pH敏感型聚合物胶束作为药物载体研究进展*

侯 露

(凯里学院大健康学院，贵州 凯里 556011)

为实现药物的靶向治疗，研究者们开发了许多种类的纳米药物载体，常见的有聚合物胶束、脂质体、树枝状聚合物和无机纳米粒子等[1]，用以包载或负载药物靶向进入体内病变组织或病变部位来实现治疗目的。其中聚合物胶束(polymeric micelles, PMs)具有特殊的两亲性核-壳结构，内核为疏水性—可包载疏水性药物，外壳为亲水性—可负载亲水性药物；良好的生物安全性和生物相容性，一定程度减少毒副作用等[2]特性而被广泛应用于药物的靶向治疗当中。但聚合物胶束应用于药物靶向治疗中，仍存在一定的局限性，如PMs体内不够稳定，药物释放缓慢等问题。

研究者们为克服这些局限性，对PMs进行改性，使其成为刺激响应型聚合物胶束，如pH敏感型、氧化还原敏感型、酶敏感型、光敏感型或双重、多重敏感型[3]，以提高其靶向性、稳定性和安全性。本文主要综述pH敏感型聚合物胶束，在靶向治疗中也有着独特的优势。在肿瘤组织中pH低于正常组织中pH[4]，因此可利用肿瘤组织中pH的改变而改变pH敏感型聚合物胶束的稳定性。pH敏感型聚合物胶束在pH=7.4的生理条件下能够保持稳定，从而减少药物提前释放带来的毒副作用，而当pH敏感型聚合物胶束处于弱酸性条件下时，胶束出现溶解、塌陷等结构不稳定现象而实现药物的缓控释释放[5]。

目前pH敏感型聚合物胶束合成策略分为两条：一条是基于酸敏感键质子化或去质子化，实现药物的缓控释释放；另一条是通过酸敏感键作为连接臂键合胶束和药物，实现药物的缓控释释放。

1 基于质子或去质子化机制的pH敏感型聚合物胶束

基于质子或去质子化机制的pH敏感型聚合物胶束是由具有pH敏感性的可电离的基团组成，当改变环境的pH，聚合物胶束将发生质子化或去质子化，分子状态发生改变，使PMs稳定性改变而实现药物的靶向释放。

1.1 阴离子聚合物胶束

阴离子聚合物胶束通常使用羧酸基团作为pH敏感基团，如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸等，此外还有磺酰胺基团、聚谷氨酸等[6]。阴离子聚合物胶束都是基于在酸性条件下PMs质子化，产生相对疏水的分子；而在中性或碱性条件下PMs去质子化，产生相对亲水的分子，亲水-疏水状态的改变使胶束变得不稳定，从而实现药物的靶向缓控释释放。

Cavalcante等[7]制备了由1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇-胺-N-[甲氧基(聚乙二醇)-2000][1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanol-amine-N-[methoxy(polyethyleneglycol)-2000](DSPE-mPEG2000) 和油酸 (oleic acid, OA)组成的DSPE-PEG/OA6 pH敏感型聚合物胶束，用以包载多柔比星(doxorubicin, DOX)，其中油酸中的羧酸作为酸敏感基团。经试验证明，DSPE-PEG/OA6/DOX胶束在生理条件下缓慢释放，但在酸性条件下DOX能够实现快速的释放。与游离DOX和非pH敏感型聚合物胶束相比，DSPE-PEG/OA6/DOX胶束能更好的抑制肿瘤生长，且细胞毒性较低。

Teo等[8]通过功能性环状碳酸酯的无金属有机催化聚合合成了含有二硫键和羧酸基团的 PEG 和聚碳酸酯的生物可降解的pH敏感和氧化还原敏感型双嵌段共聚物胶束，其中羧酸作为酸敏感基团，二硫键作为氧化还原敏感基团。聚合物胶束在pH=7.4的生理条件下只有10%～20%的DOX释放，但置于pH=5.0的弱酸性条件下DOX得到快速的释放。当引入GSH 后，pH和氧化还原性的双重刺激使DOX的释放得到进一步加强。与游离DOX相比，显现出更强的抗肿瘤活性和更低的非特异性毒性。

