納米羥基磷灰石作為新型抗癌藥物的應(yīng)用前景

陳雪寧　王璟　張興棟

摘要 納米羥基磷灰石（HAP）具有良好的生物相容性和生物活性，且對(duì)腫瘤細(xì)胞具有選擇性抑制作用，因此納米HAP有望成為新型的無毒、無副作用的靶向抗癌藥物。文章綜述了前期納米HAP抗腫瘤的研究工作，探討了其可能的作用機(jī)制，展望了納米HAP在癌癥治療領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞 納米羥基磷灰石；抗癌藥物；腫瘤細(xì)胞；作用機(jī)制

中圖分類號(hào) TB3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào)2095—6363（2016）13—0013—02

隨著納米科學(xué)的興起，納米技術(shù)逐漸成為推動(dòng)當(dāng)代醫(yī)學(xué)發(fā)展的主要?jiǎng)恿χ唬{米材料在腫瘤診斷和治療等方面的工作已成為目前研究的熱點(diǎn)。隨著粒徑的下降，納米材料的比表面積增大、表面原子數(shù)增多、表面能和表面張力急劇增加，這就使得納米材料具有小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、極強(qiáng)的表面活性和吸附性，能夠選擇性地作用于腫瘤細(xì)胞，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域（尤其是癌癥治療領(lǐng)域）充分展現(xiàn)出其優(yōu)越性。羥基磷灰石（Hydroxyapatite，HAP）是脊椎動(dòng)物的骨骼及牙齒組成的主要無機(jī)成分，自然骨組織中HAP一般以針狀或者板狀納米晶體的形式存在。人工合成的HAP是一種具有良好的生物相容性、骨傳導(dǎo)性和骨誘導(dǎo)性的生物活性材料，已被廣泛地應(yīng)用在骨修復(fù)再生領(lǐng)域。而近年來研究發(fā)現(xiàn)，納米HAP因其物化特性和小尺寸效應(yīng)，表現(xiàn)出獨(dú)特的生物學(xué)效應(yīng)，尤其是對(duì)腫瘤細(xì)胞具有顯著的抑制作用。由此可望深入探討納米HAP的生物效應(yīng)并拓展其臨床應(yīng)用，以期獲得一種新型的具有良好生物相容性和生物活性的抗癌藥物。

1納米HAP對(duì)腫瘤細(xì)胞的抑制作用

早在20世紀(jì)90年代，Aoki等在體外考察納米HAP顆粒裝載抗癌藥物——阿霉素的抗腫瘤效應(yīng)時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)作為空白對(duì)照組的納米HAP顆粒同樣能顯著地抑制Ca-9癌細(xì)胞的生長，率先提出納米HAP可能具有抗腫瘤效應(yīng)。近年來大量研究表明，納米HAP在體外對(duì)多種腫瘤細(xì)胞的增殖具有明顯的抑制作用，并且其抗腫瘤效果與細(xì)胞種系、納米HAP顆粒的大小、濃度和作用時(shí)間等因素密切相關(guān)。

1.1細(xì)胞種系

研究發(fā)現(xiàn)納米HAP具有細(xì)胞選擇性抑制作用。前期實(shí)驗(yàn)觀察到納米HAP粒子對(duì)正常細(xì)胞（肝細(xì)胞L-02、肺成纖維細(xì)胞MRC-5和角化細(xì)胞HaCaT）的作用極小，而對(duì)3種腫瘤細(xì)胞（胃癌細(xì)胞MGC-803、骨肉瘤細(xì)胞OS-732和肝癌細(xì)胞Bel-7402）的抑制率均大于65%，按抑制強(qiáng)度依次為：OS-732>MGC-803>Bel-7402。對(duì)不同細(xì)胞系的人骨肉瘤來源細(xì)胞，納米HAP粒子的抑制作用也具有差異性，按強(qiáng)度依次為：MG63>U-2OS>Saos-2，且納米HAP可促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖與功能表達(dá)。以上結(jié)果表明，納米HAP可選擇性地抑制多種腫瘤細(xì)胞的生長與增殖，而對(duì)正常細(xì)胞無明顯作用。

1.2粒徑大小

研究發(fā)現(xiàn)納米HAP的粒徑大小是決定其抗腫瘤效果的重要因素之一。肝癌細(xì)胞Bel-7402對(duì)粒徑大于100nm的HAP粒子幾乎不敏感，而粒徑為60nm的納米HAP能顯著地延長肝癌細(xì)胞的倍增時(shí)間并抑制其增殖，4天后的抑制率達(dá)到70%以上。納米HAP還通過抑制肝癌克隆原細(xì)胞，阻止肝癌細(xì)胞集落的形成，同時(shí)降低單個(gè)肝腫瘤細(xì)胞及其群體的增殖能力。粒徑小于100nm的納米HAP粒子誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的能力與其粒徑大小密切相關(guān)，前期研究發(fā)現(xiàn)中等粒徑的納米粒子（45rim）呈現(xiàn)出最強(qiáng)的對(duì)肝癌細(xì)胞HepG2的抑制效果，按抑制強(qiáng)度依次為：45nm>26nm>78nm。

