间充质干细胞膜修饰纳米粒在肿瘤治疗中的研究进展

许晓燕，卫旭东，吕睿

(1.甘肃中医药大学第一临床医学院，兰州 730000； 2.甘肃省人民医院耳鼻咽喉头颈外科，兰州 730000)

间充质干细胞(mesenchymal stem cell，MSC)是一类具有自我更新和多向分化潜能的多能祖细胞。国际细胞治疗学会定义：MSC表面表达CD90、CD105、CD73，但不表达CD14、CD34、CD45等造血和内皮细胞标志物[1]。干细胞治疗在各生物治疗领域研究逐渐深入，其中MSC被证实除可以通过特异性靶向损伤部位抑制炎症进行免疫调节外，还可以通过趋化作用靶向肿瘤组织。近年来仿生膜研究逐渐增多，不同细胞膜的受体不同，包括生长因子受体、趋化因子受体、细胞因子受体等，其中趋化因子对MSC靶向肿瘤部位具有重要作用[2]。纳米粒一般由天然高分子物质或合成高分子物质合成。功能性纳米粒可以提高抗肿瘤药物的传递效率[3]。在肿瘤治疗中，传统手术只能切除病变部位，而化疗存在肿瘤耐药和异质性等问题，为进一步解决上述问题，有研究将MSC膜涂抹于纳米粒上，结果可以降低免疫原性，避免纳米复合物过快被单核吞噬细胞清除，保护其携带的化疗药物及其他配体分子不被体内肝脏等清除。另外，MSC修饰后的纳米粒具有良好的组织相容性，不仅能增强肿瘤被动靶向性，还可主动靶向肿瘤组织或损伤组织[2]。MSC膜修饰纳米粒被认为是一种更简单、与临床密切相关的负载方法。现就MSC膜修饰纳米粒合成纳米复合物在抗肿瘤中的应用进展予以综述，为肿瘤的临床治疗转化提供理论依据。

1 MSC在肿瘤治疗中的作用

MSC是一类具有再生性和多能性的异质成纤维细胞样细胞，存在于骨髓、脐带血、脂肪组织、胎盘组织中。在一定条件下，MSC可分化为多种功能细胞，如在骨髓中主要分化为骨、软骨和脂肪细胞；在神经组织中，神经干细胞可以产生神经细胞和支持细胞；在造血系统中，造血干细胞则可以形成各种血液细胞等[4]。MSC在肿瘤的发生发展中起双向作用，一方面可以分泌外泌体，促进肿瘤细胞与周围基质的相互作用，通过刺激微环境、促进血管生成，阻止肿瘤细胞凋亡和免疫反应的发生[5-8]。同时MSC对新增组织表现出明显的趋向性，其分泌的外泌体通过刺激促炎症因子和生长因子在肿瘤部位释放，参与肿瘤间质的构建和相关炎症反应的发生。另一方面，MSC分泌的外泌体具有抑制肿瘤的作用，研究发现脐带MSC源外泌体在MCF-7肿瘤细胞中有良好的抗癌作用[9]。肿瘤的发生从正常细胞到恶性肿瘤细胞需至少经历4～7次突变[10]。MSC具有自我更新和分化的能力，在体内分布广泛，不断分裂增殖，导致肿瘤的发生率及增殖错误的机会增大，能够在肿瘤治疗中起到识别和靶向作用[11]。另外，由于MSC缺乏共刺激分子的表达，免疫原性相对较低，在同种异体移植中不需要过多考虑免疫抑制因素[12]。近年来，MSC广泛应用于肿瘤治疗，其中纳米粒结合MSC方面取得突破性进展[13-15]。综上所述，MSC可以提高肿瘤的靶向性以高效杀灭肿瘤细胞，且免疫原性低，在抗肿瘤的转化医学治疗中广泛应用。

