基于腫瘤治療及超聲分子成像一體化的靶向診療體的研究進展

邢玲溪，杜聯芳

·專家論壇·

基于腫瘤治療及超聲分子成像一體化的靶向診療體的研究進展

邢玲溪，杜聯芳

隨著越來越多的研究者注意到靶向納米或微米載體在荷載藥物、改善影像學診斷的質量、增加影像學診斷方式上的獨特優勢，靶向診療體的發展也越來越完善，如果靶向納米載體同時具有治療和顯像兩種功能，則可實現腫瘤靶向性的診療一體化，這無疑是未來新的發展方向。其基本結構為有機、無機以及雜化的納米材料，內部包載化療藥、siRNA、水解酶等，或者修飾金、鉑等重金屬，表面枝接靶向識別腫瘤細胞或腫瘤新生血管的特異性分子，實現靶向給藥或者靶向熱療等。同時，作為超聲對比增強劑，能夠透過毛細血管間隙進入組織間質，通過表面修飾的特異性分子與腫瘤細胞或間質組織靶向結合，極大地增加了在腫瘤部位的蓄積，使得超聲造影的效果明顯強化。本文根據納米載體的結構及成分進行簡要的分類和總結。

1 有機聚合物納米載體

有機聚合物納米粒子多采用聚乙二醇（mPEG）、聚乳酸羥基乙酸（PLGA）、多聚賴氨酸（PLL）、聚乙丙交酯及甲基丙基酰胺等構成納米粒子或囊泡，內部充填空氣或四氟化碳等，表面修飾多為RGD、抗體及多肽等生物活性分子。mPEG能夠使納米粒子的周圍形成一層水化膜，增強了水溶性，延長循環時間；PLGA是多種代謝快、副作用大的藥物的緩釋載體；PLL富含游離氨基，能夠枝接大量的特異性抗體、多肽以及氨基酸類配體。Duan等成功制備聚乙二醇-聚乳酸羥基乙酸-多聚賴氨酸（mPEG-PLGA-PLL）三嵌段納米粒子，已經在體內和體外的多種腫瘤模型中驗證了優良的性能，粒徑150～200nm，能夠有效透過毛細血管間隙且不被肝脾大量攝取，同時不被快速代謝。在正常兔腎臟以及胰腺癌裸鼠移植瘤模型中表現出良好的超聲增強效果。已經證實cRGD標記的mPEG-PLGA-PLL能夠使乳腺癌細胞攝取更多的熒光素，在裸鼠移植瘤模型中能夠使熒光持續更長的時間，藥代動力學也證實mPEG-PLGA-PLL能夠使藥物半衰期延長、清除率降低、平均抵抗時間延長，與對照組相比，腫瘤生長被抑制同時并無顯著的毒性。mPEG-PLGA-PLL載siRNA在前列腺癌，載蟾毒靈在結腸癌，載順鉑在卵巢癌中顯示了良好的療效。同時，進一步研究其細胞內轉運和攝取機制發現，mPEG-PLGA-PLL納米粒子的攝取具有明顯的時間、濃度以及能量依賴性，主要通過網格蛋白介導的內吞被細胞攝取。Meng等利用PLGA聚合物納米囊泡，內部包載阿霉素，同時充填四氟化碳，粒徑大小約500nm，在兔的VX2鱗癌肝臟移植瘤模型中證實了超聲造影以及抗腫瘤的效果。Jian等將PLGA內包載微粒狀印度墨汁及液態的全氟己烷（沸點56℃），粒徑（472.5±78.01）nm，對紅外激光敏感，可用于光聲成像及光熱治療，全氟己烷受800nm紅外激光照射后溫度迅速升高，產生大量氣泡，增強了超聲造影效果。聚乙丙交酯納米生物相容性好、可降解、易于表面修飾，Lee等在其內部包載碳酸鈣，表面修飾靶向結合神經母細胞瘤表面煙堿型乙酰膽堿受體（nAChR）的狂犬病病毒糖蛋白（RVG）肽，神經母細胞瘤部位呈酸性pH≤5，此環境下碳酸鈣分解產生二氧化碳，能夠起到超聲對比劑的作用，并且他們的研究還表明該載碳酸鈣的靶向納米粒子還產生了良好的治療效果，潛在的機制尚不清楚。

