中药活性成分纳米系统在抗肿瘤中的应用研究

杨 光，陈晓青，陈中强

（江汉大学 医学院，湖北 武汉 430056）

肿瘤的治疗仍然是全球医疗事业的难题，肿瘤是机体在各种致癌因素的共同作用下致使组织细胞在基因水平上失去对自身生长的正常调控，引起组织异常增生形成的新生物，其形成有一个非常复杂的过程。依据中国国家癌症登记中心对全国近14 万病例的统计分析，中国癌症患者五年生存率仅为30.9% ，而美国高达66% ，与其他发达国家也相差甚远。大多数恶性肿瘤的发生较为隐匿，待确诊时已到中晚期。放化疗为目前常用的治疗手段，其毒副作用较大，此时若能以中药辅助治疗可提高化疗疗效，益气补血。与传统化疗相比，中药能有效提高病患免疫力，增加化疗效果、减轻毒副作用，是辅助肿瘤治疗的理想药物［1］。

常用的含抗肿瘤成分的中草药有红豆杉、姜黄、青天葵、白花蛇舌草、丹参、鱼腥草、独角莲、灵芝、鸡血藤等。目前我国已上市或处于研制阶段的抗肿瘤药物其活性成分多从天然中草药中提取，其抗肿瘤作用佳、靶点多、毒副作用少，能显著增强机体免疫力。但某些中草药的抗肿瘤活性成分水溶性差、体内生物利用度低、特异性分布低，所以如何将具备特异性抗肿瘤作用的中药活性成分靶向输送至肿瘤部位是一个尚待解决的问题。

德国科学家Paul Ehrlich 于19 世纪末提出了“魔术子弹（magic bullet）”这一概念，该魔弹能将药物精确定位于体内病灶部位，在发挥治疗作用的同时避免对其他正常组织器官的损伤，这是药物靶向传输的先驱与鼻祖［2］。后来，脂质体、纳米粒、聚合物胶束、微乳等纳米载体材料的发明为解决药物的体内靶向传递带来了曙光。本文首先介绍了中药抗肿瘤成分的作用原理，再介绍通过纳米制剂改善中药有效成分脂溶性、体内生物利用度，从而提高抗肿瘤特异性分布等抗肿瘤方面的成功应用。

1 中药抗肿瘤靶向作用原理

药物的靶向治疗是在肿瘤的细胞分子水平上，针对肿瘤细胞特异性分子（如一个蛋白分子或一个基因片段）作为靶点，利用受体与药物靶分子特异性结合作为治疗手段。药物进入体内与致癌位点发生特异性结合，干扰其正常生长，使肿瘤细胞特异性死亡，而不会波及其他正常组织细胞，从而起到减毒增效的作用。中药抗癌活性成分有多靶点的作用特点，其作用原理主要从抑制肿瘤细胞增殖、诱导肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤新生血管的形成及提高机体免疫力等多方面发挥抗肿瘤作用。

1.1 抑制肿瘤细胞增殖

肿瘤细胞具备无限增殖的潜力，细胞增殖受细胞周期各监控点严格调控，同时各类激酶、周期蛋白和抑制因子也参与了细胞周期运转的调控。因此，影响细胞增殖的各类激酶、受体、细胞因子等成为了肿瘤靶向治疗的研究重点。如酪氨酸激酶受体、血管内皮生长因子（VEGF）及受体；干扰素（IFN）；肿瘤生长因子（TGF- β）；凋亡抑制蛋白家族（IAP）中的Survivin 基因；凋亡因子Caspase、Fas、Bax、NF- κB 等。如通关藤的总皂苷及总皂苷提取物对人胃癌细胞SGC-7901、人肝癌细胞SMMC- 7721 及人宫颈癌细胞Hela 有明显的促生长抑制作用［3］。