2 MSC膜修饰纳米粒在抗肿瘤中的应用

MSC膜能增强合成药物的生物相容性、渗透性、保留效应及对肿瘤的被动靶向效应，在逃避自身免疫系统的监测中发挥重要作用。其中细胞膜具有良好的相容性，能减少药物对人体组织造成的不必要刺激和损伤，且与纳米粒结合后形成的载药系统不仅能增加化疗药的敏感性，还能加强被动靶向性和特异主动靶向性相结合，在抗肿瘤中的治疗起关键作用。

2.1MSC膜在肿瘤治疗中的特性 近年来仿生膜修饰纳米复合物的研究逐渐增多，特别是细胞膜作为自身物质，更具自身优势。不同MSC膜的受体不同，受体介导信号转导后，参与细胞环境及细胞核间的蛋白质合成。MSC膜的受体之一趋化因子有多种受体(如趋化因子受体1、CXC趋化因子受体4、趋化因子受体5、CC趋化因子受体1)，容易在肿瘤组织或损伤部位黏附、迁移。有实验证实，MSC在肿瘤组织中与靶细胞相互结合后转移至损伤部位，将药物或基因等负载物释放到目标位置[16]。用不同的细胞膜(如红细胞膜[17]、白细胞膜[18]、血小板膜[19]、干细胞膜和巨噬细胞膜)分别包裹纳米颗粒后，表现出的靶向组织不同。目前癌症的治疗方法包括手术治疗、化疗、放疗和基因治疗等。手术可以直接切除肿瘤病变部位，但对于远处转移和多器官、多组织损伤的情况，无法切除该病变区组织。另一方面化疗和放疗在杀死病变细胞的同时也会对正常细胞造成损伤。为解决上述问题，研究人员利用MSC膜容易获取、在体内分布广泛等特性，提出用MSC膜修饰纳米粒合成纳米复合物，以期能结合两者的优势发挥最大的生物学效应。

2.2MSC膜修饰纳米粒的制备及表征 天然细胞膜的提取一般先用低渗溶液使细胞破碎，然后经过差速离心，反复挤压得到粒径均一的细胞膜微囊，常见的方法有低渗法、电穿孔法，其他还有利用脂质体直接融合、化学键结合和分子间的范德华力、静电作用、氢键作用等物理方法获取[20]。MSC膜的获取方便快捷，其修饰纳米粒制备常用低渗溶液先使细胞破碎，然后通过物理方法(如挤压)得到MSC膜，利用脂质可以相互融合的特性合成纳米复合物，MSC膜修饰后的纳米粒一般呈明显的球形，其水溶动力学微增及粒径变大，测量Zeta电位发现与MSC膜相当，则认为细胞膜成功包覆在纳米粒表面[21]。MSC膜是否成功包覆在纳米粒表面是纳米粒载药系统成功应用的关键，其可以降低纳米粒在体内的清除速度等[22]。

