载药纳米递送系统在胶质瘤治疗中的研究进展

舒波 甘鸿川 出良钊 周顺军

1贵阳市第二人民医院神经外科（贵阳 550081）；2贵州医科大学附属医院神经外科（贵阳 550004）；3纳雍县人民医院（贵州毕节 553300）

随着日益剧增的压力以及人们对健康生活方式的漠视，越来越多的疾病开始显现，尤其是恶性肿瘤，其发病率与致死率正逐年升高，引起了全世界的关注。常见的恶性肿瘤包括肺癌、乳腺癌、肝癌、结肠癌和脑瘤等。其中，胶质瘤作为中最具侵袭性和致命性的肿瘤之一，具有预后差、术后复发率高［1］、5年生存率低（4% ～5%）等特点［2］。临床的传统治疗包括外科手术、放射治疗和化学疗法等。其中，由于胶质瘤细胞可以扩散进入周围的脑实质，侵袭性地浸润健康脑组织［3］，因此外科手术存在很大的风险。而化疗药物，如替莫唑胺（TMZ）虽已成为治疗胶质瘤的一线药物，但其临床治疗效果并不理想。主要有以下几个方面限制了其治疗效果，首先，口服游离的化疗药物并不能有效地达到肿瘤部位，超过80%的药物会被肝脏分解代谢，且血液半衰期比较短［4］。其次，在中枢神经系统和外周血液循环之间形成的血脑屏障可以保护大脑和全身血液直接接触，这阻止了化疗药物进入大脑［5］。最后，胶质瘤细胞对化疗药物具有较高的耐药性，研究发现60% ～75%的胶质瘤患者对于替莫唑胺的治疗没有明显效果［6］。基于此，对胶质瘤的治疗需要寻求更有效的方式来提高患者的存活率。

近年来，国内外众多科研工作者对微纳米材料进行了广泛和深入的研究，发现纳米材料在药物递送方面具有十分优异的特性。由于肿瘤组织有异于正常组织的特点，例如，高渗透性和滞留性（EPR）效应、缺氧，低pH、多种高表达的酶以及肿瘤细胞内部的高浓度的谷胱甘肽（GSH）［7］等，上述肿瘤特点已成为国内外科研工作者研究多功能载药纳米制剂的基础。本综述主要总结了近年来纳米递药系统在胶质瘤治疗方面的研究进展，为胶质瘤化疗领域提供参考。

1 载药纳米递送系统

高剂量的游离化疗药物治疗胶质瘤患会导致大部分药物被肝脏代谢，同时也会造成全身性的毒性。因此，将化疗药物包埋进入纳米颗粒可以减少药物泄露，减轻全身毒性，延长在血液中的循环时间，并利用EPR 效应累积在肿瘤部位，从而提高治疗效果。替莫唑胺作为胶质母细胞瘤的一线治疗药物，在其自发水解后，会产生一种活性甲基化剂，使DNA 烷基化，最终导致细胞凋亡［8］。然而，替莫唑胺的半衰期短，长期高剂量给药会使患者出现严重的副作用，如骨髓抑制和血液毒性［9］。然而替莫唑胺的水解具有pH 依赖性，使细胞内pH 降低，导致钠氢交换体1 表达上调，从而抵消替莫唑胺诱导的细胞凋亡，导致细胞对替莫唑胺产生耐药性［10］。因此，替莫唑胺水解的活性中间体，5-（3-甲基三唑-1-基）咪唑-4-甲酰胺（MTIC）引起了人们的注意，MTIC 可以避免细胞内替莫唑胺水解引起的瞬时pH 变化。然而，MTIC 的半衰期较短，针对这一问题，DU 等［4］通过可逆加成-链转移聚合的方法合成了一种具有GSH 敏感特性的MTIC-两亲性聚合物。该聚合物可以自发组装成纳米颗粒，且易被肿瘤细胞摄取，并响应肿瘤细胞内的GSH 以及波长405 nm 光的降解释放MTIC，导致DNA 烷基化，诱导肿瘤细胞凋亡。