1.2 诱导肿瘤细胞凋亡

细胞凋亡是机体为维持内环境稳定，在多基因严格调控下自主有序的程序式灭亡。细胞凋亡的无序及紊乱与肿瘤的产生息息相关。中药中抗肿瘤活性成分通过直接干扰肿瘤细胞DNA的合成、抑制肿瘤细胞基因的正常表达或阻止细胞分裂等多种途径诱导肿瘤细胞凋亡［4］。Bcl- 2蛋白家族在肿瘤细胞凋亡过程中起着举足轻重的作用，由Bcl- 2 基因编码的蛋白是最早被发现的原癌基因之一，它能抑制细胞凋亡和延长细胞存活［5］。

有研究［6］报道将具有多种生物活性的中药提取物熊果酸制成肿瘤靶向脂质体，证实其促人口腔肿瘤细胞凋亡效应，其诱导细胞凋亡的机制是通过使Bcl- 2 基因下调和bax 基因表达上调，从而使Bcl- 2/bax 比值下降。同时，Bcl- 2 的表达下调能刺激线粒体释放细胞色素C（cytochrome C）到细胞质中，cytochrome C 能激活caspase 蛋白家族，尤其是其中起着核心作用的caspase- 3，最终激活caspase 所诱导细胞凋亡的一系列级联反应而促使人口腔肿瘤细胞凋亡的发生。

1.3 抑制肿瘤细胞新生血管的形成

血管的生长及形成是肿瘤生长、浸润及转移的关键，肿瘤新生血管的生成受血管生成刺激因子（如VEGF）及抑制因子（如TSP- 1）共同协调作用。以抑制肿瘤新生血管生成的相关因子为靶点是某些中药活性成分发挥抑瘤作用的重要方式，从而阻止肿瘤细胞的生长，促使其死亡。

1.4 抗肿瘤细胞多药耐药

肿瘤细胞对化疗药物产生耐受性是肿瘤治疗的首要障碍之一。多药耐药（multi drug resistance，MDR）是肿瘤细胞对一种抗肿瘤药产生耐药性，同时对其他功效类似但化学结构不同且作用机制不同的抗肿瘤药也产生耐药的现象［8-9］。MDR 的发生机制非常复杂，与多种因素有关，如多药耐药基因（MDR1）及其编码的糖蛋白（P- gP）介导的耐药等内在因素的影响；或肿瘤细胞微环境的改变等外在因素的影响。MDR 的复杂性为肿瘤的耐药性的改善提出了严峻的挑战［10］。研究发现MDR 是可以逆转的，如使用影响细胞膜通透性的药物，抑制细胞转运泵或采用纳米载体共同递送化疗药物和中药活性成分来实现逆转。

五味子乙素能通过阻断腺嘌呤核苷三磷酸（adenosine triphosphate）ATP 的能量供应和抑制ATP 的水解来逆转肿瘤细胞的多药耐药性［11］。有报道［12］将藤黄酸和顺铂联合应用以减少抗肿瘤药物顺铂的耐药性。化疗药物顺铂与中药的联合应用能使多药耐药相关蛋白2（MRP2）和肺耐药蛋白（LRP）的表达下调；同时，藤黄酸还可使caspase- 3 及bax 基因的表达增加，降低procaspase- 9 和Bcl- 2 的表达；阻滞细胞周期于G0/G1 期，因此，此两药联合用药后，明显增强肿瘤细胞的凋亡。

1.5 提高机体免疫调节力

肿瘤的发生与机体的免疫能力息息相关，大部分中晚期癌症患者的免疫功能十分低下，可通过调节机体自身的免疫力来调动机体的防御系统从而抑制肿瘤细胞的增殖来实现肿瘤的治疗目的。

中药中的多糖类物质与提高机体的免疫机能有关。从中药党参的根部提取得到了多糖类物质，发现该活性成分能促进淋巴细胞的增殖，同时能抑制荷瘤鼠肿瘤的生长，显著提高机体的免疫活性［13］。研究［14］发现，一定浓度的碳粒经小鼠眼眶静脉注射后，通过血液带到肝、脾等脏器中，而被这些部位的巨噬细胞吞噬清除。因此，“噬碳粒廓清指数”能反应机体网状内皮系统（RES）中巨噬细胞吞噬能力大小和机体免疫能力高低。林茜草根醇提取物能够提高S- 180 荷瘤小鼠的噬碳粒廓清指数，提高白介素2（IL- 2）和肿瘤坏死因子（TNF- α）的含量，从而提高宿主的免疫功能。

