巨噬細胞膜仿生納米遞藥系統在疾病靶向治療中的應用Δ

李嬋蓮，宋佳敏，陳美玲，任曉亮，王萌#（.天津中醫藥大學組分中藥國家重點實驗室，天津 3067；.天津中醫藥大學中藥學院，天津 3067）

近年來，基于納米材料的藥物遞送在各種疾病的治療中發揮著重要作用[1]。納米材料雖能改善藥物的一些理化性質，如實現緩控釋效應、提高疏水性藥物的溶解度等，但易被機體識別為“非己”物質導致被網狀內皮系統識別及清除，從而減弱藥物療效；此外，部分納米材料還存在一定的毒性。為解決這些問題，膜仿生遞藥系統應運而生，其中細胞膜包裹納米粒就是一種新興的納米載藥策略。仿生納米遞藥系統在細胞膜的修飾下，繼承了納米粒的優點以及天然生物膜表面的受體，可有效避免被免疫系統識別及清除，從而延長藥物的體內循環時間，并在特定細胞膜的作用下實現納米藥物的主動靶向。目前，常用的細胞載體有紅細胞、腫瘤細胞、巨噬細胞等。其中，巨噬細胞作為天然免疫系統第一道防線，在生理環境下可識別及清除壞死或凋亡的細胞碎片、病原體、呈遞抗原，參與適應性免疫和免疫監視[2]。此外，巨噬細胞廣泛分布于人體，能自由穿梭于各個組織，可跨越幾乎不滲透的生物屏障到達體內許多普通藥物無法到達的區域[3]。因此，用巨噬細胞膜包裹納米粒（macrophage membrane-nano particles，MM-NPs）制備的仿生納米制劑可以克服傳統納米制劑靶向性差、免疫原性高等缺點。本文綜述了近年來巨噬細胞膜仿生納米遞藥系統在疾病靶向治療中的應用現狀，以期為該遞藥系統的深入研究和開發提供參考。

1 巨噬細胞的來源與類型

巨噬細胞是造血系統中最具可塑性且功能多樣的固有免疫細胞，源自單核細胞。單核細胞來源于骨髓中的造血干細胞。單核細胞通過血液遷移到全身各組織及器官中發育成巨噬細胞[2]。炎癥期間，離開血流的一類巨噬細胞被運送至炎癥部位，它們可自由穿梭于組織間隙成為游離巨噬細胞；另一類定居于組織器官中的巨噬細胞，它們一般不再返回血液，而是參與組織修復、免疫監視，被稱為組織定居巨噬細胞，如肝臟中的肝巨噬細胞、皮膚中的朗格漢斯細胞等。這些組織定居巨噬細胞在組織重塑和維持體內平衡中起著關鍵作用。

巨噬細胞具有較強的可塑性和異質性，受到相應的刺激后，可極化為經典活化的M1型和交替激活的M2型以維持細胞穩態。M1型巨噬細胞參與促炎反應并釋放干擾素γ、白細胞介素1β（interleukin 1β，IL-1β）、腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor α，TNF-α）等促炎細胞因子，以幫助宿主抵御病原體，常在炎癥反應和腫瘤的早期階段出現[4]。M2型巨噬細胞參與抗炎反應，可分泌IL-4、IL-10、IL-13等抗炎細胞因子，以促進炎癥消退、組織修復和傷口愈合，常在傷口愈合的早期階段和腫瘤的晚期階段出現[5]。目前主要用M1型巨噬細胞作為藥物載體，以加強炎癥反應。但某些疾病的治療也需要抑制免疫反應，如用于骨組織修復的納米材料，發揮抗炎作用的M2型巨噬細胞是其理想的藥物載體。

2 MM-NPs在疾病靶向治療中的應用

2.1 惡性腫瘤

腫瘤生長需要較多營養物質的流入與代謝物的排出，當周圍的環境無法滿足其生長需求時，腫瘤會向周圍組織浸潤，形成新生血管。但大部分新生血管不完整，無法正常運輸氧氣，導致形成缺氧、間質液體張力高、pH低的腫瘤微環境[6-7]。腫瘤組織分泌的趨化因子以及腫瘤內部缺氧壞死導致組織釋放大量的炎癥因子都會招募體內的巨噬細胞向腫瘤富集。因此，巨噬細胞是腫瘤微環境中最豐富的細胞，占實體瘤的50%以上[8]。研究發現，巨噬細胞參與腫瘤的生長與轉移，并能影響腫瘤微環境，基于此，MM-NPs可實現高腫瘤靶向性、低免疫原性，其靶向腫瘤組織過程的示意圖見圖1[3]。