2.3纳米粒的选择 纳米粒大小为1～100 nm，按化学种类不同可以分为有机纳米粒、无机纳米粒、金属纳米粒、高分子纳米粒等，不同纳米粒的优势不同。近年来纳米粒作为精准传递分子靶向药和化疗药到肿瘤组织的载体，在抗肿瘤治疗中的作用广泛：①纳米粒具有较强的表面效应，即对目的组织有吸附力和生物活性，且可生物降解，无细胞毒性和遗传毒性。②由于纳米分子小，在化疗中能够穿过血管壁进入血液循环到达肿瘤部位。研究表明，正常组织的新生血管与肿瘤组织新生血管的区别在于后者具有一定的渗漏性，绝大多数的肿瘤组织血管具有“小孔”，直径一般为380～780 nm，纳米粒可以穿过毛细血管、组织间隙及组织内皮细胞，将药物在细胞或亚细胞的水平上释放，而正常组织的血管内皮细胞间隙较小，纳米粒不能穿过，这也为纳米粒运输抗癌药物靶向进入肿瘤组织提供了可能，也是其具有肿瘤靶向性的基础[3]。③纳米粒作为药物载体可避免药物被内源性吞噬系统吞噬，提高药物在体内的稳定性，但未经过修饰的纳米药物极有可能被内皮网状系统的巨噬细胞吞噬，只有少量的纳米药物进入目的组织，降低肿瘤治疗的有效率。作为非病毒载体，纳米载体具有特殊的结构及表面电荷，可以根据需要进行修饰，如连接小分子物质，保护其目的基因不受机体血浆、组织细胞中各种补体及酶的破坏，在保证基因转染效率的前提下，纳米修饰后的基因能够长期稳定表达，纳米载体可长时间循环，缓慢释放，延长药物作用时间，与传统的脂质体相比，纳米修饰后的基因能在机体中稳定表达。④除一些纳米粒本身在肿瘤中有一定治疗作用外，修饰后的纳米复合物可以靶向和定位肿瘤部位，通过控制药物在血液中的释放率来提高生物利用度。纳米粒在肿瘤部位的积聚作用包括主动和被动作用，主动靶向方面，可以结合配体产生主动靶向沉积作用，如作用于细胞核。而被动靶向，则由于其在肿瘤部位的高通透性和滞留效应，纳米材料能够更好地透过肿瘤组织和保留在组织中，保证所携带的配体及化疗药等发挥最大作用，这为纳米药物的医学生物治疗提供了理论基础。Le Fèvre等[23]通过去除磁小体表面潜在的有毒物质后，在其表面覆盖多聚赖氨酸，在小鼠胶质瘤中，与单纯化学合成的氧化铁纳米粒相比，覆盖多聚赖氨酸的纳米复合物抗癌效果更显著。近年来，金属纳米粒在生物医学的应用越来越广泛。纳米粒除作为药物载体具有生物相容性和靶向目的组织外，还能通过自身转换将外部光能转换为热能来杀死肿瘤细胞，达到抗肿瘤的目的。Multari等[24]以单宁酸为还原剂，制备了表面包覆金纳米粒的超顺磁性氧化铁纳米粒，超顺磁性氧化铁纳米粒将接收到的光能转化为热能，选择性靶向癌细胞，从而杀伤癌细胞。另外，Yang等[25]研究表明氧化亚铜纳米粒在治疗肾癌时通过促进细胞内钙和活性氧类的积累在体内外诱导内质网应激和线粒体介导的细胞凋亡，并且能降低化疗药物的耐药性，增强化疗药物的敏感性，具有较低的全身毒性。

2.4MSC膜修饰纳米粒在肿瘤治疗中的优势 近年来，MSC膜修饰纳米粒在临床肿瘤治疗研究中有诸多优势。Lai等[26]制备了低免疫原性的MSC膜，即一种新型的仿生膜，表面修饰纳米粒后，不仅可以增强配体分子和药物等被包载和携带物质的靶向性，降低机体对纳米复合物的免疫原性、提高对目的组织识别能力，且本身具有低毒性，减少对其他组织和细胞的损害。以往研究多通过表面修饰配体分子(如叶酸[27]、糖胺聚糖[28]、携精氨酸-甘氨酸-天门冬氨酸肽)来加强药物主动靶向性，但上述配体分子除使受体密度和靶蛋白数量严重缺乏和影响其靶向性外，也可能会激活免疫系统，在一定程度上引起机体对该配体分子的过敏反应[29]。近年来细胞膜作为载体显示出其潜在优势。有报道提出，MSC可以分泌胞外小泡(一种携带蛋白质、核酸和蛋白质的膜小泡)，参与肿瘤的微环境调节、免疫及炎症的发生[30]。

