纳米技术在子宫内膜异位症中的应用探索

孙钦坤,陈琼华

子宫内膜异位症(endometriosis，EMs)以子宫腔外存在异常生长的子宫内膜样腺体和间质为特征,该疾病影响10%～15%的育龄期妇女,最常见的症状是疼痛和不孕症[1]。EMs明确诊断依赖有创性腹腔镜手术，缺乏高效的早期诊断方法,治疗以激素调控、手术切除和长期管理为主[2]。然而，激素相关不良反应限制了药物疗法的长期使用。手术的5年复发率超过一半[3]。此外，深部浸润型EMs发生部位解剖结构复杂，手术风险增大且治疗效果不佳。因此，探索新的诊断和治疗策略极其重要。

二十年来，纳米技术在多种疾病中的应用得到广泛探索，尤其是肿瘤领域。一方面，许多报告表明，纳米技术具有改善常规治疗(例如化疗)和成像[例如磁共振成像(MRI)]的潜力[4]。纳米材料可作为药物或成像剂的递送载体，提高利用率并明显降低毒副作用[5-6]。另一方面，许多纳米材料存在理化刺激下的特殊反应。当存在适当光、热或酸碱刺激时，纳米材料形态或性质产生剧烈变化，称为材料的光、热或酸碱响应性。据此开发出了纳米技术中独特的治疗方法，包括光声成像(photoacoustic imaging，PAI)、光热治疗(photothermal therapy，PTT)和基因治疗(gene therapy)等[7]。

近年来，已有文献报道纳米颗粒在EMs疾病模型中的研究[5，8-16]，尚未发现相关的临床试验。然而多种证据表明，纳米技术有潜力为这种难治性的疾病提供新颖的诊断和治疗策略，值得更深入全面的研究。现就纳米颗粒的类型、靶向性特点及治疗方式进行详细介绍。

1 纳米颗粒的类型

常见的纳米颗粒一般分为4类，即脂质体(liposomes)、聚合物纳米颗粒(polymeric nanoparticles)、枝状聚合物(dendrimers)和无机纳米颗粒(inorganic nanoparticles),见图1。

图1 常见纳米颗粒

脂质体是由类似细胞膜的双层磷脂组成的球状体，其研发历史久远且应用最为广泛。最早于1995年，美国FDA批准脂质体Doxil上市，用于治疗多种肿瘤[17]。近年，mRNA脂质体用于开发新冠肺炎疫苗。目前，与EMs相关的脂质体鲜有报道。

聚合物纳米颗粒是由可生物降解或者天然存在的聚合物组成的有机纳米颗粒，如聚乳酸-羟基乙酸(polylactic-co-glycolic acid，PLGA)或者壳寡糖(chitosan oligosaccharide)纳米颗粒[5-6，9-10]。聚合物纳米颗粒的主要优点是以较低的工程化设计难度实现包括响应环境信号(例如酸碱、温度、酶)和表面配体修饰等的复杂功能[18]。EMs相关文献已报道应用壳寡糖-硬脂酸(chitosan oligosaccharide-stearic acid，CSO-SA)[6]、聚乙二醇-聚己内酯(polyethylene glycol-polycaprolactone，PEG-PCL)[15]和PLGA聚合物[9]等包载质粒、siRNA和抗体。

枝状聚合物是一种较大的聚合物纳米颗粒，因分支多，呈树枝状而得名。枝状聚合物拥有非常大的表面积，因而负载能力强。由于分支的单体容易定制，开发特定药代动力学性质的药物相对简单。目前聚酰胺-胺枝状聚合物(polyamidoamine，PAMAM)可与抗体结合以进行靶向治疗[12]。

无机物纳米颗粒已用于EMs诊断与治疗的研究[8，19]。一方面，无机物纳米颗粒拥有性质稳定、功能多样等优点，良好的光热转化性能通常用于MRI和光热治疗。另一方面，无机物纳米颗粒不可生物降解，对机体损伤性大。因此，亟需进一步研究来探索低毒性或无毒性的无机纳米颗粒。

