肺部吸入納米制劑治療肺癌的研究進展

中圖分類號 R944.9 文獻標志碼 A 文章編號 1001-0408（2016）31-4460-03

DOI 10.6039/j.issn.1001-0408.2016.31.40

肺部吸入納米制劑治療肺癌的研究進展

李大偉1，2＊，武玉敏3，劉正平1，2，張建強1，2#（1.山東省藥學科學院/山東省生物藥物重點實驗室，濟南 250101；2.山東福瑞達醫藥集團公司/山東省黏膜與皮膚給藥技術重點實驗室，濟南 250101；3.山東大學校醫院，濟南250013）

中圖分類號 R944.9 文獻標志碼 A 文章編號 1001-0408（2016）31-4460-03

DOI 10.6039/j.issn.1001-0408.2016.31.40

目的：為肺部吸入納米制劑治療肺癌提供參考。方法：以“肺部吸入”“納米給藥系統”“肺癌”“Inhalation”“Nanoparticle”“Lung cancer”等為關鍵詞，組合查詢2005－2015年在PubMed、中國知網、萬方、維普等數據庫中的相關文獻，對包載紫杉醇、多柔比星、順鉑、9-硝基喜樹堿等抗癌藥物的聚合物納米粒、脂質體、明膠納米粒等納米制劑肺部吸入給藥治療肺癌的情況進行綜述。結果與結論：共檢索到相關文獻88篇，其中有效文獻29篇。肺部吸入納米制劑可改善藥物生物利用度、提高藥物穩定性，抗癌藥物在肺部區域靶向性地停留可提高其治療指數；同時，肺部吸入低劑量的藥物局部起效，大大降低了藥物對器官或健康細胞的毒性。基于納米技術的藥物通過肺部給藥治療肺癌還處于起步階段，還面臨納米制劑在肺部的吸收和清除、機體外排蛋白的作用、給藥器具的發展等挑戰。納米制劑的藥理學、免疫學、毒理學和大規模生產是未來開發可吸入納米化療藥物需要重點考慮的。

肺部吸入；納米制劑；脂質體；肺癌

肺癌是癌癥中病死率最高的，5年生存率最低[1]，只有15%的肺癌患者診斷之后生存超過5年[2]。化療是治療晚期肺癌的一線方案，化療藥物通常是靜脈注射給藥[3-4]。然而，多數化療藥物存在較多的副作用。肺部吸入給藥作為非侵入性藥物傳遞途徑應用廣泛，相比其他給藥途徑如口服或靜脈注射，肺部給藥不僅可提高藥物的生物利用度，降低細胞毒性藥物造成的不可逆組織損傷，還能提高藥物吸收率，從而可降低給藥劑量[5]。筆者以“肺部吸入”“納米給藥系統”“肺癌”“Inhalation”“Nanoparticle”“Lung cancer”等為關鍵詞，組合查詢2005－2015年在PubMed、中國知網、萬方、維普等數據庫中的相關文獻。結果，共檢索到相關文獻88篇，其中有效文獻29篇。現對包載紫杉醇、多柔比星、順鉑、9-硝基喜樹堿等抗癌藥物的聚合物納米粒、脂質體、明膠納米粒（GNP）等納米制劑用于肺部吸入給藥治療肺癌的情況進行綜述，以期為肺部吸入納米制劑治療肺癌提供參考。

1 聚合物納米粒

聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）是給藥系統開發中最常用的實現藥物緩釋的載體或輔料，具有良好的生物相容性和非細胞毒性。

Tomoda K等[6]制備了含納米粒的微粉化干粉，首先合成納米粒，隨后加入海藻糖作為輔料進行噴霧干燥制得。載抗癌藥TAS-103的PLGA納米粒的平均粒徑約200 nm，PLGA納米粒含有5%的TAS-103，具有較高的霧化性能和持續釋放特性。噴霧干燥制劑的微粒分數（FPF）值是14.35%，而未噴霧干燥的TAS-103 PLGA納米粒只有0.79%。噴干制劑比游離藥物對A549細胞更有效，這可能是由于通過內吞作用或被動擴散作用增強了藥物納米粒的內化。與靜脈注射給藥相比，小鼠通過吸入給予噴霧干燥的載TAS-103的PLGA納米粒后，肺部藥物保留量大幅提高（約高13倍）。

