調(diào)控腫瘤血管微環(huán)境的智能納米藥物研究進展

吳素英，聶廣軍, 李素萍

(國家納米科學中心 中國科學院納米生物效應與安全性重點實驗室，北京 100190)

1 前 言

腫瘤血管微環(huán)境是腫瘤微環(huán)境的重要組成部分，腫瘤生長和轉(zhuǎn)移高度依賴于血管的發(fā)生和形成，沒有新生血管的實體腫瘤直徑難以超過2 mm[1]。因此，腫瘤細胞在快速增殖過程中表達并分泌多種促血管生成因子，尤其是血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)，以快速誘導大量新生血管的新生[2]。然而，一方面，和正常血管相比，異常的形成過程導致腫瘤血管呈現(xiàn)出顯著的病理特性，譬如血管結(jié)構(gòu)不完整、分布不規(guī)則、血流紊亂等，導致腫瘤組織中血液灌注不足、缺氧及間質(zhì)流體壓力升高[3]。另一方面，腫瘤組織高度表達組織因子(tissue factor, TF)、凝血酶、二磷酸腺苷(adenosine diphosphate, ADP)等多種凝血相關(guān)因子，導致患者呈全身性血液高凝態(tài)，發(fā)生癌癥相關(guān)血栓性并發(fā)癥的風險顯著升高[4]。

基于腫瘤發(fā)生、發(fā)展對血液供應的依賴性，以抑制腫瘤血管新生、破壞腫瘤血管結(jié)構(gòu)和誘導腫瘤血管栓塞為目的的多種血管靶向的“饑餓療法”被提出并廣泛研究[5]。由于所有實體瘤的生長都依賴于血管提供氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)，靶向血管形成或誘導血液栓塞的策略理論上具有普適性[6]；另外，相比于腫瘤細胞，血管內(nèi)皮細胞或血液成分更易和藥物接觸，且內(nèi)皮細胞基因表達更穩(wěn)定，不易產(chǎn)生耐藥性[7]。而隨著抗血管生成療法作為單一療法的局限及其增強化療效果的發(fā)現(xiàn)和研究[8-10]，血管正常化的概念逐漸被廣泛接受，即抗血管生成藥物可以暫時使腫瘤血管正常化，恢復腫瘤血液灌注并使血流分布更加均勻，降低腫瘤侵襲性，增加化療藥物輸送并提高腫瘤細胞敏感性，最終增強療效[11, 12]。因此，相較于需要滲透至腫瘤組織或進入腫瘤細胞才能發(fā)揮作用的靶向腫瘤細胞的療法，靶向腫瘤血管的治療策略具有起效快、靶點易獲得、普適性強和不易產(chǎn)生耐藥性的優(yōu)勢。

納米技術(shù)的發(fā)展和應用使得傳統(tǒng)癌癥療法更有效、更安全，然而早期納米藥物的臨床應用經(jīng)驗及癌癥病理特征的復雜性提示我們，傳統(tǒng)類型納米藥物(如脂質(zhì)體、聚合物膠束等)的實際應用仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)。譬如腫瘤的高度異質(zhì)性和個體差異使同一種納米藥物在不同腫瘤類型中的療效存在差異；納米藥物主要依賴尺寸效應被動到達腫瘤組織，極大限制了療效的發(fā)揮；藥物的釋放主要依賴于納米材料的降解等[13]。隨著對包括腫瘤血管微環(huán)境在內(nèi)的腫瘤微環(huán)境生物學特性的深入認知，以及納米藥物載體構(gòu)建技術(shù)的進步，癌癥治療納米藥物的研發(fā)進入新的階段。根據(jù)不同腫瘤的病理特征，設計能夠精確制備和可控釋藥的個體化功能集成智能載藥體系進行腫瘤微環(huán)境精準調(diào)控成為可能，這亦是目前腫瘤納米醫(yī)學發(fā)展的重要方向。新一代功能集成、形貌高度可控的智能納米藥物載體的發(fā)展和應用，如基于DNA折紙技術(shù)的DNA納米機器，為實現(xiàn)納米藥物更精細地應對體內(nèi)和瘤內(nèi)微環(huán)境提供了新的機遇。而在腫瘤微環(huán)境調(diào)控領域中，腫瘤血管微環(huán)境中存在異常表達的多種分子可作為藥物遞送的特異性靶點，將一種或多種配體共修飾在納米顆粒表面，可較為方便地將納米藥物精準導向到特定部位的腫瘤血管[14]。本文圍繞腫瘤血管血供阻斷和腫瘤血管調(diào)控兩種策略，綜述了智能納米藥物在抗血管生成、血管結(jié)構(gòu)破壞、血管栓塞以及血管調(diào)控中的重要代表性進展，并對該領域智能納米藥物未來的發(fā)展提出了展望。