利用MSC的特性包覆纳米粒来靶向高效治疗癌症，对肿瘤有明显的抑制作用，其优势体现在以下几个方面。①同源靶向性：MSC膜还具有主动靶向性，其含有的趋化因子受体可与受损组织产生的因子相互结合，特异地靶向炎症或肿瘤等病变组织。肿瘤干细胞存在于肿瘤部位的侵袭区，传统的化疗药物很难靶向这一部分细胞，这也是肿瘤复发的重要原因。合理地将MSC膜涂抹于纳米粒表面可以达到良好的靶向性，从而提高化疗药物利用度，减少不良反应的发生[31]。Yang等[32]利用MSC膜易获得、增殖能力强等优点，合成聚乳酸羟基乙酸纳米粒，在其表面涂抹一层MSC膜，结果表明，MSC膜可明显提高聚乳酸羟基乙酸纳米粒的细胞摄取能力，增强化疗药物对肝癌细胞的杀伤作用及靶向性，表现为抑制肿瘤生长，诱导肝癌细胞凋亡的作用。用荧光标记后，在共聚焦显微镜下可观察到纳米复合物在细胞吸收过程中完好，进一步研究功能化质膜对纳米粒的细胞摄取情况发现，随着孵育时间延长，细胞摄取率高于裸纳米粒，且功能化纳米复合物在靶向细胞吸收后容易在酸性环境下释放。②免疫原性低且组织相容性好，循环时间长：由于肿瘤血管结构紊乱及其间隙压力较高，大多数传统的被动载药颗粒只能穿过部分间隙，无法到达目的部位发挥高效的药物传递作用。Gao等[33]证实涂抹MSC膜后纳米粒的血液循环时间增加，正常直径>200 nm的颗粒容易激活人类自我补体系统并被内皮网状系统清除，但是MSC膜可以增强趋化、靶向与逃避巨噬细胞的免疫作用，在成功制备MSC膜修饰纳米粒后并对其特性进行评价，发现MSC膜修饰的纳米粒具有较好的相容性，检测血液中的血红蛋白未见溶血。制备MSC膜囊泡，将其悬置于磷酸盐缓冲盐水和胎牛血清中2周，动态光散射法监测发现颗粒大小无明显变化，证实了其在体内外均有长期稳定性，且在苏木精-伊红染色中心脏、肝脏等重要器官组织均未有明显炎症或坏死细胞存在，证明其纳米复合物无明显的不良反应[33]。③减小纳米粒的毒性、增加化疗药物的敏感性，发挥协同作用[21]。Liu等[34]设计包覆MSC膜的阿霉素负载超顺磁氧化铁纳米粒，研究其在结肠癌治疗动物实验中的影响，发现包覆MSC膜的超顺磁氧化铁纳米粒载药系统可降低纳米粒的毒性，提高阿霉素化疗药物的敏感性并减少全身不良反应。Mu等[35]发现包裹磁性纳米粒不仅可加速肿瘤细胞凋亡，还可加强干扰小RNA基因沉默和光热治疗的协同作用。Zhang等[36]构建了携带疏水抗癌药物7-乙基-10-羟喜树碱的干细胞膜伪装聚多巴胺纳米粒，用于恶性骨肿瘤的光热治疗。结果显示，该纳米复合物在近红外辐射和酸性环境刺激下释放，检测该负载后的纳米复合物发现仍保持了良好的光热效应，具有协同光热治疗的作用，是治疗骨恶性肿瘤的有效方法。

3 展 望

MSC膜修饰纳米聚合物在抗肿瘤中的作用使其在生物医学中有良好的应用前景，但MSC膜修饰纳米聚合物的应用安全性及在肿瘤中的双向性作用带来的不良反应还有待探讨。不同纳米粒的特性不同，有些纳米粒自带抗肿瘤功能，同时大部分纳米复合物有亲水性和疏水性两面，因此如何利用不同纳米粒正确包封或结合药物显得至关重要。另外目前已报道的细胞膜修饰纳米粒以单膜居多，能否通过合成双膜来合成更高效率的膜修饰纳米聚合物以达到更好的抗肿瘤效果仍具有挑战性。