Kim I等[7]通過雙水相（W/O/W）乳化方法合成了高度多孔的PLGA微粒，其中含有多柔比星納米粒，這些微粒使用干粉吸入器給藥，質量平均空氣動力學直徑（MMAD）為（3.6±0.4）μm，在C57BL/6小鼠肺內留存達2周。這些多孔微粒顯著減小了B16-F10肺轉移性腫瘤的質量，而對健康細胞的毒性可以忽略不計。為了增加腫瘤細胞靶向選擇性，同一組研究人員試圖借助腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體Apo2L/TRAIL，使表面多孔載多柔比星的PLGA微粒表面功能化[8]。Apo2L/TRAIL能特異性結合死亡受體DR4（TRAIL-R1），它們通常在癌細胞過度表達。小鼠肺部給予上述微粒后，藥物在原位停留了1周。此外，BALB/c（nu/nu）小鼠H226轉移性肺癌細胞體積的減少更明顯，表明多柔比星和Apo2L/TRAIL之間在促進凋亡方面有協同關系。

Feng T等[9]對載多柔比星和紫杉醇的多孔PLGA微粒治療轉移性肺癌的協同效應進行了評價。在體外，多柔比星和紫杉醇以可溶性形式的組合（質量比5∶1）對B16-F10細胞取得最優協同治療效果。多柔比星和紫杉醇PLGA納米粒聯合吸入給藥在降低肺損傷和腫瘤體積方面效果遠優于兩個成分單獨給藥，二者聯合的PLGA納米粒治療的荷黑色素瘤肺癌小鼠的體質量為（284.0±19.49）mg，單獨使用多柔比星或紫杉醇治療的小鼠體質量分別為（360±33.17）mg和（420±35.36）mg（P＜0.05）。

2 脂質體

脂質體是一種自組裝載體，根據不同的磷脂和膽固醇組成，可制備大小為50～1 000 nm的脂質體。脂質體是迄今為止最成功的納米藥物輸送系統，美國FDA已經批準了幾個脂質體制劑進入市場[10]。磷脂層的存在使脂質體成為包載水不溶性藥物的理想載體，特別是如紫杉醇和多柔比星等化療藥物[11-12]。研究人員開發了一個包含兩種細胞毒性藥物（依托泊苷和多西他賽）和抑癌基因p53的脂質體制劑，以提高藥物對A549和H1299細胞株的作用。該藥由于恢復了p53的細胞凋亡作用，促進了細胞凋亡和壞死的發生，從而導致肺細胞對細胞毒性藥物的敏感性增強。脂質體的平均粒徑為200～350 nm，可持續釋放大約24 h。該脂質體制劑具有非常好的空氣動力學性能，FPF和MMAD分別為33%～37%和2～4 μm[13]。

Koshkina NV等[14]發現，環孢素A的存在提高了霧化紫杉醇脂質體對小鼠的抗癌作用。使用RenCa肺轉移性小鼠模型，給BALB/c小鼠注射100 000個RenCa細胞，24 h后給予霧化紫杉醇脂質體或環孢素A-紫杉醇脂質體，霧化藥物的MMAD約2 μm。在霧化給予環孢素A-紫杉醇脂質體治療后22 d小鼠出現體質量減輕，組織病理學檢查未發現毒性。