圖1 MM-NPs靶向腫瘤組織過程的示意圖

2.1.1 乳腺癌 乳腺癌是全球女性癌癥死亡的主要原因之一。乳腺癌的轉移是導致患者死亡的主要原因，主要包括肺轉移與骨轉移[9]。多藥耐藥現象降低了腫瘤部位藥物濃度，而受體介導的主動靶向與腫瘤的高滲透、長滯留效應相結合，使藥物最大程度地富集于腫瘤部位。研究發現，巨噬細胞膜上的整合素α4和整合素β1與乳腺癌細胞上血管細胞黏附分子1相互作用，可提高巨噬細胞與癌細胞之間的親和性，顯著抑制乳腺癌的肺轉移[10]。乳腺腫瘤分泌的趨化因子2與巨噬細胞膜上的表面趨化因子受體2結合，可促進MM-NPs向腫瘤部位聚集，增強藥物在腫瘤部位富集[11]。Xuan等[12]發現巨噬細胞膜包裹金納米顆粒可在乳腺癌荷瘤小鼠體內實現長循環，顯著增強抗乳腺癌效果。Poudel等[13]發現巨噬細胞膜包裹硫化銅納米粒通過光療與化療聯合作用可改善腫瘤的深層侵襲，增強抗乳腺癌效果。Rao等[14]使用巨噬細胞膜包載新型熒光探針，利用巨噬細胞膜靶向腫瘤能力，將熒光探針成功遞送至腫瘤部位，可有效實現腫瘤體內成像。綜上，MM-NPs不僅可憑借巨噬細胞膜使納米藥物主動靶向乳腺癌的肺轉移部位，延長納米藥物在體內的循環時間，增加乳腺癌部位的藥物濃度，還可憑借納米粒優異的化學和光學性能實現對癌癥部位的光熱治療和高效的體內腫瘤成像。

2.1.2 結直腸癌 結直腸癌是我國最常見的癌癥之一，其發病率也呈現明顯上升的趨勢。據報道，結直腸癌的發生發展與腫瘤免疫逃逸密切相關，因而免疫治療被認為在結直腸癌的治療中有很大潛力[15]。王鵬[16]用巨噬細胞膜包裹10-羥基喜樹堿的聚乳酸-共聚乙酸[poly（lactide-glycolide acid），PLGA]納米粒，發現巨噬細胞膜能顯著增強結腸癌細胞對納米粒的攝取，同時減少巨噬細胞對仿生納米制劑的攝取，表明該仿生納米制劑對結腸癌細胞的靶向能力與免疫逃逸能力良好。Wang等[17]發現巨噬細胞-癌細胞融合膜包裹納米制劑具有優越的免疫逃逸和同源黏附能力，表現出體內長期滯留以及靶向積累，可顯著抑制結直腸癌細胞的生長，延長結直腸癌模型小鼠的生存時間。綜上，MM-NPs有望用于結直腸癌的免疫治療。

2.1.3 黑色素瘤 黑色素瘤是一種由黑色素細胞惡性轉化而形成的腫瘤，其患者病死率較高。惡性黑色素瘤的轉移率較高，現有的治療方法難以達到痊愈。黑色素瘤中的巨噬細胞含量為0～30%，在皮膚黑色素瘤、鼻竇黑色素瘤的原發病變部位中均發現有巨噬細胞[18]。人類惡性黑色素瘤早期會表達巨噬細胞趨化蛋白1，該蛋白高表達會促進大量單核巨噬細胞聚集和腫瘤被破壞[19]。Cao等[20]構建了巨噬細胞膜包裹紫杉醇白蛋白納米粒，發現巨噬細胞膜可顯著提高納米粒對腫瘤細胞的攝取效率，且不改變其主要的內化途徑；還可延長納米粒在B16F10荷瘤小鼠腫瘤部位的滯留時間，增加抗腫瘤效果。

