抗腫瘤藥物及其對實體瘤組織的靶向穿透作用研究進展

印登陽 鄒佳輝 張嘯天 王安琦

（1.江蘇省靖江市人民醫院，江蘇 靖江 214500；2.徐州醫科大學，江蘇 徐州 221000）

隨著科學技術日益飛速的發展， 人們生活水平的不斷提高， 醫藥事業的突飛猛進， 人們對疾病的認知和預防都有了質的提升， 對于疾病的治療也得到了很好的改善。 近年來，較之以往傳統的疾病譜，現如今已有了顯著的變化， 從前較為可怕的一般性的傳染性疾病通過目前的診療手段， 逐漸都能得到很好的控制，而發病率高、 存活率低、 預后差的惡性腫瘤成為了日益常見且威脅性極大的疾病之一， 嚴重影響著人們的生活水平和質量。 我國腫瘤發病率高，人口基數大，病例數相當龐大， 有資料顯示占全世界病例數的55%。目前在世界范圍內， 癌癥已經成為了人類致死的第二大原因。

安全有效的抗癌方法及抗癌藥物是目前最需要突破的難題，一直以來都在不斷的研究和探索中。 化療是目前應用最廣泛且有效的治療惡性腫瘤的手段，能夠明顯延長患者的生存時間。 但是在不斷使用和實驗過程中，化療藥物對患者產生的極大的痛苦及副作用越來越被人們認識到。 尤其對于實體瘤組織，化療藥物在組織中的分布往往是有限的，并不能有效地發揮其抗腫瘤的效果， 因此只有更深入的剖析腫瘤發生發展的機制，不僅僅局限于細胞毒性作用， 改善藥物在腫瘤部位的分布，才能對腫瘤的治療有突破性的發現[1]。

國內外對于抗腫瘤藥物的開發和研究， 近年來都有了很多的發現和成果。 通過分子機制層面的研究，結合目前基因工程和化學合成的先進技術以及天然抗腫瘤藥物成分的發現， 越來越多的抗腫瘤藥物和手段得以廣泛應用[2]，尤其對于靶向制劑、靶向給藥系統的運用， 給抗腫瘤藥物發揮其抗腫瘤效果提供更好、更大的空間。 本文就目前較為熱點的一些抗腫瘤藥物與方法，及其作用機制進行簡述。

1 腫瘤微環境

與正常組織細胞不同， 腫瘤組織細胞在發生發展過程中， 細胞周圍微環境發生了很大的變化。 這種微環境的變化使得抗腫瘤藥物只能蓄積在腫瘤組織的外圍， 而無法進入到深部。 同時， 藥物在腫瘤部位有限的、 不完整的、 不均勻的分布阻礙了藥物達到腫瘤細胞致死濃度，進而發揮抗腫瘤的效果[3]。

人體通過血管運輸氧氣和營養物質到組織細胞中， 并且能夠有效地運輸并提供絕大多數的藥物，但是在實體瘤組織中， 這種組織的穩態被打破。 腫瘤組織通常有著比毛細血管更快的增殖潛力， 因此腫瘤細胞快速增殖使得血管分離開來， 降低了血管密度并產生了遠離血管的細胞群[4]，這種變化的過程影響了血管的結構，使血流不規律，并且壓迫血管和淋巴管，甚至使淋巴功能缺失。 這種組織血管網的紊亂和淋巴管功能的缺失，導致了腫瘤組織間隙液壓(Interstitial fluid pressure, IFP)[5-6]升高。 升高的IFP 使得藥物在腫瘤部位的穿透受到了極大的阻礙。 實體瘤組織是一種多細胞層的結構， 與正常組織相比， 其細胞密度較大。 因此， 外圍的血管分布較多， 而接近中心的部位血管分布相對較少。

相較于其它一些分子腫瘤學、分子藥理學、基因免疫治療方法， 這些腫瘤組織病理生理上的一些特點往往是容易被大家所忽略的。 腫瘤微環境的改變使得藥物的靶向遞送和發揮藥效有很大的限制和阻礙。 與此同時， 這些與正常組織的不同特征給予靶向制劑的研究以更大潛力將這些微環境的特征加以利用， 使得抗腫瘤藥物更好的富集在腫瘤組織部位， 解決有限分布的問題， 也降低了這些抗腫瘤藥物的全身性作用，減輕患者的痛苦，提高他們的生活質量。