Verschraegen CF等[15]對9-硝基喜樹堿肺部給藥脂質體的耐受性和安全性進行評估，并確定Ⅱ期試驗的建議劑量。患者于第1、2、4或6周，連續5天/周接受霧化9-硝基喜樹堿脂質體治療。相比口服給藥，肺部給藥沒有觀察到血液毒性。霧化脂質體給藥劑量的限制毒性是3級化學咽炎，其他副作用包括惡心、嘔吐、咳嗽、氣喘、胸悶和喉嚨痛。參與試驗的有些患者癌癥病情得到部分緩解，表明脂質體肺部給藥治療具有治療潛力。

脂質囊泡包載（SLIT）的順鉑的體外細胞毒性和體內藥動學研究分別使用人腫瘤細胞系NCI-H460和SD大鼠進行，結果SLIT順鉑與游離順鉑的半數抑制濃度（IC50）分別是0.55 μg/ml和0.49 μg/ml，顯示二者有相似的細胞毒性。氣管滴注給藥的SLIT順鉑表現出肺部積聚增加和腎臟暴露量減少，從而最大限度地降低了腎毒性風險。吸入SLIT順鉑14 d后未觀察到肺組織、腎臟或骨髓病理學改變，表明該藥無組織或器官毒性。在SLIT順鉑的抗癌潛力方面，吸入給藥制劑比注射給藥大幅減少了腫瘤轉移模型的負擔。Ⅰ期臨床試驗在17例原發性或轉移性肺癌患者中開展，研究霧化SLIT順鉑的安全性、最大耐受劑量和藥動學參數，給藥方案是患者1～4 d連續吸入給藥，治療周期為21 d。結果霧化藥物的MMAD和幾何標準偏差分別是3.7 μm和1.9；在最大給藥劑量下，沒有出現限制給藥的毒性；與順鉑有關的常見的全身毒性如血液毒性、腎毒性、耳毒性和神經毒性也未觀察到；最常見的副作用有惡心和嘔吐，以及1～2級用力呼氣容積下降[16]。

3GNP

明膠是一種變性蛋白，通過酸或堿水解動物膠原蛋白獲得。明膠的一個特點是含有正電荷或負電荷或疏水性氨基酸數目的比值約1∶1∶1[17]。類似于其他納米給藥載體，GNP顯示出抗癌活性增強和藥物持續釋放以及低細胞毒性的特點。

Tseng CL等[18-20]制備了載順鉑GNP，并用腫瘤特異性配體表皮生長因子（EGF）進行了修飾，研究了修飾后納米粒的體外和體內定位能力及抗癌效果。結果，載順鉑GNP的IC50低至1.2 μg/ml，而游離順鉑是2.54 μg/ml，表明載順鉑GNP對體外A549細胞的療效比游離順鉑更好。吸入順鉑納米制劑后藥物在小鼠肺部的積累比游離順鉑溶液要高得多（P＜0.05），霧化液滴99%的微粒的MMAD為0.5～5 μm。

Karthikeyan S等[21]制備了白藜蘆醇（RSV）GNP，研究了其在NCI-H460細胞肺癌中的抗癌功效。RSV-GNPs為球形，平均直徑294 nm，藥物的包封率為93.6%。體外藥物釋放動力學表明，開始有一個突釋階段，然后持續釋放RSV。RSVGNPs比自由RSV能更快速和更有效地被細胞吸收。此外，RSV-GNPs對NCI-H460細胞的抗增殖效果大于RSV。RSVGNPs治療比游離RSV治療具有更大的活性氧生成量、更多的DNA損傷和更高的細胞凋亡發生率。紅細胞聚集試驗表明，RSV-GNPs沒有引起不良反應。高效液相色譜分析顯示，RSVGNPs的半衰期比RSV長。因此，GNPs可能是一個提高難溶性藥物RSV治療指數的有前途的給藥系統。

4 其他納米給藥系統

Roa WH等[22]在制備多柔比星納米粒的過程中使用了泡騰分子作為輔料，評估了泡騰化可吸入多柔比星納米粒的有效性。與非泡騰納米粒相比，荷腫瘤小鼠給予泡騰納米粒后存活時間延長。Al-Hallak MH等[23]也證明含多柔比星泡騰納米粒在肺深處沉積，主要分布在肺，在其他組織或器官的分布可以忽略。

