納米載體逆轉腫瘤耐藥的研究進展

黃 菁，王玉玨，盧麗萍

0 引言

癌癥是全球人類死亡的主要原因之一。據世界衛生組織的報告，每年新發癌癥病例已超過1 240萬，死亡病例已超過760萬。目前大約有50種不同類型的化療藥物用于治療大約200種不同類型的癌癥，導致化療藥物因缺乏特異性而產生嚴重的副作用，從而損壞正常器官。另外，化療藥物雖然可有效殺死癌細胞，但隨著使用時間的延長(也可發生于較短的時間之后)，腫瘤細胞自身即可抵抗這些藥物，即腫瘤多藥耐藥(MDR)作用。為提高療效，減少毒副作用，逆轉MDR作用，研究者對納米顆粒的藥物遞送系統(DDS)，如脂質體、膠束、微細胞、脂質復合物、金納米粒子、磁性納米粒子、碳納米管、樹枝狀合物、量子點、聚合物-藥物共軛物等分子進行研究。將藥物負載或封裝在納米粒子上，更特異地對癌細胞提供裝載藥物，形成了新型的逆轉MDR工具。本文概述了納米顆粒的生物學特性，并重點對利用DDS逆轉腫瘤MDR的途徑和方法進行綜述。

1 納米藥物載體的生物學特性

對于大多數藥物，傳遞系統需要解決的問題有：藥物溶解度、生物利用度、胃腸道吸收、靶向性、緩釋作用、療效、副作用等，而納米載體將藥物包封于亞微粒中，可以調節釋藥速度，增加生物膜透過性，改變藥物在體內的分布，提高生物利用度等。①許多半衰期短的藥物可能需要每天重復給藥多次，但制備成緩釋藥物后，將極大延長藥物作用時間，能解決口服易水解藥物的給藥途徑問題，從而大大降低藥物與胃蛋白酶等消化酶接觸的機會。②納米載體經特殊加工后，可達到靶向輸送的目的，更準確地對準組織或器官，減少藥物對人體的不良反應，實現靶向給藥。③載藥納米粒可以改變膜轉運機制，增加藥物對生物膜的透過性，有利于藥物透皮吸收與細胞內藥物發揮。④納米顆粒具有緩釋效應，使血漿藥物濃度波動小，降低藥物的毒副作用[1]。⑤納米顆粒口服后，主要通過腸道的派伊爾結吸收進入淋巴循環，可避免肝首關效應，增加一些藥物的生物利用度。總之，納米藥物載體在醫藥領域的應用極為廣泛，可在保證藥物作用的前提下，減少給藥劑量，提高藥物的利用率、療效，減少藥物的副作用；可消除特殊生物屏障對藥物作用的阻礙，能攜帶多種化學藥物，使載體及其生物學降解產物易于消除。

2 應用DDS克服腫瘤多藥耐藥的途徑和方法

2.1 應用DDS對MDR蛋白抑制劑的傳遞 藥物的活性取決于其在細胞質和細胞核中的濃度。部分蛋白質(如P-gp、MRP、BCRP、LRP)可運輸內化藥物分子到細胞外部環境；GST通過酶活性解毒藥物分子。因此，為了使藥物分子有效，抑制相應蛋白質或酶是首要關注的問題。已知這些蛋白質或酶的幾種抑制劑可以下調其表達。其中，選擇性抑制P-gp作用的藥物包括維拉帕米、地爾硫卓、奎尼丁、環孢菌素A、阿司咪唑、伊曲康唑、阿霉素-鎵-轉鐵蛋白結合物；同時發現，紅霉素、伊曲康唑、二氟沙星、氧氟沙星、利福平、消炎痛、NSAID類藥物、多柔比星鎵轉鐵蛋白結合物等能抑制MRP的活性。染料木素、雌酮等是BCRP抑制劑的代表[2]。研究證實，多種GST抑制劑，包括依他尼酸、6-巰基己醇衍生物、硝唑尼特、蘆薈大黃素等，通過增強腫瘤細胞對抗癌藥物的敏感性來調節耐藥性[3]。當抑制劑足以對抗耐多藥蛋白的功能時，它們對靶位點不僅沒有特異性作用，還可阻止正常器官靶蛋白的功能，從而產生副作用，如心臟毒性、腎毒性和神經毒性等。為避免這種情況，對腫瘤進行特異性的靶向抑制十分必要。因此，可將這些抑制劑封裝在納米顆粒中并加以特定修飾，使抑制劑可以在特定的腫瘤細胞中發揮下調MDR蛋白表達的功能，這樣藥物可單獨傳遞或通過納米粒子的管理，實現對腫瘤部位的抑制。最近研究表明，通過含有抗腫瘤藥物和外排泵抑制劑的納米載體，如環孢素、維拉帕米和Tariquidar等抑制多藥耐藥蛋白，在腫瘤細胞多藥耐藥逆轉方面有著很好的前景[4-5]。