2 有機綴合物納米載體

此類納米載體多由白蛋白、磷脂等通過共價結合或自身組裝形成，并非前述的聚合物。內部載藥和修飾方法與聚合物相同，容易形成納米級囊泡。如Yao等制成包載全氟丙烷的磷脂納米囊泡，納米大小在500～600 nm，超聲造影的效果可與聲諾維媲美，而HIFU消融的效果明顯強于聲諾維。同樣的納米囊泡在Yang等的試驗中表面枝接了生物素化的抗-ErbB2抗體，可以靶向結合到表皮生長因子受體2高表達的乳腺癌細胞，進一步增強了造影峰值的灰度值并且具有靶向給藥的潛能。

3 無機納米載體

這類納米粒子由多孔二氧化硅及石墨烯等構成，其中多孔硅材料的研究比較熱門。內部載藥為阿霉素等化療藥，靶向性的實現可以選擇腫瘤細胞表面的特異性靶點，也可以靶向于腫瘤的酸性和還原性環境。Chen等一直致力于多孔硅納米粒子的研究，多孔硅具有比表面積大、比孔容積大、孔徑可調并且大小均一、質量密度低且結構穩定等多種優點，內部空間大可以高效地荷載全氟烴類或治療藥物，而且目前在多孔硅表面修飾金屬或無機納米結晶的方法也已經成熟（如金、含鐵氧化物等）。具有輔助超聲造影效果的多數內部包載全氟己烷，同時這類納米載體通常在表面修飾金顆粒、氧化鐵及放射性核素等，達到超聲、光聲、CT、MRI及PET等多模態成像。還可包載三硫化二鉍、二氧化鈦及二硫化鉬等。用于腫瘤治療時可在內部包載阿霉素等化療藥，修飾金顆粒者由于紅外吸收可進行熱療，且熱療效果為主。充入全氟己烷者可進行高效HIFU消融。表面修飾除采用肽類、葉酸外，常見的還有二硫化透明質酸，遇腫瘤部位的還原性環境則由交聯變為解交聯，內部藥物才能釋放出來，也有靶向于腫瘤部位酸性環境，遇酸則釋放陽離子。

4 載藥微泡系統或載藥納米-微泡系統

納米-微泡系統是目前診療一體化研究最多，種類最復雜的一類診療體。共同特點是載藥納米附著在微泡表面、包于微泡內部或者納米本身構成了微泡壁。微泡可由白蛋白、磷脂及卟啉等構成，也可到達靶部位之后產生，該系統不僅可以實現主動靶向給藥、增強超聲造影，還可以通過超聲靶向微泡破壞（UTMD）技術實現超聲介導的藥物被動靶向遞送，不同的納米-微泡系統還有各自的特點，通過包載特定的成分可以實現多模態成像，多手段治療。如Moon等將白蛋白紫杉醇納米粒子共價結合到磷脂和卟啉綴合物構成的微泡表面，可進行超聲造影效果及光聲成像。治療方面，于腫瘤局部用一個40 MHz超聲探頭（Visualsonics Vevo 770 Imaging System、Toronto、Canada）在微泡破壞模式下輻照10 min，引起白蛋白紫杉醇的大量釋放。而Wang等制成的脂質微泡包載siRNA微膠束，在低強度超聲輻照下即可產生空化效應。相似的研究出現在Yoon和Cool等制備脂質粒子-磷脂微泡復合體的研究中，脂質粒子可以包載各種化療藥特別是脂溶性化療藥，表面還可修飾識別癌細胞的靶標，主動識別靶細胞。UTMD的應用使得磷脂微泡破壞，打開物理屏障，促進載藥脂質粒子的滲透和攝取，治療的過程可在微泡強化的超聲引導下進行。Chang等的載藥脂質微泡中引入氧氣，不僅有助于克服卵巢癌的缺氧性化療耐受，而且可作為超聲對比劑并輔助UTMD，這為很多乏氧性腫瘤的治療提供了新的思路。