替莫唑胺之外的其他广谱抗癌药物，例如喜树碱（PTX），阿霉素（DOX），5-氟尿嘧啶（5-Fu）也被用于治疗胶质瘤。PAN 等［11］制备了具有高孔隙率和高比表面积的咪唑沸石骨架（ZIF-8），并将Mn2+掺杂进ZIF-8 中（Mn-ZIF-8）提供核磁成像的功能，随后负载化疗药物5-Fu（Mn-ZIF-8/5-Fu）。体内外实验证明，可以Mn-ZIF-8/5-Fu 不断在肿瘤处积累，响应肿瘤部位的酸性环境，可以有效地清除肿瘤并延长小鼠的存活时间，同时肿瘤部位MR 信号持续增加，实现了胶质瘤治疗与诊断一体化。

2 多药纳米递送系统

将单一化疗药物负载到纳米颗粒中，虽然对胶质瘤的治疗效果优于游离药物，但是由于肿瘤的异质性，单一药物抗肿瘤效果仍不理想，不足以抑制肿瘤的生长和转移。需要较高的剂量才能达到理想的效果，然而高剂量的药物会对正常细胞产生负面影响，并可能引起肿瘤细胞耐药性［12］。因此，越来越多研究致力于多种药物联用治疗胶质瘤。例如，化疗药物与线粒体抑制剂、自噬抑制剂或miRNAs 联用。研究表明，将各种具有不同理化性质的生物治疗分子同时输送到肿瘤部位，可减少化疗药物所需的剂量，在治疗癌症方面实现协同效应，从而最大限度地减少剂量相关的副作用，防止或延缓耐药性［13］。

2.1 化疗药物与线粒体抑制剂 线粒体作为供能细胞器，在细胞的分裂和分化过程中起到重要的作用。因此，靶向线粒体已成为抗肿瘤治疗的重要方式。PENG 等［14］制备了一种葡萄糖和三苯基膦共修饰的多靶点GSH 氧化还原敏感脂质体，内部的亲水区域和中间的疏水区域中分别装载化疗药物DOX 和化学增敏剂洛尼达明（LND）。葡萄糖修饰的脂质体可以穿过血脑屏障并靶向胶质瘤细胞表面的葡萄糖转运蛋白受体进入肿瘤细胞。通过响应肿瘤细胞内高浓度的GSH，暴露出带有正电荷的三苯基膦靶向线粒体，并释放LND 和DOX。其中LND 和三苯基膦可以干扰线粒体功能，从而提高DOX 诱导细胞凋亡的能力。

2.2 化疗药物联合自噬抑制剂 肿瘤细胞的自噬行为有助于肿瘤耐药性的发展，使化疗药物对于肿瘤细胞的清除效果并不理想。自噬作为一种保守的自我消化过程，发生在应激反应之后，清除非必需的细胞器或错误折叠的蛋白质，以确保细胞生存［15］。自噬是癌症进展和化疗耐药过程中的一个重要因素，自噬为快速增殖的癌细胞提供能量，使其能够在不适宜的肿瘤微环境中生存［16］。肿瘤细胞在化疗刺激下通常会激活自噬，可能会使细胞免于药物诱导的凋亡。自噬抑制剂或自噬相关基因的沉默可以使癌细胞对多种化疗药物敏感。其中，3-甲基腺嘌呤（3-MA）通过靶向Ⅲ类PI3K/Beclin-1 复合物来抑制自噬小体的形成，从而诱导癌细胞凋亡［17］。基于此，具有ROS 敏感特性的纳米颗粒用于递送PTX，并修饰血管2-多肽被作为靶向基团。通过在脑部给予超声刺激，可以暂时地开放血脑屏障，增强药物向颅内肿瘤部位的传递。纳米颗粒表面的血管2-多肽可以特异性结合到胶质瘤细胞上，促进细胞对纳米颗粒的吞噬。利用肿瘤细胞内高水平的ROS 降解纳米颗粒，并释放出3-MA 和PTX，通过3-MA 抑制自噬小体的生成提高PTX 的抗肿瘤特性。