2 纳米颗粒的靶向性

相较于传统药物，靶向性是纳米技术的独特优势。在肿瘤领域，一般认为，通过利用增强的通透和保留效应(enhanced permeability and retention effect，EPR)，可将纳米颗粒被动靶向(passive targeting)至实体瘤。多数肿瘤组织存在大量隔膜未封闭的新生血管以及淋巴管缺陷。因此，适当尺寸的纳米颗粒通过肿瘤血管微孔泄露渗入肿瘤组织，由于淋巴引流减少而在肿瘤微环境中蓄积[20],见图2。

研究表明，EMs病灶血管丰富并处于炎症状态。在腹腔镜检查过程中，经常观察到EMs病变周围的血管增加[21-23]。其中，未成熟血管数量是其他组织的数倍[21]。同样，血管抑制剂可抑制EMs的生长[24]。此外，在实体肿瘤中涉及的血管通透性和EPR效应的各种因素[例如血管内皮生长因子(VEGF)、缓激肽、活性氧(ROS)、一氧化氮(NO)、前列腺素(PGs)]也与EMs相关[22]。异位病变还可通过产生细胞因子、趋化因子和PGs等引起局部炎症反应和免疫细胞改变，尤其巨噬细胞受到关注[23](图2)。由此可见，EMs与实体瘤的微环境相近，可假设全身注射的纳米颗粒同样经未成熟的高渗透性血管渗出并在子宫内膜异位病变中蓄积。

图2 纳米颗粒被动靶向至肿瘤组织图示

利用荧光染料标记纳米颗粒，并通过荧光成像方式追踪纳米颗粒在动物体内的分布，现有几篇文献描述了子宫内膜异位组织中纳米颗粒的积累和保留情况[6，15-16]，但纳米颗粒在子宫内膜异位组织中分布的研究仍相对较少。

在被动靶向的基础上，通过应用靶向配体(例如肽，抗体，小分子等)修饰纳米颗粒实现更强的保留和积累[25]，称为主动靶向(active targeting)。全身注射的纳米颗粒必须首先通过被动靶向到达表达靶受体的组织，进而配体与受体组织结合[26]。Guo X等[16]的研究表明，工程化金纳米颗粒表面的TNYL 多肽标记通过与EMs病灶过度表达的酪氨酸蛋白激酶受体B4(EphB4)受体结合实现更高效的蓄积。

3 基于纳米颗粒的治疗方式

多种形式的纳米颗粒具有治疗EMs的潜力，它既可单独用作治疗剂，又可用作其他药物的递送载体。同时，纳米颗粒的另一个优势是将不同的治疗分子封装在同一递送载体中并作用于疾病的多个治疗靶点。文献表明，针对EMs治疗现已开发了多种基于纳米颗粒的策略，包括传统药物治疗、基因治疗、光疗和免疫疗法，并在动物模型中验证了方法的可行性。

3.1 传统靶点

EMs是一种激素依赖性疾病，另外氧化应激通过在盆腔内引起炎症反应而促进子宫内膜异位的发病和发展。炎症反应可能连同局部芳香酶和雌激素形成炎症-激素的正反馈[27]。氧化应激可诱导VEGF mRNA的过表达和血管生成的增加[28]。Chaudhury K等[8]发现氧化铈无机纳米颗粒可清除自由基并发挥EMs治疗作用，治疗组小鼠观察到血清氧化应激标志物下调与病灶腺体减少。Singh AK等[14]提出了一种基于两种治疗剂没食子酸和强力霉素的组合疗法。没食子酸的抗炎促凋亡特性以及强力霉素的基质金属蛋白酶抑制活性共同作用于病灶。相较于单药组，组合治疗组小鼠病灶腺体数量更少。纳米颗粒还被用于减轻EMs相关性疼痛。Yuan M等[10]应用一种包载疼痛受体拮抗剂A-317491的纳米颗粒治疗疼痛,通过热痛觉测试发现治疗组大鼠痛觉敏感性下降。