2 抗腫瘤藥物及方法

2.1 免疫療法

單克隆抗體類免疫檢查點 (immune checkpoint inhibitor)抑制劑[7]包括PD-1/PD-L1 通路與PD-1/PDL1 抑制劑、CTLA-4 抑制劑及其它類型的一些單克隆抗體。 目前研究發展最快的抗程序性死亡蛋白1(programmed death 1, PD-1) 在臨床試驗的過程中卓有成效，PD-1 能夠在免疫反應的效應階段在活化的T細胞、B 細胞以及髓細胞上表達，其能夠與結合介導的T 細胞活化共同抑制信號，負性調節人體的免疫應答，從而抑制T 細胞表達其原有的殺傷性能。 PD-1/PDL1 抑制劑通過特異性的結合來抑制PD-1/PD-L1 表達， 使得功能受到抑制的T 細胞恢復識別腫瘤細胞的能力，實現自身免疫抗癌。細胞毒性T 淋巴細胞抗原-4(cytotoxic T-lymphocyte antigen 4, CTLA-4)是一種作用于免疫反應階段的跨膜蛋白， 它在T 細胞上活化表達，抑制T 細胞免疫應答，來減少活化的T 細胞并組織記憶性T 細胞的生成。 通過研究表明， 腫瘤細胞自身的誘導，能夠激活CTLA-4，使得已經活化的T 細胞失活， 實現腫瘤自身的免疫逃逸 (immune escape)。CTLA-4 抑制劑通過阻斷CTLA-4，恢復T 細胞的活性并延長記憶T 細胞的存活時間， 恢復自身對腫瘤細胞的免疫功能控制腫瘤的進展。

此外還有一些免疫療法應用治療性抗體、 癌癥疫苗、細胞治療、小分子抑制劑、免疫系統調節劑等等方法試圖抑制殺傷腫瘤細胞。 例如通過設計殺傷性的抗體， 利用抗體依賴細胞介導的細胞毒作用 （antibodydependent cell-mediated cytotoxity, ADCC）、 補 體 依 賴 的細胞毒作用（complement-dependent cytotoxity, CDC）和抗體直接誘導細胞凋亡等途徑對腫瘤細胞實現有效的殺傷作用。 免疫療法在不斷的探索與論證的過程中漸趨成熟， 且在不斷地研究過程中具有極大的可能， 能夠給腫瘤的治療提供更安全有效的途徑。

2.2 新生血管生成抑制劑

此前有科學家提出， 腫瘤在發生發展的過程中可能產生一種可擴散的“血管生成物質”，因此借助阻斷血管的生成可能是抑制腫瘤生長的一種策略。 這種可能性促進了對 “促和抗” 血管生成因子成分的深入研究。 76 年Gullino[8]發現癌前組織中的細胞在癌變的過程中獲得了血管生成能力， 并設計此概念用于預防癌癥，之后通過遺傳學方法被證實。 與正常的血管相比，腫瘤的脈管系統是高度紊亂的： 血管扭曲擴張， 直徑不均， 分支過度并且分流。 這可能是由于血管生成調節劑（如內皮生長因子VEGF 和血管生成素Ang 等）失衡引起的。

腫瘤血流的紊亂和多變導致了腫瘤部位的缺氧和酸性區域的生成， 這些情況會降低藥物治療的效果，調節血管生成激動劑和抑制劑的產生， 選擇惡性和轉移性更強的細胞， 此外， 缺氧還可能選擇對缺氧失去凋亡反應的細胞進行無性繁殖， 分泌的各種血管生成因子刺激了血管的生成， 使得血供充足的腫瘤繼續增大以及轉移擴散[9]。最近的發現表明，缺氧激活了缺氧誘導的轉錄因子 (HIFs)， 它是誘導多種血管生成因子如VEGF、一氧化氮合酶(NOS)、血小板源性生長因子(PDGF)和其他的一些因子表達的主要開關。

隨著多種血管生成因子的發現， 以這些因子作為靶點的新生血管生成抑制劑也逐漸的被開發出來。 尤其較為重要的VEGF，它起著促進血管內皮細胞增殖，誘導新生血管生成的作用， 間接的， 它也起著促進腫瘤轉移擴散的作用。 因此，VEGF 及其受體成為了抑制新生血管生成的理想的靶點。 由此開發出的抗腫瘤藥物具有許多的優點：在治療前，腫瘤已經初具規模，這種因子在腫瘤部位早已高度表達， 因此這種抑制劑的特異性較高； 內皮基因在表達上較為穩定， 不易產生耐藥性； 血管內皮細胞暴露面積大， 藥物易于直接作用在內皮細胞上， 且在血管中藥物易于遞送富集，達到治療濃度。 新生血管生成抑制劑也因其穩定有效應研究與應用較廣泛。