Wang等[9]制备了一种配体介导的pH敏感型聚合物胶束(aptamer-naringenin@Zeolite imidazole framework-8)/polymeric micelles, AP-(NAR@ZIF-8)/PMs)用以包载槲皮素(NAR)，其中ZIF-18作为酸敏感型基团，AS141作为适体。经试验证明，AP-(NAR@ZIF-8)/PMs)在pH=7.4条件下，仅15% NAR在胶束中释放，但在酸性条件(pH=5.0)下药物能够得到快速和接近完全的释放，且对人肺癌A549细胞和人乳腺癌MCF-7细胞具有显著的靶向和抑制作用，体外研究同时表明AP-(NAR@ZIF-8)/PMs对人肺癌A549细胞和人乳腺癌MCF-7细胞具有抗肿瘤作用。

1.2 阳离子聚合物胶束

阳离子聚合物胶束通常使用弱碱性基团作为pH敏感基团，如聚乙酰亚胺、聚乙烯吡咯烷酮等[6]。这些基团具有可电离的叔胺结构，与阴离子聚合物胶束同理，在酸性条件下质子化成阳离子，在碱性条件下去质子化，而引起阳离子聚合物胶束的分子状态改变，从而改变PMs的稳定性而实现药物的缓控释释放。

Guan等[10]制备了一种叶酸 (folate, FA) 介导和 pH 敏感的主动靶向胶束系统，叶酸-聚(L-赖氨酸)(柠檬酸)-聚乳酸(folate-poly(L-lysine)-citric acid-poly(lactic acid), FA-PLL(CA)-PLA)系统，用于抗癌药物递送，其中聚(L-赖氨酸)中的酰胺键作为pH敏感键，FA 受体介导胶束主动靶向，二者协同作用提高FA-PLL(CA)-PLA胶束的靶向和抗癌作用。经试验证明，在pH=6.5时FA-PLL(SA)-PLA/DOX 药物的释放较生理条件下高，且FA-PLL(CA)-PLA 胶束可以有效地增强 DOX 向癌细胞尤其是细胞核的递送，具有较低的细胞毒性和较高的抗癌活性。

Tang等[11]设计了一种新型pH敏感型二甲基马来酸-聚乙烯亚胺-聚[(1,4-丁二醇)-二丙烯酸酯-β-5-氨基-1-戊醇(2,3-dimethylmaleic anhydride-polyethyleneimine-poly[(1,4-butanediol)-diacrylate-β-5-amino-1-pentanol], DMA-PEI-PDHA)聚合物胶束，用以包载紫杉醇(paclitaxel, PTX)，其中聚乙酰亚胺(PEI)作为pH敏感键。该胶束能够被肿瘤细胞摄取，具有轻微的细胞毒性。在酸性条件(pH 6.6及以下)下胶束解离，实现药物的靶向释放。DMA-PEI-PDHA对酸性 pH、细胞摄取效率和 4T1 细胞的体外细胞毒性、肿瘤中的生物分布和对DPM 4T1肺转移小鼠模型的体内抗肿瘤和抗转移功效均表现比较优异。

Aji Alex等[12]设计了双重响应pH敏感和氧化还原敏感型苯乙烯-alt-马来酸酐聚合物胶束(poly (styrene-alt-maleic anhydride), PSMA)，阳离子结构通过二硫键接枝到聚合物胶束上。苯乙烯-alt-马来酸酐聚合物胶束可以很容易地在水中自组装形成光滑的球形胶束结构，且二硫键可促进聚合物胶束在富含谷胱甘肽肿瘤细胞微环境中释放药物。研究者们分别选择DOX和PLK-1 siRNA作为模型药物和核酸，在生理条件(pH 7.4)下胶束稳定，在酸性条件(pH 5)下药物释放，当加入10 mM 谷胱甘肽(GSH)，药物的释放显著增强，因此苯乙烯-alt-马来酸酐聚合物胶束的pH敏感性和氧化还原敏感性对抑制肿瘤细胞生长具有协同作用。