2 阻斷腫瘤血供的智能納米藥物

2.1 抗血管納米藥物

抗血管藥物(anti-vascular agents,AVAs)可分為血管生成抑制劑(angiogenesis inhibitors, AIs)和血管破壞劑(vascular disrupting agents, VDAs)[15]，其中血管生成抑制劑包括貝伐單抗、索拉非尼、阿帕替尼等，主要通過抑制血管生成因子或受體的活性來抑制腫瘤血管新生；而血管破壞劑，如考布他汀A4(CA4)及其衍生物，可通過破壞已有血管的結(jié)構(gòu)誘導次級血栓形成，二者最終都是通過阻斷腫瘤血液供應達到抑制腫瘤生長和進展的目的[16]。然而，多數(shù)抗血管藥物為小分子藥物或單克隆抗體，具有水溶性差、清除速度快、靶向性差等固有缺點，臨床應用的療效和安全性亟需提高[15]。

2.1.1 提高抗血管療效的納米藥物

多種納米顆粒都被用于抗血管藥物的遞送，納米化抗血管藥物呈現(xiàn)出較強的穩(wěn)定性、較長的血液循環(huán)時間及良好的腫瘤靶向性，最終體現(xiàn)為增效減毒的抗腫瘤效果。Zhang等利用介孔二氧化硅納米顆粒(MSNs)的內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)高效負載VEGF抗體藥物——貝伐單抗，同時利用MSNs表面羧基和抗體的酰胺反應在其表面偶聯(lián)腫瘤內(nèi)皮標志物1(TEM1)單抗，賦予MSNs腫瘤血管靶向性。偶聯(lián)的TEM1單抗可將MSNs特異性導向到卵巢癌部位的血管，顯著降低MSNs對正常組織的毒性[17]。基于腫瘤局部較高水平谷胱甘肽(glutathione, GSH)的特性，Liu等合成了一種新型的具有GSH響應功能的聚乙二醇(PEG)化聚α硫辛酸(PALA)納米載體，將CA4通過PEG鏈鍵合到該載體上，當PALA到達腫瘤部位時，瘤內(nèi)高水平的GSH還原聚α硫辛酸中的二硫鍵，使得聚合物降解，實現(xiàn)CA4的原位釋放，具有較強的抗腫瘤活性且未引起全身性副作用，該研究首次利用簡單的納米材料實現(xiàn)了血管破壞劑的腫瘤選擇性遞送[18]。值得注意的是，單一的血管生成因子抑制療法易產(chǎn)生耐藥性，Gao等基于索拉非尼通過激活基質(zhì)衍生細胞因子-1α/C-X-C基序趨化因子受體4(SDF1α/CXCR4)軸促進肝癌耐藥的現(xiàn)象，設計了一種陽離子脂質(zhì)包被的聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)納米顆粒，其內(nèi)部的PLGA納米粒子通過疏水作用載帶索拉非尼，外層陽離子脂質(zhì)通過靜電相互作用吸附AMD3100(CXCR4拮抗劑)，在賦予該材料靶向性的同時阻斷CXCR4活性，該納米體系可將索拉非尼靶向遞送至腫瘤部位并恢復肝癌細胞對索拉非尼的敏感性，顯示了CXCR4靶向的納米顆粒在遞送索拉非尼和克服肝癌獲得性耐藥方面的臨床應用潛力[19]。