2.1.4 腦膠質瘤 腦膠質瘤是一種非常致命的腦癌。化療是治療腦膠質瘤最常規的治療策略，但傳統的化療藥物無法達到有效治療劑量。在腦膠質瘤發病早期，血腦屏障完整，可保護腦組織免受血液循環中有毒物質的侵害，也可阻止絕大部分藥物進入腦組織發揮作用；而在晚期，由于高滲透、長滯留效應，血腦屏障受到損害，完整性降低，但腫瘤內間質液體壓力和血腦腫瘤屏障的增加仍然阻礙治療藥物進入腫瘤[21]。因此，如何將藥物有效遞送至腫瘤部位是治療腦膠質瘤最主要的挑戰之一。在腦膠質瘤周圍存在大量的巨噬細胞，巨噬細胞膜上的整合素α4與巨噬細胞分化抗原1有助于納米藥物穿過血腦屏障靶向腦膠質瘤[22]。Lai等[23]設計了巨噬細胞包裹納米粒，發現該納米粒能穿過血腦屏障，選擇性地聚集于腫瘤部位，同時還能通過光熱療法殺死腫瘤細胞，延長腦膠質瘤模型小鼠的生存時間。

2.2 阿爾茨海默病

阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是一種神經系統性疾病，俗稱老年癡呆癥。AD患者在全球范圍內不分年齡段地迅速增加，其主要特征是記憶力與思考能力的降低或喪失，目前還沒有有效的治療方法來延緩或阻止其發展[24]。炎癥是AD神經元損傷的重要原因，小膠質細胞通過激活補體級聯反應產生IL-1、IL-6、TNF-α等炎癥因子，參與AD的免疫反應[25]。線粒體改變是AD發展的驅動力，氧化代謝反應過程中所產生的活性氧可導致線粒體功能障礙，而AD的發展也會影響線粒體的功能，形成惡性循環[26]。Han等[27]制備的巨噬細胞膜包裹染料木黃固體脂質納米粒成功繼承了巨噬細胞的免疫特性，隱藏了納米粒從而免其被網狀內皮系統捕獲；該仿生納米制劑還能有效穿過血腦屏障靶向到神經元細胞，進一步定位于線粒體從而抑制其產生活性氧，進而保護神經元，抑制其凋亡。

2.3 肝臟缺血再灌注損傷

肝臟缺血再灌注損傷是肝切除和原位肝移植過程中常見的病理過程，已被證實是早期移植失敗或慢性移植排斥反應以及肝衰竭的主要原因，目前暫無有效的治療策略[28]。因此，緩解肝臟缺血再灌注損傷是提高肝移植患者生存率的治療策略之一。肝臟缺血再灌注損傷是一個復雜的過程，涉及活性氧的釋放、肝巨噬細胞的活化和炎癥因子的分泌等多個因素[29]。Ou等[30]發現巨噬細胞膜包裹PLGA可中和脂多糖（lipopolysaccharide，LPS），減少LPS與Toll樣受體4的結合，通過下調Toll樣受體4/髓樣分化因子88/IL-1受體相關酶/核因子-κB信號通路、抑制炎癥反應來避免肝臟缺血再灌注損傷的發生。

2.4 動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）是一種典型的慢性炎癥性血管病變，是腦血管病、冠心病和外周動脈疾病等缺血性心腦血管病的共同病理學基礎[31]。單核巨噬細胞可通過表面趨化因子受體2感應趨化因子，靶向AS部位[32]。此外，巨噬細胞上的清道夫受體（CD36）可與AS中的低密度脂蛋白結合，使得MM-NPs可以靶向AS病灶部位并促進藥物釋放[33]。Gao等[33]發現巨噬細胞膜包裹阿托伐他汀的活性氧納米粒對巨噬細胞有免疫逃逸功能，對LPS和氧化型低密度脂蛋白誘導的巨噬細胞炎癥以及泡沫細胞形成有抑制作用，能有效降低全身性炎癥，對小鼠AS有良好的治療效果。王溢[34]發現巨噬細胞膜包裹藥物的PLGA具有藥物緩釋、長效血液循環及高效AS靶向作用，同時可顯著增強炎癥內皮細胞對納米粒的攝取作用，促進藥物在AS病變部位聚集，從而有效抑制AS的發展。程立婷等[35]發現巨噬細胞膜包裹PLGA納米粒可有效識別血管細胞黏附分子1受體，實現AS靶向。

