断地向前进步， 对肿瘤的预防、 诊断和治疗也会不断的改善和提高。 相信在不久的将来， 肿瘤将不再成为人类健康问题的一大威胁。