2.1.2 具有抗血管作用的納米材料

某些用于構(gòu)建納米藥物載體的材料本身具有抗血管活性，將它們運用于抗腫瘤藥物遞送可協(xié)同增強藥物的抗腫瘤療效，同時簡化納米藥物的組成，使之更易于制備和應用。納米材料的抗血管作用主要包括抑制血管生成和破壞腫瘤血管結(jié)構(gòu)兩種機制。

近年來的研究發(fā)現(xiàn)，金、銀、氧化銅、氧化鈰、殼聚糖等納米顆粒等都具有一定的抑制腫瘤血管新生的作用，其中以金納米顆粒的研究最為深入和廣泛[20]。Bhattacharya等首先在體外水平報道了金納米顆粒可以通過結(jié)合VEGF抑制誘導的人臍靜脈血管內(nèi)皮細胞(human umbilical vein endothelial cells, HUVEC)的增殖，表明金納米顆粒具有潛在的抗血管生成作用[21]。該研究團隊進一步發(fā)現(xiàn)，金納米顆粒可以以尺寸和表面電性依賴的方式與VEGF、堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)的肝素結(jié)合結(jié)構(gòu)域結(jié)合，競爭性地抑制VEGF與受體VEGFR-2的結(jié)合，達到抑制血管新生和腫瘤生長的效果[22-24]。此外，利用金納米顆粒表面易于功能化的特性，Seo等進一步在金納米顆粒表面通過巰基偶聯(lián)了VEGFR-1拮抗肽，顯著增強了金納米顆粒的血管抑制效應[25]。

除了傳統(tǒng)的血管破壞劑可引起血管破壞以外，用于光動力、光熱治療的納米材料也可以通過在近紅外光照下吸收光能產(chǎn)生活性氧(reactive oxygen specie, ROS)，或者將光能轉(zhuǎn)化為熱能的方式直接破壞腫瘤血管結(jié)構(gòu)。如Lu等制備了一種β-丙氨酸修飾的釓富勒烯納米粒子(GFNPs)[26]，由于富勒烯具有擴展的π體系，在光照下可以通過能量或電子轉(zhuǎn)移過程產(chǎn)生ROS直接殺傷腫瘤細胞，同時，GFNPs可作用于腫瘤血管內(nèi)皮細胞，破壞血管內(nèi)皮連接，進而破壞血管結(jié)構(gòu)，在富血供的黑色素瘤中取得了顯著的抗腫瘤效果。Gao等采用中空的硫化銅納米粒載帶疊氮化乙烯，外部修飾含精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(Arg-Gly-Asp)序列的多肽(RGD肽)，制備了一種靶向腫瘤血管的“納米炸彈”，在近紅外光激發(fā)下，硫化銅產(chǎn)熱導致疊氮化乙烯迅速產(chǎn)生大量N2破壞腫瘤血管，誘導周圍腫瘤細胞壞死，在小鼠皮下移植瘤模型中一次給藥即可使腫瘤完全消退，且30 d內(nèi)不復發(fā)，顯示出強大的抗腫瘤療效[27]。

2.2 腫瘤血管栓塞納米藥物

腫瘤血管栓塞療法是通過選擇性栓塞血管進而導致腫瘤缺血，誘發(fā)腫瘤細胞凋亡、壞死[28]，是一種短時間內(nèi)即可觀察到療效、且不易產(chǎn)生耐藥性的抗腫瘤策略。經(jīng)導管動脈化療栓塞術(shù)(transarterial chemoembolization, TACE)在肝癌治療中的重要地位也已證實了這一點。然而TACE難以實現(xiàn)腫瘤血管特異性栓塞，在肝癌以外的其他類型癌癥中應用十分受限[29]，智能納米藥物的發(fā)展使特異性栓塞腫瘤血管以及拓寬栓塞療法的應用范圍變得可行。