2.5 內毒素血癥與膿毒癥

內毒素血癥是一種宿主對細菌內毒素反應失調引起的病理生理反應，其免疫系統不受控制地被激活導致全身炎癥反應綜合征[36]。膿毒癥是一種宿主對感染反應失調引起的可危及生命的多器官功能障礙，在臨床上具有高病死率[37]。內毒素血癥與膿毒癥都表現為血清中LPS水平升高。在人體的循環系統中，LPS在巨噬細胞膜表面CD14受體的輔助下與巨噬細胞表面Toll樣受體4結合，刺激巨噬細胞釋放TNF-α、IL-6等炎癥因子，可導致一系列的炎癥反應綜合征[38]。Shen等[39]發現巨噬細胞膜包裹納米粒憑借巨噬細胞膜上特異性結合LPS的受體，能夠捕獲、中和內毒素，減少炎癥因子的釋放，并能有效釋放藥物，顯著減弱內毒素血癥模型小鼠的免疫反應，提高小鼠的存活率。Thamphiwatana等[40]也發現巨噬細胞包裹納米顆粒具有與巨噬細胞相同的抗原性外觀，繼承了與內毒素結合的能力，并且能降低促炎細胞因子水平，抑制細菌的擴散，從而延長膿毒癥模型小鼠的生存時間。

2.6 糖尿病

糖尿病是以高血糖為特征的代謝疾病，主要分為1型和2型。1型糖尿病是B細胞破壞引起的，通常導致胰島素絕對缺乏；2型糖尿病是由于胰島素的分泌或作用逐漸喪失引起的，通常與胰島素抵抗相關[41]。研究表明，巨噬細胞參與1型糖尿病及2型糖尿病的發生發展，已逐漸成為相關治療的主要靶點[42]。巨噬細胞膜表面特異性蛋白使MM-NPs可以靶向炎癥部位，被證明可用于1型糖尿病的治療。Zhang等[43]用巨噬細胞膜包裹羰基錳的介孔二氧化硅納米藥物遞送系統治療1型糖尿病，發現巨噬細胞膜可實現納米藥物長循環，促使其向炎癥組織聚集，減輕炎癥反應，抑制B細胞凋亡，降低糖尿病模型小鼠的血糖水平。2型糖尿病通常表現為高血糖水平和血脂異常，患者體內低密度脂蛋白不僅高于正常人群，且易被氧化成氧化型低密度脂蛋白。巨噬細胞上的CD36受體可與氧化型低密度脂蛋白結合，增強促炎細胞因子的產生[44]。因此，巨噬細胞也有望成為治療2型糖尿病的有效載體。但目前利用巨噬細胞膜包裹納米粒治療2型糖尿病的相關研究尚未見報道。

2.7 骨組織修復

機體進行骨組織修復過程包括促炎反應和抗炎反應。適當的促炎反應或抗炎反應對骨組織修復有積極作用，但過激的促炎反應或抗炎反應會破壞成骨細胞與細胞外基質的礦化。因此，控制促炎或抗炎細胞因子的平衡對于骨組織修復過程中的成骨作用至關重要。Yin等[45]發現巨噬細胞膜包裹D1分解素的金納米膠囊能通過膜表面Toll樣受體，可精確靶向到細菌并與促炎細胞因子結合從而顯著抑制炎癥反應，并通過近紅外的照射促進M2型巨噬細胞極化，促進小鼠股骨缺損區的骨再生。此外，在許多臨床疾病中，炎癥是導致骨質流失的重要原因，而巨噬細胞作為炎癥細胞，在骨骼形成與破壞中起著關鍵作用[46]。因此，利用巨噬細胞開發仿生遞藥系統治療骨關節疾病是一種有前景的骨再生策略。

3 結語

與傳統非仿生納米制劑相比，MM-NPs已被證明具有更低的免疫原性、更高的靶向性、更好的生物相容性，在惡性腫瘤（乳腺癌、結直腸癌、黑色素瘤等）、AD、肝臟缺血再灌注損傷、AS等治療中都顯現出獨特的優勢。但目前MM-NPs的研究大部分集中于抗腫瘤研究，其他相關疾病的研究相對較少；MM-NPs的研究只處于實驗室研究階段，且其在靶向部位的釋放機制以及其臨床療效尚不可知，其載體的長期毒性也需要進一步研究。