2 中药纳米制剂在抗肿瘤方面的应用

传统脂质纳米制剂主要由卵磷脂、胆固醇组成，在包裹药物进入机体后容易被网状内皮系统作为异物所吞噬，体内血液循环时间较短，药物靶向释放少，药效的发挥不理想。因此，主要介绍具备主动靶向功能装载中药有效成分的纳米给药系统。

2.1 物理化学靶向型纳米给药系统

2.1.1 磁性热敏脂质体 热敏脂质体又称为温度敏感脂质体，是一种在机体内一定温度条件下才释放出药物的脂质体，它有效利用了脂质体和热疗的双重作用优势。当脂质体随血液循环经过被加热的靶器官时，当温度高于脂质体的相变温度（Tm）时，热敏脂质体迅速释放所携带的药物发挥药效。磁性热敏脂质体是将有磁性的物质（如四氧化三铁Fe3O4）加入到热敏脂质体中，利用外加磁场，使脂质体随血液循环到达靶向作用部位；若不加磁场，则药物缓慢、平稳地释放，磁性热敏脂质体具有较强的靶向性和控释性。

很多人都奇怪，为什么自己在别人的打呼声中睡不着，却听不到自己在打呼呢？这是因为，人体神经中枢在向肌肉传递动作信号时还会产生一份信号拷贝，并将其与感觉系统的信号进行比较。如果信号一致，你就对自己的动作将产生的变化有了“防备”，从而减少对自发动作的反应。

谢毅［15］制备了羟基喜树碱磁性热敏脂质体，开展了针对昆明鼠H22 肝癌皮下肿瘤动物模型的药动学研究。结果证实自制的羟基喜树碱磁性热敏脂质体在外加磁场和肿瘤局部高温（≥43 ℃）的双重作用下，迅速聚集至肿瘤靶部位，快速释放包封的药物，同时，尾静脉给药能提高药物的生物利用度，降低药物毒性。高强度聚焦超声（HIFU）技术是利用超声波的聚焦性及穿透性使超声波穿透体表，精确聚焦于机体深部的肿瘤组织，可对肿瘤组织加热至65 ℃以上，从而造成肿瘤组织凝固性坏死。古锦辉［16］将聚焦超声技术及磁性热敏脂质体两者进行联合应用，考察其对肝癌Huh- 7 荷瘤鼠的肿瘤靶向作用。在外加磁场加热作用下，通过对荷瘤鼠尾静脉给药，磁性热敏脂质体能减慢肿瘤的生长速率，并且在肿瘤部位分散有黑色物质（Fe3O4），证明磁性热敏脂质体能有效聚集于肿瘤组织，并释放药物至靶向肿瘤部位。

2.1.2 pH 敏感脂质体 pH 敏感脂质体是利用肿瘤组织间质液的微酸环境（pH 值5.0 ～6.5）来发挥作用。脂质体在中性条件下稳定性良好，但在低酸环境下结构易发生变化，释放药物。脂质体的制备过程中需加入 pH 响应材料胆固醇琥珀酸单酯（cholesteryl hemisuccinate，CHEMS），它的疏水基团较大，pKa 值较高，是非常适宜的pH 响应材料。

刘小芳等［17］运用离子交联法包覆姜黄素再与叶酸壳聚糖相偶联制备了叶酸壳聚糖姜黄素pH 敏感脂质体，该脂质体在pH 5.5 的PBS 介质中48 h 的姜黄素累积释放率为96% ，具备极强的pH 敏感性；细胞毒实验证实叶酸壳聚糖姜黄素pH 敏感脂质体具有明显的叶酸受体靶向性，同时对人乳腺癌MCF- 7 细胞和肺腺癌A549 细胞有明显的增殖抑制作用。同时，龚锐等［18］考察了在微酸性环境pH 6.4 条件下，乳腺癌MCF- 7 细胞和肝癌HepG2 细胞对pH 敏感多肽修饰载紫杉醇脂质体的摄取效率，结果证实紫杉醇脂质体经过pH 敏感多肽修饰后，能显著增强药物在酸性环境下的细胞穿透能力，在pH 6.4 时MCF- 7 细胞和HepG2 细胞对药物的摄取效率优于中性环境下的普通脂质体。