2.2.1 納米體系遞送凝血因子

腫瘤患者的血液往往伴隨著全身性高凝態(tài)，向腫瘤血管內(nèi)遞送凝血因子激活局部凝血級聯(lián)反應形成血栓，從而阻斷腫瘤血供，是一種非常有效的治療策略。然而，凝血因子半衰期短，不具有特異性，且裸露的凝血因子不能與血液直接接觸，納米技術(shù)的應用可有效克服該類問題，實現(xiàn)腫瘤靶向遞送。目前被應用于特異性誘導腫瘤血管血栓形成的凝血因子主要是一種包含組織因子胞外結(jié)構(gòu)域的截短形式，即截短組織因子(truncated tissue factor, tTF)[30]。自1997年Huang等將tTF與抗體偶聯(lián)，特異性遞送至腫瘤血管用于治療小鼠神經(jīng)母細胞瘤以來[28]，多種tTF與靶向配體的偶聯(lián)物或融合蛋白被研制出來，靶點涉及了前列腺特異性膜抗原(PSMA)、血管細胞粘附分子-1(VCAM-1)、整合素αVβ3和αVβ5等[30]。作者研究團隊構(gòu)建了一種低pH穿膜肽(pHLIP)和tTF的融合蛋白，pHLIP可在微酸性pH環(huán)境中形成跨膜α螺旋插入細胞膜，從而將tTF定位在血管內(nèi)皮細胞表面，特異性誘導腫瘤血管栓塞，減少腫瘤灌注，抑制腫瘤生長，且無明顯副作用[31]。在此基礎上，基于CREKA五肽(Cys-Arg-Glu-Lys-Ala)對腫瘤血管內(nèi)皮表面異常升高的纖維蛋白-纖連蛋白復合物的特異性識別作用，作者研究團隊進一步發(fā)展了一種tTF和CREKA組成的融合蛋白，在抗腫瘤治療中顯示出了較強的特異性和高效性[32]。

理想的腫瘤血管栓塞藥物應該能夠在整個腫瘤區(qū)域誘導和維持持久的血栓形成，以產(chǎn)生足夠強的抗腫瘤效應，然而大多數(shù)TF融合蛋白不能維持持續(xù)的血栓形成，且由于容易誘發(fā)非特異性血栓而具有較窄的治療窗口，治療效果有限[30, 33]。凝血酶是凝血級聯(lián)反應中更下游的蛋白，可直接將纖維蛋白原轉(zhuǎn)化為纖維蛋白并激活血小板[34]，理論上可產(chǎn)生比TF更強的栓塞效果。但凝血酶活性較強，不可在循環(huán)中直接和血液接觸，因此將凝血酶安全、精準地遞送到腫瘤血管是一個很大的挑戰(zhàn)。DNA折紙技術(shù)的發(fā)展使得按需合成目標納米載體成為可能[35]，為實現(xiàn)凝血酶的遞送提供了機遇。作者研究團隊利用DNA折紙技術(shù)發(fā)展了一種DNA納米機器結(jié)構(gòu)用于凝血酶的體內(nèi)精準遞送，將定量的凝血酶分子錨定在DNA折紙片層上，通過包含靶向適配體AS1411及互補鏈的雙鏈結(jié)構(gòu)沿長邊連接片層兩端，使它們閉合形成中空的管狀納米結(jié)構(gòu)以保護內(nèi)部凝血酶。當該納米機器到達腫瘤部位時，AS1411結(jié)合腫瘤內(nèi)皮表面特異性表達的核仁素受體發(fā)生變構(gòu)，導致管狀結(jié)構(gòu)打開，暴露凝血酶，觸發(fā)凝血反應，在不同程度血管化的腫瘤類型中均顯示出較強的抗腫瘤效果以及較高的生物安全性和免疫惰性，該研究首次實現(xiàn)了凝血酶的體內(nèi)遞送，將難以成藥的活性分子成功轉(zhuǎn)變?yōu)橛行У乃幬铮砻鱀NA納米機器結(jié)構(gòu)是腫瘤治療中實現(xiàn)藥物精確遞送的一種非常有潛力的納米平臺(圖1)[36]。