2.3 其它抗腫瘤藥物

除了上述目前研究較為熱門的抗腫瘤藥物及方法， 還有其它一些如細胞信號轉導分子為靶點的抗腫瘤藥物、 端粒酶抑制劑、 反義藥物、 腫瘤耐藥逆轉錄劑、 基因治療及抗癌中草藥等等。 這些不同的抗腫瘤藥物都通過不同的途徑在分子、 細胞、 組織等不同的層面直接或間接的抑制或殺死腫瘤細胞或組織。 隨著研究的不斷深入， 更多更為有效的抗腫瘤藥物在不斷的被開發出來。

3 抗腫瘤藥物對實體瘤組織的靶向穿透作用的研究

藥物在體循環的遞送以及腫瘤微環境的影響，使得抗腫瘤藥物發揮其抗腫瘤效應受到了很大的阻礙，如何克服這些障礙， 使得抗腫瘤藥物能夠有效地向功能血管遠端的細胞遞送并達到殺傷腫瘤的濃度， 是最需要的解決的問題， 因此抗腫瘤藥物的靶向穿透作用的研究至關重要。

由于抗腫瘤藥物在腫瘤血管中擴散分布形成了一定的濃度梯度，隨著時間的變化，藥物不斷地被消除，體內的藥物量也會隨之變化。 血管的滲透性影響著藥物穿透腫瘤的效果， 但是在一些腫瘤組織中， 可以觀察到一些已經破裂開窗的血管， 此時血管滲透性就顯得不那么重要了。 通常情況下， 藥物通過擴散和對流滲透到正常的組織當中， 再通過液體經淋巴管重新保持平衡。 然而， 腫瘤部位往往缺乏具有正常功能性的淋巴管，從而可能導致腫瘤部位IFP 水平升高，間接可能導致抗腫瘤藥物在血管兩側的對流減少并且抑制大分子抗腫瘤藥物的擴散與分布。 此外， 抗腫瘤藥物的理化性質在一定程度上也影響著藥物通過血管擴散并進一步穿透腫瘤組織的效果， 水溶性的藥物比較易于在細胞外基質中分布， 因此能夠有效地在細胞周圍和細胞之間分布擴散； 脂溶性的藥物能夠穿透脂質膜，因此可以穿過細胞進行運輸。 當然它們的擴散穿透仍然收到微環境的影響。

目前已經有很多方法用來模擬腫瘤細胞組織的結構，用于抗腫瘤藥物穿透的研究，例如多細胞模型、多細胞球體(Multicellular spheroids)、多層細胞培養(Multilayered cell cultures,MCC)以及體內考察等等。多細胞模型是目前最為常用的模型， 能夠直接考察抗腫瘤藥物的分布以及效果， 能夠規避體內代謝的一些復雜的因素，但是這種體外的模型無法模擬實體瘤組織的微環境的特征，例如：多變的IFP、基質細胞及藥物在血管內外對流的影響。 多細胞球體是腫瘤細胞的一種球型聚集體， 能夠反映實體瘤組織的很多的特性， 模擬出實體瘤組織層層包裹的致密的結構， 能夠通過將模型暴露在抗腫瘤藥物中來考察藥物穿透腫瘤組織的效果，通過層層剝落， 也能考察藥物到達實體瘤組織深度的情況。 多細胞層培養通過實驗也被證實了能夠反應實體瘤的多種特性， 包括細胞外基質的產生、 營養物質的濃度和細胞增殖梯度、 以及較厚細胞層中的缺氧壞死區域等等。通過應用MCC 模型可以定量研究抗腫瘤藥物在介質中的濃度以及穿透擴散進入組織中的量。 近年來也有人運用熒光標記的方法直接檢測組織中的藥量進行體內分布研究， 通過熒光標記抗體來檢測藥物對細胞的影響。

4 討論

雖然隨著輔助治療的發展， 對于手術或放療后的微小轉移的治療， 存活率有了很大的改善， 但是大多數復發的癌癥往往都是致命的， 主要就是因為無法根治嚴重的轉移性疾病。 因此如何有效的將抗腫瘤藥物有效地遞送到每個腫瘤細胞進行有效的根治是我們需要重點攻克的難關。 隨著藥物的靶向穿透以及擴散機制的不斷深入研究， 展現出極大的潛力用以解決這些難題。

科學技術在不斷的發展， 人們對于腫瘤的理解和認識也會不斷地向前進步， 對腫瘤的預防、 診斷和治療也會不斷的改善和提高。 相信在不久的將來， 腫瘤將不再成為人類健康問題的一大威脅。