Liu等[13]通过无铜点击反应制备了两亲性葡聚糖-接枝-聚(2-(二异丙基氨基)乙基甲基丙烯酸酯-共-2-(2′,3′,5′-三碘苯甲酰基)甲基丙烯酸乙酯)(dextran-graft-poly(2-(diisopropylamino)ethyl methacrylate-co-2-(2′,3′,5′-triiodobenzoyl)ethyl methacrylate)，dextran-g-P(DPA-co-TIBMA))，其中聚 (二异丙基氨基) 甲基丙烯酸乙酯 (PDPA) 中的叔胺基团作为pH敏感型基团。当葡聚糖-g-P(DPA-co-TIBMA)在pH 7.4条件下，药物释放缓慢，而在酸性条件下(pH 6 和 5)药物释放速率明显加快。经试验证明，葡聚糖-g-P(DPA-co-TIBMA) 胶束可以在人乳腺癌细胞系 (MCF-7 细胞) 中有效地传递和释放 DOX，在体外具有良好的抗肿瘤效果和生物相容性，体内也可以有效地减少肿瘤的生长。

Yang等[14]制备了基于金刚烷的星形金刚烷-[聚(ε-己内酯)-b-聚(2-(二乙氨基)乙基甲基丙烯酸酯)-b-聚(聚(乙二醇)甲基醚甲基丙烯酸酯)]聚合物胶束[poly(ε-caprolactone)-b-poly(2-(diethylamino)ethyl methacrylate)-b-poly(poly(ethylene glycol) methyl ether methacrylate)]4, Ad-(PCL-b-PDEAEMA-b-PPEGMA)4]， PDEAEMA 中的胺基作为酸敏感基团。Ad-(PCL-b-PDEAEMA-b-PPEGMA)4具有较高的载药能力，经试验证明，DOX的载药率高达22.4%。Ad-(PCL-b-PDEAEMA-b-PPEGMA)4以金刚烷为分子核，因此具有高稳定性。二者独特的优势，使Ad-(PCL-b-PDEAEMA-b-PPEGMA)4在pH=7.4的生理条件下保持稳定，当在pH=4.5的弱酸性条件下，DOX从胶束中释放药物，实现药物的缓控释释放。

2 酸敏感键连接臂的聚合物胶束

酸敏感键在pH敏感型聚合物胶束中通常作为连接臂连接聚合物胶束的亲水链段和疏水链段，其在碱性或中性条件下稳定，但在酸性pH条件下时酸敏感键断裂而使亲水链段和疏水链段分离，从而改变聚合物胶束的稳定性，实现药物的缓控释释放[2]。常见的有腙键[15]、亚胺键[16]、缩醛键[17]、原酸酯键[18]等。

Li等[15]将基于PEG的衍生物APN和疏水性药物泼尼松龙 (prednisolone, PD) 通过酸敏感腙键连接自组装成两亲性耦连PD胶束，它具有高载药量，能够选择性地靶向发炎组织并能够实现药物靶向释放。PD胶束的PD释放具有明显的pH敏感性，在酸性条件下，药物能够接近100%的在96 h内释放。 将 PD 胶束静脉注射到患有胶原诱导性关节炎的小鼠体内，实验结果显示 PD 在受影响的关节组织中释放，并且浓度明显高于注射游离PD，且比游离 PD 具有更好的抗炎作用。

Zhai等[16]制备了聚乙二醇 (PEG) 和功能化聚己内酯 (Polycaprolactone, PCL) 的两亲双嵌段共聚物，并将其用作药物载体。 DOX 通过酸敏感的亚胺键与聚合物化学结合，以获得新型 pH 敏感 DOX 前药(mPEG-PCL-Imi-DOX)。经体外释放曲线表明，在pH 7.4条件下48 h内约20%的共价偶联 DOX从mPEG-PCL-Imi-DOX胶束中释放。然而，48 h后，在pH 6.5和5.0条件下，前药胶束的累积药物释放分别增加了 42.8%±1.5% 和 60.3%±0.8%，因此DOX 释放具有pH 敏感性，并且能够随着 pH 的降低而加速。体外细胞毒性试验表明，与游离 DOX 相比，mPEG-PCL-Imi-DOX对 MCF-7 细胞表现出相对较低的细胞毒性和相似的抗肿瘤功效。

