腫瘤的高滲透長(zhǎng)滯留效應(yīng)探析

蔣瀧玉

摘要：腫瘤是目前臨床難題之一，一旦轉(zhuǎn)移或發(fā)展成癌癥將難以治愈。腫瘤的高滲透長(zhǎng)滯留效應(yīng)（EPR，the enhanced permeability and retention）是實(shí)體瘤組織由于腫瘤血管細(xì)胞間隙較大，具有與其他正常細(xì)胞不同的特性，使大分子類(lèi)物質(zhì)具有高通透性和滯留性，通過(guò)腫瘤血管細(xì)胞間隙，滯留于腫瘤細(xì)胞組織，使大分子抗癌藥物具有被動(dòng)靶向作用，能更好發(fā)揮藥效。腫瘤的EPR效應(yīng)是未來(lái)臨床治愈腫瘤和癌癥的基礎(chǔ)，但是EPR效應(yīng)現(xiàn)在還存在爭(zhēng)議，而且腫瘤的耐藥性會(huì)限制EPR效應(yīng)的應(yīng)用。基于此，通過(guò)閱讀近些年的腫瘤相關(guān)的外國(guó)文獻(xiàn)，討論和總結(jié)腫瘤的EPR效應(yīng)的相關(guān)知識(shí)。首先介紹了腫瘤EPR效應(yīng)的概念;然后分析了EPR效應(yīng)的過(guò)程和原理;接著介紹了腫瘤中的血管的特征，指出了EPR效應(yīng)的爭(zhēng)議，最后進(jìn)行了總結(jié)和展望。

關(guān)鍵詞：腫瘤;EPR效應(yīng);靶向;爭(zhēng)議

中圖分類(lèi)號(hào)：F24文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.05.035

1腫瘤的EPR效應(yīng)的概念

EPR效應(yīng)，即實(shí)體瘤的高通透性和長(zhǎng)滯留效應(yīng)。大多數(shù)實(shí)體瘤的血管結(jié)構(gòu)有缺陷，常產(chǎn)生大量的各種血管通透性因子（簡(jiǎn)稱(chēng)VEGF），因此，大多數(shù)實(shí)體瘤顯示出高通透性，即大分子藥物選擇性外滲，這將確保向腫瘤組織提供足夠的營(yíng)養(yǎng)和氧氣以便快速生長(zhǎng)。大于40kDa的大分子選擇性地從腫瘤血管中漏出并積聚在腫瘤組織，即長(zhǎng)滯留效應(yīng)。EPR效應(yīng)考慮到腫瘤血管獨(dú)特的生理特性，促使大分子轉(zhuǎn)運(yùn)到腫瘤組織中，且這種EPR效應(yīng)驅(qū)動(dòng)的藥物遞送到腫瘤組織，且并不發(fā)生在正常組織中。

2腫瘤的EPR效應(yīng)的過(guò)程及原理

腫瘤的EPR效應(yīng)的過(guò)程示意圖如下圖1所示：負(fù)載藥物的可降解納米顆粒進(jìn)入腫瘤組織血管后，因?yàn)槟[瘤組織血管結(jié)構(gòu)的缺陷，腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)的不規(guī)則的排列，間隙較大，顯示出通透性，所以負(fù)載藥物的可降解納米顆粒能通過(guò)腫瘤血管壁細(xì)胞的間隙進(jìn)入腫瘤組織間，通過(guò)納米顆粒的降解和在濃度梯度下的藥物的擴(kuò)散，驅(qū)動(dòng)藥物進(jìn)入腫瘤組織，發(fā)揮藥效。EPR效應(yīng)是分子量依賴性現(xiàn)象，大于40kDa的分子或顆粒顯示出延長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間，并因此非常緩慢地從身體清除。因此，這些分子以選擇性的方式逐漸滲透到腫瘤中。為了使納米載體在腫瘤部位有相對(duì)較高的積累更好發(fā)揮藥效，實(shí)現(xiàn)腫瘤被動(dòng)靶向，需使納米顆粒的尺寸與腫瘤血管內(nèi)皮裂隙尺寸相匹配，尺寸過(guò)小可能導(dǎo)致藥物缺乏腫瘤選擇性或所謂的選擇性毒性，尺寸過(guò)大可能使藥物無(wú)法進(jìn)入腫瘤組織間。在基于體內(nèi)EPR效應(yīng)靶向給藥方面，10-1000nm的顆粒大小可能是最佳的藥物分子尺寸。

3腫瘤中的血管特征

3.1腫瘤血管的異常：形態(tài)學(xué)