2.3 化疗药物联合基因治疗 肿瘤细胞中miRNAs的异常表达与其化疗耐药有关。miRNAs 是一种小的非编码RNA，miRNAs 通过翻译来调控细胞的增殖、分化和凋亡等细胞机制［18］。JIANG 等［19］制备了一种负载miR34a 和替莫唑胺的刺激脂蛋白样纳米颗粒，通过刺激肿瘤细胞的巨胞饮实现了在胞内的靶向积累。miR34a 作为胶质瘤中的肿瘤抑制因子，调控了胶质瘤细胞的自我更新和化学耐药，特别是与替莫唑胺联合使用时，显著提高了替莫唑胺的化疗效果，大幅延长了小鼠生存时间。

3 多模纳米递送系统

单药或多药纳米递药系统治疗胶质瘤，都会存在耐药的风险，从而诱导肿瘤后期的转移与复发。将化疗药物与活性氧（reactive oxygen species，ROS）、高温等非耐药形式相结合，可以显著提高胶质瘤的治疗效果。

3.1 化疗药物联合ROS ROS 具有多种存在形式，比如羟基自由基（·OH），单线态氧（1O2），超氧阴离子（·O2-）和过氧化氢（H2O2）等［20］。具有较强氧化作用的ROS（·OH 和·O2-）可以对蛋白质、多糖等生物分子和细胞器造成严重的氧化损伤［21］；还可以通过破坏血管和激活免疫反应来抑制肿瘤发展［22］。化学动力治疗（CDT）、光动力治疗（PDT）、声动力学治疗等都是产生ROS 的方式，并被广泛应用于抗肿瘤研究，来克服肿瘤的耐药性。XIAO等以N，N′-双（丙烯酰基）胱胺做交联剂，制备了巨噬细胞膜包被的氧化还原敏感特性的仿生纳米凝胶，并原位沉积二氧化锰，物理包埋顺铂［23］，以此联合化疗和CDT 来治疗胶质瘤。该纳米凝胶可以有效地穿透血脑屏障并特异性靶向到胶质瘤细胞，不仅可以消耗肿瘤细胞中的GSH 释放顺铂和二氧化锰，还可以通过CDT 产生·OH，提高了该纳米凝胶抗肿瘤的特性。同时，Mn2+的存在也具有胶质瘤核磁成像的功能。

3.2 化疗药物联合高温、ROS 高温可改变细胞膜的流动性，损伤细胞器功能，抑制肿瘤细胞呼吸，诱导细胞凋亡等［24］。肿瘤局部高温可以通过光热疗法（PTT）得以实现，光热吸收剂可将近红外区（700 ～950 nm）的光能转化为强效热能来损伤肿瘤细胞。迄今为止，科研人员研究了许多光热纳米转换剂，包括IR825、IR783、吲哚菁绿、聚多巴胺和金纳米粒子等。然而，高温会诱导肿瘤细胞中热休克蛋白上调，这可能会增加肿瘤细胞对热应激的耐受性，从而降低PTT 的疗效［22］。因此，将PTT 与PDT、化疗等方法联合使用，将会提高抗肿瘤效果。LU 等［25］设计了一种由氨基酸偶联喜树碱负载IR783 的纳米颗粒，并修饰血管2-多肽作为靶向基团；体外和体内实验结果表明，该纳米复合物可以有效地穿过血脑屏障并靶向胶质瘤细胞。此外，该纳米颗粒具有化疗与PTT 联合治疗的功能，在原位胶质母细胞瘤荷瘤裸鼠中表现出了更好的治疗效果，延长了生存时间。XU 等［26］制备了一种具有以低氧敏感特性的脂质聚合物纳米颗粒，硝基咪唑作为低氧敏感基团，胶质瘤靶向多肽修饰磷脂单元用来穿透血脑屏障和靶向肿瘤细胞，同时负载吲哚菁绿和DOX。当纳米颗粒穿透血脑屏障进入胶质瘤部位后，用近红外808 nm 光照射脑部，吲哚菁绿具有的PDT 和PTT 双重性质，可以产生高温并消耗肿瘤部位的氧气生成1O2；缺氧条件下会导致纳米粒子解聚释放DOX，并实现吲哚菁绿在胶质瘤部位的荧光成像。