2.2 受体介导的靶向纳米给药系统

2.2.1 蛋白类物质介导的靶向载体 蛋白类物质有转铁蛋白（Transferrin，Tf）、乳铁蛋白（Lactoferrin，Lf）和生长因子等，用于修饰纳米载体材料表面，能主动靶向各自受体。Tf 是一种单链非血红素结合铁的β 球蛋白，也是一种单链糖蛋白，能够与恶性肿瘤细胞或血脑屏障脑内皮细胞表面过度表达的转铁蛋白受体（TfR）发生特异性结合，具有主动向脑组织靶向传递药物的功能［19］。

洪忠贤等［20］首先采用Aβ25-35诱导大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤PC12 细胞凋亡来建立阿尔茨海默病（AD）细胞模型，再用Tf 对人参皂苷Re 脂质体表面结构进行修饰，探讨其是否能够有效促进药物透过血脑屏障，将药物转运至病变脑组织发挥药效。细胞毒实验证明Tf 人参皂苷Re 脂质体（Tf- LC- Re）能够增加人参皂苷Re 对PC12 细胞的保护作用；流式细胞术实验证明PC12 细胞摄取Tf- LC- Re 的能力较游离人参皂苷Re 及非TfR 靶向组显著增强。从而证实Tf 能高效地将药物传输至脑组织内皮细胞，为体内靶向性研究提供依据。也有研究［21］利用TfR 在肝癌细胞表面高度表达的特性，用Tf 修饰紫杉醇脂质体（Tf- PTX- LP）研究其对肝癌HepG2 细胞及其肿瘤的抑制效率，荷瘤裸鼠实验结果表明，Tf- PTX- LP 对HepG2 移植瘤的抑瘤作用较强，能高效蓄积至肿瘤组织，同时有效地降低了紫杉醇的毒副作用。

2.2.2 小分子介导的靶向载体 叶酸、生物素及二磷酸盐等小分子物质本身正常存在于人体内，无毒、价廉易得、无免疫原性，在肿瘤的化疗中常作为某种靶向配体而广泛使用。

有研究［22］以新型叶酸靶向材料叶酸- 聚乙二醇- 胆固醇的半琥珀酸盐作为靶向分子，再用聚乙二醇- 二硬脂酰磷脂酰乙醇胺（mPEG- DSPE）对脂质体表面进行结构修饰，考察叶酸受体长循环靶向脂质体的肿瘤靶向分布及对裸鼠移植瘤的抑制效率。结果证实，静注后的药物在荷瘤鼠体内分布广泛，药物在各组织内浓度关系为：肿瘤＞肝＞肾＞胃＞脾＞心，在含有叶酸受体的肿瘤组织具有较高的分布；且肿瘤生长明显受到抑制，瘤体积减少近50% 。生物素在细胞生长的过程中起着重要的促进作用，其受体在肿瘤细胞表面高度表达。Patil 等［23］将生物素进行结构功能化修饰成PLGA- 聚乙烯亚胺，将其与紫杉醇和小分子干扰RNA（siRNA）协同给药，siRNA 能促使编码P- 糖蛋白（P- gP）的多药耐药基因1（MDR1）沉默，从而增加紫杉醇在肿瘤细胞中的聚集，明显抑制上皮样肿瘤细胞的增殖。