與正常組織和器官相反，大多數(shù)實(shí)體瘤表現(xiàn)為血管密度高（血管過(guò)多），尤其當(dāng)腫瘤較小時(shí)（有些例外是胰腺癌和前列腺癌和大型轉(zhuǎn)移性肝癌）。這一發(fā)現(xiàn)可能與EPR效應(yīng)的異質(zhì)性相關(guān)。腫瘤組織的血管間隙大是眾所周知的最重要的特征之一，這是因?yàn)榭梢韵蚰[瘤組織提供大量氧氣和營(yíng)養(yǎng)，來(lái)維持腫瘤的快速生長(zhǎng)。Fokman首次論證腫瘤產(chǎn)生血管生成VEGF。血管再生是當(dāng)腫瘤直徑大于0.8～1毫米時(shí)開(kāi)始。形成的新生血管維持腫瘤的血液供應(yīng)。掃描電子顯微鏡（SEM）觀察顯示腫瘤血管新生（血管床），腫瘤結(jié)節(jié)小于0.2毫米。

新形成的腫瘤血管通常有異常，包括有寬窗孔的缺陷內(nèi)皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)不規(guī)則的血管排列，缺乏平滑肌層或神經(jīng)支配、寬管腔和功能性受體受損血管緊張素Ⅱ。血流行為，如血流方向也不規(guī)則或不一致。觀察腫瘤血僅在15到20分鐘內(nèi)流動(dòng)一次，之后停止一段時(shí)間;此外，血液經(jīng)常在相反的方向流動(dòng)。

3.2腫瘤組織的清除與淋巴結(jié)的轉(zhuǎn)移

腫瘤組織通常缺乏有效的淋巴引流。在正常組織中，淋巴系統(tǒng)能有效恢復(fù)來(lái)自間隙空間的大分子和脂質(zhì)顆粒。例如，碘化罌粟油用于淋巴管造影術(shù)，因?yàn)樗饕峭ㄟ^(guò)淋巴系統(tǒng)恢復(fù)的，其在淋巴管中的存在可以通過(guò)X射線系統(tǒng)顯現(xiàn)。對(duì)于大分子藥物，觀察到相同的回收路線。Maeda課題組首次使用碘油作為載體，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)SMANC（在1979，Maeta等報(bào)道了與聚合物（苯乙烯-馬來(lái)酸共聚物，SMA）偶聯(lián)的抗癌蛋白新卡那斯汀的第一次合成，命名為SMANCS）在碘化罌粟油溶解時(shí)被注入腫瘤供血?jiǎng)用}（例如，通過(guò)肝動(dòng)脈到肝癌和腎動(dòng)脈腎細(xì)胞癌），它選擇性保留在腫瘤組織中，而非正常組織中。同樣，當(dāng)伊萬(wàn)斯藍(lán)/白蛋白復(fù)合物被注射到荷瘤小鼠后，復(fù)合物積累和保留在腫瘤中持續(xù)了一個(gè)多星期;伊萬(wàn)斯藍(lán)/白蛋白在正常的皮膚組織中逐漸被正常淋巴功能的非腫瘤組織清除，通過(guò)淋巴系統(tǒng)被逐漸運(yùn)走，并在1到2周內(nèi)消失。但在腫瘤組織中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)伊萬(wàn)斯藍(lán)/白蛋白的這種被清除的現(xiàn)象。

此外，雖然淋巴系統(tǒng)不能正常運(yùn)作，但在腫瘤組織中，它是腫瘤轉(zhuǎn)移的主要途徑，使細(xì)胞進(jìn)入正常組織中。淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移是最常見(jiàn)的腫瘤之一，因此控制其發(fā)展成癌癥是至關(guān)重要的。

此外，在起源于結(jié)腸癌和胃癌的轉(zhuǎn)移性肝癌人中，動(dòng)脈給藥（用碘油制成的SMANC藥物），在轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)中的有蓄積現(xiàn)象，并有良好的治療效果。SMANC在淋巴結(jié)中的蓄積轉(zhuǎn)移不通過(guò)淋巴途徑發(fā)生，而是通過(guò)動(dòng)脈血液供應(yīng)發(fā)生，從而證明了EPR效應(yīng)。因此，大分子藥物應(yīng)該是有效的診斷方法。淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的治療腫瘤血管的這些結(jié)構(gòu)和解剖特征系統(tǒng)構(gòu)成了EPR效應(yīng)的基礎(chǔ)，這導(dǎo)致了大分子脂質(zhì)類(lèi)藥物外滲。最近相關(guān)研究人員與Christophi教授在墨爾本大學(xué)的合作，在小鼠中使用了轉(zhuǎn)移性肝腫瘤模型，驗(yàn)證腫瘤血管的解剖特征。在與正常組織中的血管相比，具有均勻的血管網(wǎng)絡(luò)和取向（圖2A～C），腫瘤血管清楚顯示異常血管網(wǎng)，表現(xiàn)出高滲透性，用掃描電鏡觀察丙烯酸樹(shù)脂的泄漏（圖2D，E，E中箭頭所示）。