Kaminskas LM等[24]研究了聚乙二醇化賴氨酸聚合物-多柔比星軛合物在原發性或轉移性肺癌中的應用，對軛合物延長化療藥物作用時間的可能性進行了探討。氣管內滴注給予小鼠后，在24 h內平均60%的聚合物分子從肺部清除，然后是一個緩慢清除階段。多柔比星軛合物的生物利用度范圍為10%～13%，給藥1周后約15%的藥物仍然在肺部留存。軛合物通過肺部給藥2周后，減少肺部腫瘤負荷超過95%，而通過靜脈注射給藥只有30%～50%的減少。上述結果表明，肺部吸入給藥大幅提高了生物利用度，并且延長藥物的作用時間。

Choi SH等[25]制備了一種疏水自組裝納米粒，包含多柔比星、辛醛和人血清白蛋白（HSA），通過TRAIL蛋白修飾，增加了協同凋亡效應。霧化TRAIL-doxorubicin-HSA軛合物很好地沉積在小鼠肺部，藥物緩釋達72 h。

Taratula O等[26-27]探討了介孔二氧化硅納米粒（MSN）作為載體吸入給藥特異性靶向治療肺癌的可行性，結果發現較多的納米粒聚集在肺。此外，這種給藥途徑保持了化療藥物和siRNA的活性，從而增強了肺細胞凋亡作用。

Patlolla RR等[28]通過高壓乳勻法制備了載環氧化酶2抑制劑塞來昔布的納米脂質體，輔料包括三酰甘油、山崳酸甘油酯和辛酸/癸酸三甘油酯等。納米粒脂質體的平均粒徑為（217± 20）nm，體外釋放試驗結果顯示，藥物釋放呈控釋動力學特征。霧化液滴的FPF、MMAD和幾何標準偏差分別為75.6%、1.6 μm和1.2。此外，載塞來昔布的霧化納米粒在肺組織中的藥-時曲線下面積增大了4倍。上述結果表明，該納米脂質體具有適合肺部吸入給藥的動力學參數，給藥后可提高局部藥物濃度、增強藥效。

有研究發現，倉鼠吸入5-氟尿嘧啶脂質涂層納米粒30 mg/kg（相當于1.5 mg/kg的5-氟尿嘧啶）后，體內藥動學顯示該納米粒具有治療肺癌的可行性。納米粒子主要沉積在呼吸道，特別是在肺、氣管和咽喉，在24 h內被清除出呼吸道[29]，表明吸入藥物主要起局部治療作用，同時可以降低全身毒性。

5 結語

肺部吸入納米給藥系統是一個相對較新的概念，尤其是在肺癌治療領域。肺部吸入納米制劑可通過改善藥物生物利用度、提高藥物穩定性和抗癌藥物在肺部區域靶向性停留來提高治療指數；同時，肺部吸入低劑量的藥物局部起效，大大降低了藥物對器官或健康細胞的毒性。除了這些優點，在肺癌治療中納米給藥系統還有額外的診療優勢，包括成像、篩選和藥物跟蹤等。

然而，基于納米技術的藥物通過肺部給藥治療肺癌還處于起步階段，因此還面臨許多挑戰，包括納米制劑在肺部的吸收和清除、機體外排蛋白的作用、給藥器具的發展等。納米制劑的藥理學、免疫學、毒理學和大規模生產是未來開發可吸入納米化療藥物需要重點考慮的。

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（編輯：余慶華）

2016-01-11

2016-06-01）

＊副主任藥師，碩士。研究方向：藥物制劑。電話：0531-81213061。E-mail：david9999@126.com

#通信作者：主任藥師。研究方向：藥物制劑。電話：0531-81213060。E-mail：zhangjqiang@126.com