除了白蛋白、磷脂微泡外，納米粒子本身也可以作為微泡壁，如Morch等用PEG化的氰基丙烯酸烷酯聚合成納米粒子，然后該納米粒子通過震蕩能夠形成微泡，內部充填空氣，納米粒子本身則構成了微泡的外殼。Eggen和他的研究團隊也合成了聚乙二醇-聚氰基丙烯酸正丁酯，在形成微泡時加入胎牛血清白蛋白震蕩，納米粒子自我組裝成內充空氣的微泡，微泡大小與震蕩速度有關。由此形成的微泡取得了良好的超聲造影效果，增加聲強聲壓，微泡可以爆破，起到UTMD的效果，促進本身作為微泡壁的納米粒子滲透過毛細血管并增加細胞的攝取。在氰基丙烯酸烷酯納米粒子內部還可以包載脂溶性化療藥、熒光指示劑以及含鐵氧化物，實現腫瘤化療以及磁共振成像，這種形成微泡的方法通過一步乳化法就可完成并且成本低，也就是載藥的氰基丙烯酸烷酯納米-微泡系統有望成為很有前景的可進行超聲造影和磁共振引導下藥物靶向遞送的診療一體化載體。

前述系統合成結束即具有微泡結構，而Gao、Rapoport與Ji等進行了進一步的優化，將生物可降解的聚乙二醇-聚乳酸納米膠束或聚乙二醇-聚己內酯納米膠束內部包載氣液轉換機全氟戊烷，并包載阿霉素，物理加溫時，全氟戊烷氣化形成納米級囊泡，進一步聚集成微泡，繼續實施UTMD促進藥物靶向遞送。此方法的包封率及加熱后全氟戊烷的釋放率均達到90%以上，該實驗甚至還認為載藥納米膠囊的液氣轉換以及形成的囊泡的大小可通過調節聚合物與全氟戊烷的體積比來控制。同樣應用全氟戊烷產生微泡的還有Lee等的研究，采用聚乙二醇-白蛋白聚合物，包載順磁性氧化鐵、紫杉醇以及液態全氟戊烷，與前不同的是，Lee通過超聲觸發全氟戊烷的氣化而非通過物理加溫，改納米-微泡系統的另一特點是，活體應用時，可在體溫狀態下穩定存留10 d之久。

5 展望

綜合來看，腫瘤治療及超聲分子成像一體化的靶向診療體的關鍵點有基本外殼、內部載藥及表面修飾；其次為成像方式和治療手段的多樣化，實現多模態成像和綜合治療。分散而論，靶向包括生物活性分子與腫瘤細胞的主動靶向以及超聲局部輻照、激光局部照射的被動靶向。常見靶點有áva3、葉酸受體、表皮生長因子受體、E-選擇素、P-選擇素、細胞間黏附分子（ICAM-1）或血管細胞間黏附分子（VCAM-1）等或者通過滲透滯留效應，白蛋白親和胰腺癌間質等，靶向到腫瘤細胞、腫瘤間質或腫瘤新生血管，或者是對腫瘤部位的酸性環境、還原性環境敏感。治療及輔助治療方式有載藥并緩釋、HIFU、光熱治療及UTMD促進藥物滲透等。成像方式除超聲造影外，還可輔助CT、MRI、放射性核素成像、光聲成像、熱成像等。總之，腫瘤靶向治療及超聲分子成像的一體化使得腫瘤治療的方式變得多樣化，取得了令人矚目的成就，不同的診療體各具優勢，但研究較多集中在乳腺癌、神經膠質瘤、卵巢癌及肺癌等，而對一些難治性腫瘤如胰腺癌、雄激素抵抗型前列腺癌的研究相對較少，也許是將來研究的側重點。（參考文獻略，讀者需要可向編輯部索取）

10.3969/j.issn.1671-0800.2016.03.001

R445.1

C

1671-0800（2016）03-0281-03

2016-02-15

（本文編輯：姜曉慶）

200080上海，上海市第一人民醫院

杜聯芳，教授，博士生導師；中國醫學影像研究會器官移植超聲專業委員會副主任委員，中華醫學會上海超聲專業委員會副主任委員，上海超聲專業委員會腹部學組組長；獲省部級科技進步二等獎2項；獲上海市醫學科技二等獎1項，獲省級科技進步三等獎2項；在各級學術刊物上發表論文100余篇，其中SCI收錄論文14篇。主編超聲造影專著1部。Email：Du_lf@163.com