Ma等[19]制备了基于 4-羧基苯甲醛接枝聚(L-赖氨酸)-嵌段-聚(甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱)(4-carboxy benzaldehyde-grafted poly (L-lysine)-block-poly (methacryloyloxyethyl phosphorylcholine, PLL(CB/DOX)-b-PMPC)聚合物胶束，将DOX通过酸敏感亚胺键与 PLL 嵌段结合形成胶束。经试验证明，PLL(CB/DOX)-b-PMPC胶束在生理条件(pH 7.4)下稳定，在酸性条件下大量释放药物。且PLL(CB/DOX)-b-PMPC胶束显示出对 HeLa 和 4T1 细胞的肿瘤抑制作用，在乳腺癌小鼠模型中，也显示出比游离药物更好的抗肿瘤功效和更少的器官毒性。

Yang等[18]制备了含二硫键和原酸酯基团的新型双重敏感型聚乙二醇-胱胺-12-羟基十二烷酸-三氟乙酰胺原酸酯(polyethylene glycol-cystamine-12-hydroxydodecanoic acid-trifluoroacetamide orthoester, PCT)聚合物，用以包载DOX，其中二硫键作为氧化还原敏感型基团，原酸酯基团作为酸敏感型基团。在体外药物释放实验中，模拟肿瘤微环境(含GSH的pH=5.0)中DOX/PCT中胶束在72 h时的累积释放量达到(89.7±11.7)%，而在正常生理环境(不含谷胱甘肽的 pH=7.4)累积释放量仅为(16.7±6.1)%。且DOX/PCT 胶束在体内显示出比游离 DOX 更强的抗肿瘤活性。

3 肿瘤的靶向治疗

3.1 传统治疗方法的弊端

癌症的主要特征是异常细胞的快速生长和扩散，可影响到身体的任何部位从而造成死亡的可能性。癌症已是全世界的一个主要死因，因此对于癌症的治疗一直是科研人员的研究热点。目前常用的癌症治疗方式有放疗、化疗和手术，但传统的治疗方法常伴有靶向性低、毒副作用大和生物利用度低等缺陷[20]。且化疗是作用于全身癌症治疗的方法，抗癌药物容易产生耐药性，当抗癌药物产生耐药性，会使得用药剂量增大，但用药剂量的增大，又伴随着毒副作用的增大和耐药性的增强[21]。

3.2 pH敏感型聚合物胶束作为肿瘤靶向治疗药物载体的分子设计基础

基于传统抗癌药物的靶向性低、毒副作用度高等缺陷，开发靶向性高、毒副作用低和生物利用度高的肿瘤靶向治疗药物载体十分必要。设计pH敏感型聚合物胶束的原理是基于在机体中各组织或细胞室中的pH不同，如在肿瘤组织中的pH低于生理环境下的pH 7.4[6]，且当聚合物胶束被细胞摄取时，往往经过一系列的pH梯度变化，而设计的聚合物胶束在生理环境的pH条件下可以自组装成聚合物胶束，当低于生理环境pH时，对pH敏感的基团或键发生质子化/去质子化、或发生键的断裂，从而影响聚合物胶束结构的稳定性，而实现药物的缓控释释放。

4 结 论

刺激响应型聚合物胶束近年来作为癌症靶向治疗的研究热点已被广泛开发，其中pH敏感型聚合物胶束在癌症靶向治疗中显现出独特的优势。在近年来的研究中，pH敏感型聚合物胶束有着良好的药物缓控释释放特性，相对于游离药物，一定程度可以提高药物的疗效，且细胞毒性相对较低。但目前能够真正应用于临床治疗的pH敏感型聚合物胶束仍比较少，pH敏感型聚合物胶束如何提高其生物利用度和生物相容性，如何进一步提高药物的靶向性、减少药物的毒副作用，如何将其安全的应用于临床治疗中，仍需要科研人员的努力。