4腫瘤的EPR效應(yīng)的爭(zhēng)議

爭(zhēng)議1： 腫瘤，尤其是轉(zhuǎn)移癌的中心區(qū)域，不顯示EPR效應(yīng)，并且顯示出比其他部分更少的大分子聚集。大多數(shù)體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究使用的是直徑通常至少為0.5-1cm的小鼠腫瘤;較大的腫瘤（例如，直徑1-2cm）往往含有更多的壞死組織或高度低血管區(qū)域（因此血管滲漏的機(jī)會(huì)較小，腫瘤生長(zhǎng)的機(jī)會(huì)較小，因?yàn)槿鄙傺埽?解決方案：為了解決這些問(wèn)題，研究人員最近開(kāi)發(fā)了一些方法，通過(guò)升高血壓或通過(guò)應(yīng)用一氧化氮（NO）釋放劑，來(lái)增強(qiáng)EPR效應(yīng)，并實(shí)現(xiàn)更均勻的藥物遞送至腫瘤。前者利用流體動(dòng)力學(xué)增強(qiáng)藥物遞送，后者通過(guò)腫瘤組織中NO的生成。這些進(jìn)展使人們可以設(shè)想在臨床情況下通過(guò)高分子藥物改善癌癥化療。

爭(zhēng)議2：藥物遞送到靶腫瘤組織的各種障礙

（1）血管壁是藥物傳遞到靶腫瘤組織的第一道屏障。然而，根據(jù)EPR的作用機(jī)制，大分子藥物很容易從腫瘤血管泄漏處到達(dá)腫瘤組織間質(zhì)。因此，腫瘤中的血管壁不作為高分子藥物或納米藥物的屏障; 相反，它們促進(jìn)大分子藥物選擇性地傳遞到腫瘤組織，成功將大分子藥物輸送到腫瘤細(xì)胞。

（2）第二個(gè)障礙是需要穿過(guò)靶細(xì)胞周?chē)幕|(zhì)組織和細(xì)胞中的靶分子。許多腫瘤組織被凝血衍生的基質(zhì)凝膠，如纖維蛋白凝膠或基質(zhì)組織所包圍，或者是由成纖維細(xì)胞包裹的結(jié)節(jié)。對(duì)于這些腫瘤組織，釋放低分子量藥物或從聚合物鏈裂解以及膠束和脂質(zhì)體的崩解可能是一個(gè)基本點(diǎn)。此外，大分子本身可以在基質(zhì)組織中擴(kuò)散相當(dāng)長(zhǎng)的距離：例如，IgG（160kDa）可以在1%瓊脂凝膠中自由地一夜之間擴(kuò)散到5mm上。因此，對(duì)于將高分子藥物輸送到腫瘤而言，第二種屏障可能不是這樣嚴(yán)重的問(wèn)題。

（3）到達(dá)目標(biāo)分子的第三個(gè)障礙是細(xì)胞膜。例如，如上所述，對(duì)于PEG困境，PEG包被的大分子在表面具有水合屏障，該屏障可以抵抗內(nèi)吞攝取。使用短PEG（例如，Mw 小于1000）或在PEG和大分子之間插入蛋白酶敏感肽可能是克服PEG困境的有效策略。在這種情況下，一個(gè)有效的內(nèi)化機(jī)制或運(yùn)輸系統(tǒng)往往比簡(jiǎn)單的自由擴(kuò)散好。因此，受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用有望成為將大分子治療劑導(dǎo)入腫瘤細(xì)胞的有效手段。有一種這樣的方法，使用轉(zhuǎn)鐵蛋白作為配體的結(jié)合，因?yàn)檗D(zhuǎn)鐵蛋白受體在許多（如果不是全部）惡性細(xì)胞中顯著上調(diào)，納米粒子的表面改性與轉(zhuǎn)鐵蛋白顯示明顯增加腫瘤靶向性和細(xì)胞內(nèi)攝取。

5總結(jié)與展望

本文在大量調(diào)研英文文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)和歸納了關(guān)于EPR效應(yīng)的概念及過(guò)程，EPR效應(yīng)之所以能運(yùn)用于治療癌癥的原因即腫瘤血管組織的特征和有關(guān)EPR的爭(zhēng)議。EPR效應(yīng)是腫瘤血管細(xì)胞間隙較大，具有與其他正常細(xì)胞不同的特性，使大分子類(lèi)物質(zhì)具有高通透性和滯留性，通過(guò)腫瘤血管細(xì)胞間隙，滯留于腫瘤細(xì)胞組織，這使得大分子抗癌藥物具有被動(dòng)靶向作用，用于治療癌癥。這種腫瘤所共有的關(guān)鍵的現(xiàn)象是目前公認(rèn)的治療腫瘤的依據(jù)，但是除了文中提到的爭(zhēng)議，許多患者被發(fā)現(xiàn)腫瘤時(shí)已經(jīng)是晚期，而腫瘤晚期時(shí)，腫瘤細(xì)胞及組織可以從原發(fā)部位侵入血管，或通過(guò)其他途經(jīng)到身體其他部位繼續(xù)生長(zhǎng)，形成癌癥。而EPR效應(yīng)主要應(yīng)用于靜態(tài)的腫瘤組織，動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)移腫瘤細(xì)胞不是EPR效應(yīng)應(yīng)用范圍，所以我個(gè)人認(rèn)為，未來(lái)仍需要一些可作為治療癌癥依據(jù)的癌癥所共有的現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)。

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