血小板及其膜仿生學在動脈粥樣硬化中的應用進展

李琦玉，張 寧，陳 婧，黃浙勇

復旦大學附屬中山醫院心內科，上海市心血管病研究所，上海 200032

動脈粥樣硬化(AS)在全球范圍內仍是心血管疾病最常見最重要的病因，而血小板在動脈粥樣硬化的多個發展階段中發揮了重要作用。血小板是一種直徑在1～3 μm的小的、盤狀的、無核的血細胞，來源于骨髓中的巨核細胞[1]，通常負責維持體內的止血功能[2]。靜息血小板在血液中循環維持血管完整性，但在內皮功能障礙時可迅速激活，隨后黏附于受損血管處[3]。血小板還可以與炎癥細胞結合，起到募集炎癥細胞聚集到炎癥內皮處的作用，并強有力地黏附于內皮下基質[4]。斑塊破裂后會誘發血小板放大聚集反應，在病理條件下，血小板大量聚集會引發致命性血栓形成，導致心肌梗死[5]。而血小板的這種功能多樣性主要來源于其獨特的表面成分，主要負責免疫逃逸、內皮下黏附、病原體相互作用[6]。其中，血小板抵達受損血管是通過膠原受體α2β1和糖蛋白受體GPⅥ、Ⅰb-Ⅴ-Ⅸ和vWF受體等黏附內皮下基質[7]。所以根據血小板的諸多特性，可以直接利用血小板搭載藥物，或利用血小板膜的特性與納米顆粒結合，提高納米顆粒的循環周期和靶向運送效率。典型的納米顆粒(nanoparticle，NP)直徑通常在1～100 nm，可以由有機材料如脂質、金屬、無機材料或上述材料混合而成[8]。NP可以包裹藥物等運送到人體的靶點，是一種更安全、更有效的藥物遞送方式，而細胞膜-納米顆粒在藥物運送、疫苗和解毒方面也不斷發展[9]。本文將著重介紹血小板在藥物遞送系統中的應用，血小板膜仿生學和納米顆粒結合的發展以及這些技術在動脈粥樣硬化中的應用前景。

1 血小板載體

NP的大小、形狀、表面電荷、穩定性和其他各種特性都可以被調整，以最大程度發揮其在體內的優點，但是水溶性低、生物利用度差、代謝快、特異性有限和不良反應等限制仍需改善[10]。與NP相比，循環細胞有許多優點。它們具有高度的生物相容性和可移動性，具有較長的循環壽命，生物可降解性，天然的靶向細胞/組織，具有較高的載藥能力，在循環中非常穩定，能夠跨越生物屏障[11]。各種類型的細胞被研究用于藥物遞送系統，包括巨噬細胞、T細胞、中性粒細胞、干細胞、紅細胞和血小板[12]。血小板載體因其在凝血止血、機體固有免疫應答、腫瘤轉移等方面的關鍵作用而受到越來越多的關注。此外，血小板的循環壽命僅為8～10 d，這種快速的循環時間可以避免不必要的體內積累，負載的藥物可在血小板活化時自然釋放[13]。Xu等[14]利用天然血小板負載阿霉素(doxorubicin，DOX)治療淋巴瘤并降低了DOX的心臟毒性，血小板負荷DOX還具有高載藥量、高包封效率的特點。但由于血小板在血栓形成和腫瘤發展中的負面作用，全血小板產品有限的保質期來維持其生物功能，意想不到的血小板活化的發生等，會顯著影響治療穩定性[15]。因此，天然的血小板負荷抗AS藥物可能仍待商討，或者簡單地用血小板膜進行工程處理是解決上述問題的一種方法。

2 血小板模擬運送系統

血小板的作用主要是通過其膜表面蛋白實現的，所以研究者利用納米技術和生物結構(如功能肽、模擬細胞膜受體或整個細胞膜本身)來設計仿生NP，以更好地實現靶向運送藥物的可能。Kona等[16]將GPⅠb偶聯到NP上以模擬血小板黏附損傷動脈壁，以提高NP在流體剪切力作用下對炎癥內皮細胞和損傷動脈壁的黏附和靶向性。GPⅠb偶聯的NP可以控制負載藥物在血管受損處的釋放，這對于AS的治療是具有應用價值的，但是該修飾顆粒是否會和血小板發生競爭有待進一步研究。此外，血小板會與活化的單核細胞相互作用靶向到梗死區域，所以Cheng等[17]收集血小板膜蛋白組，整合到脂質體膜上以制備類血小板蛋白脂質體(platelet-like proteoliposome，PLP)。與不經血小板膜蛋白修飾的脂質體相比，PLP能夠特異性結合單核細胞，靶向損傷組織而非內皮細胞。Anselmo等[18]用膠原結合肽、vWF結合肽和線性纖維蛋白原模擬肽修飾血小板樣納米顆粒來靶向血管損傷部位。血小板模擬運送系統為設計具有良好生物相容性的仿生顆粒提供了一種新的策略，且利用血小板通過表面膜蛋白聚集到受損血管處的性質為抗AS的治療提供新的可能。