4 纳米递送系统的临床应用

目前，脑胶质瘤的临床治疗仍然以外科手术、放疗和化疗为主的综合治疗。虽然近十年来外科手术和放射治疗技术在胶质瘤治疗中获得了很大的进步，但药物治疗以及新药的研发却严重滞后。自从1999年替莫唑胺研发出来后几乎没有脑胶质瘤特效的药物出现。贝伐珠单抗被批准用于胶质瘤的治疗，但对患者总生存期获益不大。因此，全球神经肿瘤学家和药物学家都在努力研发脑胶质瘤治疗新药。目前关于神经胶质瘤相关临床药物有15 项，其中有2 项已经完成，9 项正在招募中，4项尚未招募。在这15 项临床研究用药中仅有卡莫司汀缓释植入剂是以载药递送系统的形式存在。卡莫司汀缓释植入剂包括卡莫司汀及缓释辅料，所述的缓释辅料为丙交酯-乙交酯共聚物，卡莫司汀在卡莫司汀缓释植入剂中的重量百分比为7.5%～30%，丙交酯-乙交酯共聚物的重均分子量为25 000 ～8 000，丙交酯与乙交酯的质量比为（25-75）：（75-25），粘度为0.2 ～1.3 dL/g［28］。其余临床研究药物主要是以小分子药物和单抗形式存在，因此开发高效率低毒的载药纳米递送系统具有广泛的应用前景。

5 总结

胶质瘤作为最常见且最具破坏性的脑癌，有效的治疗效果成为了科研医务工作者共同努力的方向。载药纳米递送系统成为了最有前景的治疗胶质瘤的方式之一。综上所述，载药纳米递送系统具有载药量高、血液循环时间长等优点。但也存在一定的缺陷，单一药物治疗易对肿瘤细胞产生耐药性；多药纳米递药系统可以在一定程度上可以弥补单药纳米系统的耐药缺陷，然而，同一剂型中负载两种药物，较难实现两种药物的顺序可控释放，到达肿瘤部位的药物难以控制到有效抑制浓度等；多模载药纳米递送系统融合了化疗药物、ROS 和高温等多种形式杀灭肿瘤细胞，虽然ROS 和高温的抗肿瘤形式克服了肿瘤细胞的耐药性，但其并不具备组织选择性，对正常的组织也会造成伤害。鉴于上述总结的三种载药纳米递送系统可知，虽然载药纳米递送系统虽然可以响应肿瘤微环境特征信号释药杀灭肿瘤细胞，但是载药纳米递送系统还存在一些亟待解决的问题。比如，虽然载药纳米递送系统在肿瘤部位的富集效率很低，在研究肿瘤靶向给药的同时，还应根据血脑屏障和胶质瘤的结构特征和通透性，设计可以穿透血脑屏障的有效分子，可以使纳米粒子更有效地富集在脑部肿瘤中。同时延长载药纳米递送系统在血液中的循环时间和减少机体对纳米粒子的清除也是设计载药纳米递送系统应该着重考虑的问题。除了增强载药纳米递送系统对肿瘤的治疗作用外，载药纳米递送系统对正常组织的毒性也是科研工作者应该重点考虑的问题。因此，在制备纳米材料的时候，例如有机合成材料，一定要注意后续有机溶剂和杂质的清除；对于无机纳米颗粒要注意防止纳米颗粒的团聚，提高无机纳米颗粒的分散性，以此来避免材料带来的溶血副作用。再者，应采用无生物毒性且能从大脑中去除的可生物降解材料，从而减少对脑部正常组织的伤害。最重要的是，实现从研究到临床的产品转化，建立统一的制备方法，使纳米粒子更均匀、稳定、可控，保证临床疗效。