另外，研究發現，與游離環孢霉素A或僅載阿霉素藥的顆粒相比，共同封裝環孢菌素A和阿霉素的納米粒子，可使阿霉素對白血病細胞的功效高2倍[6]。另一項研究中提出，轉鐵蛋白同時含有維拉帕米和阿霉素脂質體，可以加速細胞內化，使耐阿霉素的白血病細胞中阿霉素有更高濃度的聚集，證實與未修飾的脂質體相比，修飾性納米脂質體能夠逆轉MDR[4]。此外，與非靶向制劑相比，包被紫杉醇和Tariquidar的聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)納米粒在乳腺癌中的療效也有所提高[5]。可知，利用納米粒子實現抑制劑和化療藥物的靶向傳遞，有望成為更加安全、有效的治療腫瘤MDR的方法。

2.2 應用DDS對MDR靶向基因的遞送 基因治療是指在活體將特定的遺傳物質導入靶細胞，改變靶細胞的表型或從基因水平替代、阻抑、控制或攻擊細胞中有缺陷或有害的基因，以達到預防或改變某一特定疾病狀態的目的[7]。基因治療已成為癌癥治療的強大工具，其中，RNA干擾技術給耐藥逆轉提供了新的高效特異性的方法，該技術是將外源性或內源性雙鏈RNA導入細胞后，引起與該段RNA同源的mRNA產生特異性降解，其相應的基因受到抑制，這種發生在轉錄后的基因沉默現象稱為RNA干擾。siRNA對腫瘤MDR的調節作用在于其能直接降解mdr-1mRNA，降低P-gP的表達，從而恢復腫瘤耐藥細胞對藥物的敏感性。近年來，有研究者嘗試通過核酸(RNA干擾，siRNA等)納米粒子控制腫瘤ABC轉運蛋白的表達[5]。由于游離siRNA在血清中不穩定且在細胞中的提取量較少，而載siRNA的運載納米粒子較游離siRNA系統更穩定，具有目標特異性，因而能增強基因轉染[8]。Jiang等[9]用化學合成的siRNA納米粒轉染具有耐藥性的乳腺癌細胞，在RNA和蛋白水平上抑制MDR1基因表達，選擇性地增加了通過P-糖蛋白運送的阿霉素在細胞內的積累，并恢復了細胞對阿霉素的敏感性。Chen 等[10]用陽離子脂質體納米載體包載siRNA (c-Myc) 與DOX對 NCI/ADR-RES 細胞進行體內外實驗，結果表明，聯合治療體系效果對MDR癌癥具有良好的協同作用，與對照組相比差異有統計學意義。另外，配體修飾的納米粒子也能在siRNA傳遞過程中解決靶向問題，這是在MDR腫瘤組織中下調特異性基因的先決條件。Kang等[11]用陽離子脂質體共載了siRNA和化療藥物MEK抑制劑，將其用于腫瘤治療，結果發現，siRNA可以下調Mcl1和pERK1/2蛋白表達且有效減少腫瘤細胞存活時間。Saad等[12]發現，裝載阿霉素和MRP-1及Bcl-2siRNA的脂質體能夠誘導細胞凋亡，逆轉肺癌多藥耐藥。最近，雙序列治療策略用于傳遞包被雙特異性抗體靶向微膠粒的siRNA和藥物，以阻斷多藥耐藥基因的表達。Baselga等[13]應用拉帕替尼和赫賽汀聯合的雙靶向藥物和單獨使用赫賽汀或拉帕替尼治療早期乳腺癌，結果表明，兩藥聯合應用所產生的效果明顯高于單獨使用其中任何一種藥物，且無明顯心臟毒性事件的發生。因此，遞送抗腫瘤藥物到多藥耐藥腫瘤細胞的載體非常重要，可控制通過納米顆粒核酸傳遞基因表達的水平。

2.3 應用DDS調節藥物的攝取途徑 被包封在納米顆粒的藥物相對于游離藥物，具有不同的藥代動力學特性。游離藥物通常通過擴散穿過細胞膜。當它們穿過細胞膜時，膜上的藥物外排泵可感測游離藥物分子，并防止其進入細胞質或使其容易被ABC轉運捕捉后排出。納米載體將成為有效克服游離藥物外排問題，并增加其療效的工具。納米載體是通過非特異性內吞途徑進入細胞，并以“無形”的形式穿過細胞膜，從而防止藥物被外排泵識別。這種類型的內吞作用稱為“隱形”的內吞作用，可以產生細胞內較高的藥物濃度。這些顆粒由內涵體轉運，在近核(或深細胞質內)遠離膜ABC轉運蛋白區域釋放。按照這些步驟，納米載體能夠繞過ABC轉運蛋白，同時，抗腫瘤藥物可以屏蔽細胞解毒酶作用[14]。丁寶月等[15]發現，由于DOX-PAMAM-HA可以通過避開耐藥蛋白如P-糖蛋白對藥物的外排作用，以胞吞形式入胞，從而增加藥物的細胞內攝取，導致與DOX溶液相比，DOX-PAMAM-HA可明顯提高在耐藥腫瘤細胞內的攝取。因此，利用納米載體在腫瘤細胞中調節藥物攝取途徑的作用，將成為逆轉MDR的有效工具。