1.3濃度和作用時(shí)間

研究證實(shí)納米HAP對(duì)腫瘤細(xì)胞的抑制率呈現(xiàn)出明顯的濃度和作用時(shí)間的依賴性。Tang等考察了不同濃度梯度的納米HAP粒子（62μg/mL～1000μg/mL）在不同的作用時(shí)間對(duì)多種腫瘤細(xì)胞的抑制效果。結(jié)果表明納米HAP對(duì)腫瘤細(xì)胞的抑制率與納米粒子的濃度和作用時(shí)間分別呈正相關(guān)，即在同一時(shí)間點(diǎn)，隨著納米HAP粒子濃度的增加，其對(duì)腫瘤細(xì)胞的抑制率上升；而在相同濃度下，隨著納米HAP作用于腫瘤細(xì)胞的時(shí)間延長，其對(duì)腫瘤細(xì)胞的抑制率提高。由此可見，納米HAP粒子在高濃度時(shí)可顯著抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，且隨著作用時(shí)間的延長，抑制作用逐步增強(qiáng)。因此，可以通過選取適當(dāng)?shù)慕o藥濃度和時(shí)間，使得納米HAP表現(xiàn)出良好的抗癌效果。

2動(dòng)物模型考察納米HAP的抗腫瘤作用

部分學(xué)者利用動(dòng)物腫瘤模型考察納米HAP粒子的抗癌療效。例如，李世普等成功建立了符合肝癌形態(tài)學(xué)特征的人肝癌裸鼠移植瘤模型，通過每日瘤內(nèi)局部注射納米HAP，發(fā)現(xiàn)納米HAP能明顯抑制肝癌移植瘤生長，連續(xù)注射1周和2周后的抑瘤率分別為77.21%和51.32%。納米HAP還能延長荷瘤鼠的生存時(shí)間。通過肝癌抑制瘤組織的切片染色觀察，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)納米HAP可以降低瘤組織肝癌細(xì)胞的平均核DNA含量、下調(diào)核仁內(nèi)AgNOR數(shù)量、減弱PCNA的表達(dá)，從分子生物學(xué)水平確證了納米HAP粒子可抑制移植瘤肝癌細(xì)胞的增殖。王雄飛等。將納米HAP溶膠通過肝穿針經(jīng)皮注射入VX，荷瘤種兔的肝腫瘤內(nèi)，通過B超征象及病理檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，納米HAP粒子不但能直接或間接誘發(fā)腫瘤細(xì)胞的壞死或凋亡，還能發(fā)生凝聚來栓塞供瘤血管，從而阻斷腫瘤的營養(yǎng)供應(yīng)，抑制其生長。因此，納米HAP有望以栓塞劑或瘤內(nèi)注射藥物的方式應(yīng)用于臨床腫瘤治療。

3納米HAP的抗腫瘤作用機(jī)制

目前，納米HAP抑制腫瘤生長的機(jī)制尚未完全清楚，其可能的作用機(jī)制如下所述。

3.1入胞途徑及細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的變化

納米HAP具有粒徑小、比表面積大、吸附性強(qiáng)等特性，容易與腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞膜結(jié)合，然后通過胞吞途徑被腫瘤細(xì)胞攝入胞內(nèi)，形成囊泡體。透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)納米HAP粒子入胞后將導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的局部超微結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，如：胞漿局部水腫，空泡化嚴(yán)重，線粒體腫脹崩解，嵴結(jié)構(gòu)紊亂，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴(kuò)張；核膜周間隙擴(kuò)大，細(xì)胞核固縮，染色質(zhì)凝集，甚至觀察到圈狀核仁，并伴隨凋亡小體的出現(xiàn)。揭示了納米HAP可能通過引發(fā)細(xì)胞器功能障礙和細(xì)胞內(nèi)環(huán)境失衡，抑制腫瘤細(xì)胞生長

3.2細(xì)胞周期及細(xì)胞凋亡

眾所周知，腫瘤的發(fā)生、發(fā)展與腫瘤細(xì)胞的增殖異常密切相關(guān)。而細(xì)胞增殖周期是多階段、多因子參與的精確有序的調(diào)節(jié)過程，主要分為細(xì)胞分裂期（M期）和靜止期（細(xì)胞間期），其中后者包括：DNA合成前期（G1期）、DNA合成期（S期）與DNA合成后期（G2期）。研究發(fā)現(xiàn)納米HAP可以通過下調(diào)c-myc基因（G1期向S期過渡的必要應(yīng)答基因），上調(diào)p53基因（作用于G1/S期控制點(diǎn)的重要抑癌基因），導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞阻滯在G1期，阻斷細(xì)胞周期的進(jìn)展，抑制其增殖。并且，納米HAP還能夠激活細(xì)胞凋亡通路信號(hào)分子，包括：上調(diào)凋亡執(zhí)行因子Caspase-3、凋亡起始因子Caspase-8、Caspase-9和Bax等，及下調(diào)Bcl-2，從而誘發(fā)線粒體介導(dǎo)的凋亡通路。

3.3其他機(jī)制

納米HAP的抗腫瘤作用機(jī)制還可能包括：納米HAP降解帶來的胞內(nèi)局部高鈣環(huán)境所引發(fā)的細(xì)胞毒性，以及納米HAP對(duì)腫瘤細(xì)胞端粒酶的基因表達(dá)和活性的抑制作用等。

4結(jié)論

傳統(tǒng)的抗癌藥物不僅能殺死腫瘤細(xì)胞，而且對(duì)機(jī)體正常細(xì)胞也具有破壞作用。與之相比，納米HAP可抑制多種腫瘤細(xì)胞的生長（抗癌廣譜性），而對(duì)正常細(xì)胞作用甚微，因此，納米HAP有望成為新型的無毒、無副作用的抗癌藥物，為癌癥治療打開新的突破口。endprint