2.2.3 透明质酸介导的靶向载体 透明质酸（hyaluronic acid，HA）是由D- 葡萄糖醛酸及N- 乙酰葡糖胺组成的双糖单位，又名玻尿酸，是一种酸性黏多糖。它的透明质分子能携带500 倍以上的水分，广泛存在于人体各组织器官中，尤其是皮肤中大量存在。能改善机体关节功能，使皮肤保湿润滑，防止动脉硬化、脉搏紊乱和脑萎缩等病症的发生。机体内存在多种HA 受体，如肿瘤细胞表面的CD44 受体、透明质酸结合受体（receptor of hualuronic acid mediated motility，RHAMM）、淋巴管内皮细胞透明质酸受体1（LYVE1）及透明质酸内吞受体（HARE）等，其中CD44 与肿瘤的发生、发展、转移密切相关，在肿瘤的研究中占有举足轻重的地位［24］。

研究［25-26］证明通过透明质酸对纳米载体表面结构进行改造修饰，能有效提高载体内所包裹药物的肿瘤细胞富集效率，从而显著提高其抗肿瘤作用。它是机体本身存在的一种物质，可作为装载中药活性成分的载体加以开发及运用。除了在肿瘤治疗方面的应用，在其他疾病的治疗方面也发挥作用。余俊等［27］成功合成壳聚糖- 透明质酸/CD47 动脉粥样硬化靶向抗体纳米粒，在体外可有效吸附到血管内皮细胞及动脉粥样斑块的表面，为动脉粥样硬化靶向给药提供有效载体。

2.3 仿生型纳米给药系统

仿生型中药纳米给药系统是以天然微粒载体为基础，因其具有较好的组织靶向性及低免疫原性，所以成为一种极具开发潜力的药物体内递送系统。该系统能够模拟体内细胞、病毒等物质的结构和功能，复制体内作用过程，将包裹的药物靶向输送至目标部位，在减少不良反应的前提下，获得理想的治疗效果。目前已发表的研究主要集中在哺乳动物细胞、内源性蛋白及病原体等相关方向。

2.3.1 基于哺乳动物细胞的纳米给药系统 基于哺乳动物细胞的纳米载药系统是以细胞为载体，如红细胞、巨噬细胞及干细胞等，与传统的人工合成载体相比具有良好的生物相容性、可降解性、无免疫原性，并且载药量大、靶向性能好等优势。

红细胞具有双面凹盘状的特殊结构，具备优良的装载能力，可将载药纳米粒载入红细胞内，使红细胞胞膜包覆于纳米载体外部，将其伪装成内源性物质，避免机体网状内皮系统（RES）吞噬细胞的识别，从而实现体内长循环的目的。有研究［28］将载有抗肿瘤药物的磁性化合物载入红细胞内制备了红细胞药物递送系统，再利用外加磁场使药物大量富集于肿瘤部位；同时，红细胞外的细菌血凝素糖蛋白可使红细胞载药系统与肿瘤细胞加速融合，促进药物的靶向释放，该转运系统成功实现了细胞和细菌的双重模拟，有效降低不良反应。

2.3.2 基于内源性蛋白的纳米载药系统 蛋白质是人体生命结构中重要的组成部分，内源性蛋白种类繁多，功能各异，能作为载药系统的主要有白蛋白及脂蛋白。

血清白蛋白具有类似蜂窝状的网状多孔结构，此结构能有效装载药物，且白蛋白安全无毒、无免疫原性，生物降解性及生物相容性较好，为优良的载药系统。Li 等［29］将载有冬凌草甲素的纳米粒插入白蛋白网状空隙间，再用半乳糖与白蛋白共价结合后制备成具有肝靶向作用的白蛋白载药系统。经差示扫描量热法及X 线粉末衍射法分析检测，该白蛋白载药系统能将可溶性极差的抗肿瘤药冬凌草有效传递至肿瘤部位，且药物以无定型形式分散在纳米粒中，进入机体后随白蛋白进入肿瘤部位缓慢降解释放。