2.4 應用DDS對靶向腫瘤血管生成的治療 腫瘤細胞的生長和發展需要葡萄糖、礦物質和氧，最初它們通過附近的血管提供，但隨著腫瘤的增長，腫瘤細胞越來越遠離血液供應。其繼續增長必須有新的血管提供營養，如果沒有血管生成，原發腫瘤的生長不會超過1～2 mm3。腫瘤侵襲轉移是腫瘤治療失敗的主要原因，而在腫瘤發生侵襲轉移的過程中，血管生成發揮重要作用。在腫瘤細胞分泌的血管生成調節因子的幫助下，在腫瘤微環境中新血管由預先存在的血管形成，這個過程被稱為腫瘤血管生成。為控制腫瘤生長，可嘗試抑制腫瘤血管生成，此過程涉及下調促血管生成因子的分泌或增強血管生成抑制因子的活性以及向腫瘤血管的內皮細胞(TECS)傳遞抗腫瘤藥物，此過程稱為抗血管生成的治療。腫瘤血管是極易損傷的，有100～600 nm的內皮細胞間隙，間隙長度取決于腫瘤類型、惡性程度和疾病的階段。直徑為100 dnm左右的納米顆粒通過增強細胞通透性和保留(EPR)效應，主要應用于聚集腫瘤血管和腫瘤細胞的腫瘤組織，這是實體瘤中的普遍現象(在一些低血管瘤的情況下例外，如前列腺癌或胰腺癌)。小于10 dnm的納米粒子穿過腫瘤血管上皮細胞(TECs)并迅速被清除，從而導致較短的血液半衰期。而TECs為多藥耐藥腫瘤細胞提供營養支持，藥物通過靶向納米顆粒特異性遞送到TECs，是一種有效治療該類型惡性腫瘤的方法。因此，10～100 dnm的顆粒將適合針對體內靶向腫瘤。臨床上，針對抗阿霉素腫瘤，一旦癌細胞對藥物產生耐藥性，抗腫瘤藥物將很難被輸送到腫瘤細胞進行治療，導致治療失敗。但承載阿霉素的小PEG-LP(100 dnm左右)，可通過EPR效應抵抗腫瘤細胞功能，可用于治療乳腺癌、卵巢癌、AIDS相關的卡波濟氏肉瘤等[16]。

整合avb3、氨肽酶N(CD13)、血管內皮生長因子(VEGF)的受體(VEGF-R2，神經纖毛-1)、腫瘤血管內皮標記(TEMs)等促進血管內皮細胞生長的因子大多由TECs分泌和表達，針對TECs配體或抗體修飾的納米粒子能夠有效遞送抗腫瘤藥物到TECs并發揮作用。Abu-Lila等[17]認為，運載鉑離子的脂質體提供同TECs相互作用的表面分子，從而導致患有黑色素瘤的小鼠有顯著的抗血管生成活性。最近，Bai等[18]發現，裝載K237肽的納米粒子用于遞送藥物給TECs，能夠有效治療P-gp過表達與紫杉醇耐藥的結腸癌。這些靶向治療的方法可應用于MDR癌癥治療中的抗血管生成治療。

另外，對于耐阿霉素腎癌的靶向治療，大顆粒納米載體(約300 dnm)表現最小的EPR效應，并能優先將阿霉素傳送到TECs；小顆粒載體(約100 dnm)主要通過EPR效應直接作用于阿霉素耐藥腫瘤細胞。通過大顆粒傳遞的阿霉素的主要功能是殺死TECs，導致中斷腫瘤脈管系統，不能繼續為腫瘤細胞提供營養，最終引起細胞凋亡或在血液供應依賴的方式下抑制腫瘤細胞生長。因此，用載藥納米顆粒的抗血管生成靶向治療，還具有對化療耐藥腫瘤逆轉化療藥物耐藥的作用。

3 展望

由于自我防御機制，腫瘤細胞表現對化療藥物耐藥，藥物分子失效，最終導致癌癥治療失敗，從而使患者因治療無效而死亡。為逆轉腫瘤細胞的抗藥性，在特定的腫瘤類型中確定導致MDR的關鍵因素非常重要。基于關鍵因素的成功識別，應用DDS技術控制相關的影響因素，可使化療藥物易于傳遞給耐藥的腫瘤細胞，通過細胞對化療的敏感性以及恢復藥物分子活性來克服腫瘤細胞的MDR。隨著對納米載體技術的藥物傳遞系統在腫瘤耐藥的機制研究的深入和臨床診斷水平的不斷提高，腫瘤多藥耐藥的治療有望取得更大的進步。

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