3 血小板膜包裹納米顆粒(platelet membrane-cloaked nanoparticles，PNP)

PNP是血小板膜和100 nm的聚乳酸-羥基乙酸[poly(lactic-co-glycolic acid)，PLGA]納米顆粒融合而成，所得的PNP尺寸約比裸露的NP大15 nm，但具有與血小板和血小板膜源囊泡相同的表面電荷[19]。與未包裹的NP相比，PNP減少了巨噬細胞樣細胞對NP的攝取，且沒有誘導補體活化[20]，循環時間明顯延長，半衰期超過24 h[21]。這種PNP保留了類似血小板的特性，如選擇性地黏附于受損血管[22]。由于外表面有大量帶負電荷的唾液酸分子，血小板膜的外表面和內表面之間存在著電荷分布的差異。Hu等[19-23]使他們的納米顆粒帶負電荷。因此，通過與血小板外膜的靜電排斥，納米顆粒優先與內膜結合，保證外膜的受體在體內發揮作用。

實現模擬受體結合納米顆粒所需要的復雜化學修飾可能會破壞蛋白質結構，且結合一種或幾種蛋白質并不能完全模擬血小板的生物功能[24]。因此研究者利用細胞膜包裹納米顆粒來構建仿生納米材料。Hu等[19]開發了血小板膜包裹納米顆粒，并首先證實了血小板膜蛋白的完整性。Dehaini等[25]成功制備了一種結合了兩種不同細胞類型功能的新型細胞膜包裹納米顆粒，其保留了血小板膜和紅細胞膜各自的特性，而紅細胞膜可以顯著延長循環周期。Wei等[26]發現在小鼠模型中注射PNP可以靶向抵達AS斑塊區域和有發生斑塊傾向的區域，這給靶向治療動脈粥樣硬化和早期發現AS帶來了可能性；又利用Gd修飾的PNP，作為MRI的造影劑，在注射1 h后，發現斑塊區和潛在的AS處都有顯著的信號。Song等[27]給apolipoprotein E-deficient (ApoE-/-)小鼠模型注射PNP，其運載的雷帕霉素可以有效靶向AS斑塊，延緩AS進展，穩定AS斑塊。PNP作為藥物遞送系統，可以在減少藥物的系統毒性和延長循環周期的同時，靶向運送該藥物到斑塊處，這在AS的治療上發揮了重要作用。

4 應用與展望

當血小板黏附在血管損傷部位并被激活時，血小板會瞬間產生肌動球蛋白介導的肌肉樣收縮，這種收縮會顯著降低血栓的總體大小，同時這種激活依賴的收縮反應可以用于控制藥物的釋放[28-29]。Hansen等[30]因此構建了聚電解質多層(polyelectrolyte multilayer，PEM)膠囊，其外表面含有纖維蛋白原，進入體內后與αⅡbβ3結合并形成血小板-雜交PEMs。然后利用血小板收縮力，在血管受損處裂解釋放載荷Ⅷ因子止血。這種利用血小板收縮力和血流剪切力的納米材料同樣可以運用到AS的治療中，相比于膜包裹的納米顆粒可以在靶向運送藥物的同時快速實現藥物釋放。

血小板微粒(platelet microparticles，PMPs)是從活化的血小板上脫落下來的直徑0.1～1 μm的磷脂雙分子層碎片，表面的整合素GPⅡb-Ⅲa和P-選擇素片段促進了與纖維蛋白原、纖維蛋白、活化血小板和白細胞的結合[31-32]。Pawlowski等[33]利用PMPs的性質設計了脂質體納米顆粒，模仿PMPs的多價配體受體作用，擯棄了其促血栓促炎等不良反應，靶向運送溶栓藥物到AS所致血栓處。

血小板膜的應用主要是最近幾年興起的，在證實了血小板膜的生物特性后發現其應用于生物材料領域的價值。血小板由于天然的生理性質可以直接作為藥物載體，但也正是因為其功能多樣性和不易保存等特點，某種程度限制了其應用。而生物工程利用其細胞膜表面蛋白的性質，模仿血小板表面膜蛋白修飾納米顆粒，或血小板膜包裹納米顆粒可以完整地保留膜蛋白，或利用受體配體作用結合體內血小板，又或是利用血小板分泌的微粒的特性設計納米顆粒等，這些生物工程的應用，給靶向遞送藥物到AS所致血管損傷和血栓處帶來了極大的應用價值。盡管如此，這些生物材料的安全性和有效性還需要大量的動物實驗和進一步的臨床試驗的驗證。