天然脂蛋白作为良好的运输载体已被广泛研究，近年来新型的人工合成纳米载体能够较好地模拟脂蛋白结构，可通过表面修饰、内核包埋等多种形式实现抗肿瘤药物的体内靶向运输。目前研究较多的是高密度脂蛋白（HDL）及低密度脂蛋白（LDL）拟脂蛋白载药系统。有研究［30］表明，拟HDL 载药体系能与乳腺癌、胰腺癌及淋巴癌等肿瘤细胞表面过度表达的清道夫受体B1 型受体产生特异性结合，借助其内的脂筏/小窝体通路将药物转运至肿瘤细胞质而发挥治疗作用。藤黄酸为天然存在于藤黄科植物藤黄树的干燥树脂，具有较强的抗癌活性，但其水溶性极差。Liu 等［31］将藤黄酸通过内核包埋的方式载入重组人高密度脂蛋白（rHDL）核心，制备了rHDL/藤黄酸纳米复合物，有效改善了藤黄酸难溶性的问题，并表现出较强的肿瘤细胞毒作用。LDL 是血浆中含量最高的脂蛋白，在白血病细胞、人上皮样胃癌、肾上腺癌、结肠癌及前列腺癌等肿瘤细胞上均发现有LDL 受体（LDLR）表达，因此LDL 载药体系具有天然的肿瘤靶向性。有研究［32］利用脑胶质瘤U87 细胞上高表达LDLR 的特点，用葡聚糖包裹装载有荧光增敏剂金丝桃素的LDL纳米粒作用于U87 细胞，发现金丝桃素LDL 纳米粒能通过LDLR 介导的通路实现脑胶质瘤细胞U87 对纳米粒的内吞作用，从而完成药物的胞内递送，其传递效率远高于游离金丝桃素。

2.3.3 基于细胞外泌体的纳米载药系统 外泌体是机体活细胞分泌的一种直径小于100 nm 的囊状小泡，是细胞间信息传递、物质交换的基础。它是一种内源性物质，可由病患体内分离提取，因此无毒、无免疫原性及具有良好渗透性。B细胞、T细胞、神经细胞及肿瘤细胞等均具有分泌外泌体的功能［33］。外泌体能有效装载药物，同时外泌体表面含有多种蛋白质，可作为肿瘤细胞的配体与肿瘤细胞产生特异性结合释放药物而发挥药效。

Sun 等［34］利用EL- 4 衍生的外泌体来构建纳米给药系统，载入抗肿瘤药物姜黄素，通过研究证实其外泌体载药系统能显著增加姜黄素的抗肿瘤活性。同时，外泌体与供体肿瘤细胞的作用不仅依赖配体- 受体特异性结合，还可通过内吞的方式来进行。Kim 等［35］将载有紫杉醇的外泌体作用于犬肾上皮细胞（MDCK），其细胞毒性比游离紫杉醇提高50 倍，这一结果有可能是由于装载有紫杉醇的外泌体通过内吞作用进入细胞内，减少P- 糖蛋白（P- gP）对外泌体的识别和外排，从而增加药物疗效。

3 结语

伴随着药物制剂领域新技术的不断应用，同时与中药学、药理学、药物化学及生理学等学科的有效交叉融合，纳米体系作为肿瘤药物的有效传输系统被广泛认可。目前，国外已有多个纳米药物上市或进入临床应用阶段，而中药纳米制剂的应用还任重而道远。在中药制剂的研究开发中引入纳米技术能有效地解决某些中药活性成分自身存在的缺陷，如溶解性差、生物利用度低、毒性大等问题，为进一步提升我国中药产业的国际竞争力添砖加瓦。

恶性肿瘤的攻克仍是人类所面临的难题，肿瘤的治疗研究已逐步转向分子靶向治疗，但恶性肿瘤的发生是由多因素、多靶点、多环节共同作用的结果，单一阻断某一受体或某一信号通路都不足以达到根治肿瘤的目的。大部分中药具有多种有效成分，有着中药多靶点、多环节作用的物质基础，但中药复方成分非常复杂，目前对于中药抗肿瘤活性成分的研究重点仍是在单体方面，其多靶点追踪还无法实现。因此，需在中医药理论指导下，利用中医归经理论和辨证论治的原则，同时结合现代肿瘤多靶点的治疗观点，在以上综述的已研发出的中药制剂的基础上，希望能合理选择纳米新技术开发出真正的多组分中药纳米给药系统，为肿瘤的治疗带来曙光。