3.2 基因治疗

异位内膜组织存在大量异常表达的基因。纳米颗粒发挥的作用类似病毒载体，可将质粒、mRNA和siRNA等包载在内部转染异位细胞。纳米颗粒以其靶向、低毒和高效的优点成功进行体内转染。纳米颗粒进入细胞后形成内吞体(endosome)，RNA从内吞体逃逸后释放到胞质并发挥作用[29]。在EMs领域，Zhao MD等[6]利用聚合物壳寡糖-硬脂酸包载色素上皮衍生因子(PEDF)质粒发挥抗血管作用。在大鼠模型中，治疗使病灶体积减少了约50%。之后，包载水通道蛋白2(AQP2)siRNA的聚合物治疗组同样观察到病灶大小显著下降以及腺体间质的萎缩[5]。

3.3 光疗

作为一种新的治疗方式，光疗利用某些纳米颗粒的光响应性质。它通常分为两类： PTT和光动力疗法(photodynamic therapy，PDT)。在PTT中，吸光分子用于将光能转换成热能并产生病变的局部热疗。产生的热量主要通过诱导凋亡或坏死导致细胞死亡。而PDT是一种主要通过激发光敏剂与分子氧之间的相互作用产生有毒的ROS来破坏病变组织的方法[30-31]。Moses AS等[15]研究出包载硅萘菁 (silicon naphthalocyanine ，SiNc)的 PEG-PCL 纳米颗粒。由于近红外光(near infrared,NIR)穿透力强，可达深部组织，经吸光分子硅萘菁转化为热能。在照射15 min后，病灶局部升温至53℃并导致猴EMs细胞95%死亡。

3.4 免疫治疗

免疫治疗通过激活或抑制免疫系统来治疗疾病，已成为多种肿瘤的治疗热点。免疫疗法通过刺激免疫系统来启动或放大免疫反应，方法是针对特定的免疫细胞群体，例如巨噬细胞、树突状细胞、自然杀伤细胞、T细胞和其他淋巴细胞，或者非特异性刺激多种免疫细胞[32]。Liu Q等[9]研究了包载anti-CTLA-4抗体的PLGA纳米颗粒对CD4 + CD25 + Tregs的作用。结果表明，实验组EMs小鼠腹腔液中CD4 + CD25 + Tregs数量显著减少；共培养过程中，异位内膜间质细胞增殖与侵袭均明显下调。

4 结论和未来展望

尽管纳米药物在EMs中应用的研究仍处于起步阶段，但总结上文内容不难发现，基于纳米颗粒的策略在多种模型中被证明是有效的。不同类型纳米颗粒富集于异位病灶，并根据各自的治疗方式成功地降低了病变大小和腺体数量。由此可见，纳米技术的特点和优势为EMs的诊断和治疗打开了一扇新的大门。EMs相关症状是不可忽视的临床难题，纳米技术能否提供高效的对症方法值得进一步探索。EMs病灶可累及包括卵巢、腹膜、肠管、韧带和膀胱等多种器官，不同分型EMs发病机制存在差异，症状特点不同，这提示了分型对治疗策略的影响。

EMs是一种良性疾病，与肿瘤相比，对治疗的安全要求更高。安全性是开发有效治疗策略中不可忽视的重要考量标准。探索安全高效的策略离不开对材料的优化，而明确纳米材料与EMs细胞和组织的相互作用便成为了一个关键的方向。

如前所述，纳米颗粒在EMs动物模型中显示出与肿瘤相似的生物分布特征和功效，这提示了借助已有的肿瘤领域研究成果发展新策略的可能。然而，EMs动物造模方式多样且未统一，因此给准确评估不同药物的性能带来干扰和困难。

在面临高效诊断和治疗策略屈指可数的情况下，纳米技术能否成为一个新的突破口，这有待于基础和临床的进一步探讨和研究。