圖1 用于腫瘤血管精準遞送凝血酶的DNA納米機器結(jié)構(gòu)設計思路和作用原理示意圖[36]：(a)DNA折紙技術(shù)構(gòu)建載帶凝血酶的納米機器人及響應核仁素發(fā)生重構(gòu)的示意圖，(b)處于“關(guān)閉”(左)和“打開”(右)狀態(tài)的DNA納米機器人的原子力顯微鏡(AFM)照片，(c)載帶凝血酶的納米機器人在腫瘤血管內(nèi)的作用機制Fig.1 Schematic design and action mechanism of DNA nanorobot delivering thrombin into tumor vessels precisely[36]: (a) schematic illustration of the construction of thrombin-loaded nanorobot using DNA origami technique, and its reconfiguration in response to nucleolin binding; (b) representative AFM images of DNA nanorobots in closed (left) and open (right) state; (c) therapeutic mechanism of thrombin-loaded DNA nanorobots within tumor vessels

2.2.2 新型納米栓塞劑

臨床上TACE所用的固體或液體栓塞劑往往由于流動性差和易被吸收降解等問題，導致腫瘤血管再通或形成側(cè)支循環(huán)[37]。具有納米三維網(wǎng)絡的溫敏型高分子納米凝膠被用于解決已有腫瘤血管栓塞劑存在的問題，其溫度敏感性溶膠-凝膠相變使該高分子凝膠可以自由流過導管并在進入血液后響應溫度變化，形成具有高強度的水凝膠網(wǎng)絡，栓塞腫瘤血管。如溫敏型聚(N-異丙基丙烯酰胺-co-甲基丙烯酸丁酯)(PIB)納米凝膠應用于腫瘤栓塞治療時表現(xiàn)出優(yōu)于碘化油的外周栓塞效果，且栓塞持續(xù)時間長，有效抑制了側(cè)支循環(huán)和血管再通[38]。納米凝膠的高載藥量、藥物可控釋放及可整合診斷試劑等特性也使其應用范圍進一步擴大[37]。

一些可響應腫瘤微環(huán)境而發(fā)生結(jié)構(gòu)變化阻塞腫瘤血管或特異性誘導腫瘤血管栓塞的新型納米栓塞劑進一步拓寬了栓塞治療的思路。Agemy等利用氧化鐵納米顆粒的促凝效應設計合成了一種偶聯(lián)兩種腫瘤歸巢肽(CREKA和CRKDKC)的超順磁性氧化鐵“納米蟲”，在腫瘤血管內(nèi)誘導了廣泛的凝血反應而不影響正常血管，有效減少了腫瘤血供，抑制了腫瘤生長[39]。Zhang等設計了一種基于雙重響應性層粘連蛋白模擬肽(laminin mimic peptide, LMMP)的納米顆粒，LMMP肽同時具有pH響應序列His6、腫瘤微血栓靶向肽CREKA及纖維形成序列KLVFF，靜脈注射的納米顆粒通過CREKA富集至腫瘤部位， His6序列響應腫瘤微酸性環(huán)境從而發(fā)生電荷和結(jié)構(gòu)改變，導致LMMP分子由親水性轉(zhuǎn)為疏水性，模擬天然層粘連蛋白形成纖維的過程，在腫瘤血管中形成纖維網(wǎng)絡，堵塞腫瘤血管，抑制腫瘤生長(圖2)[40]。

圖2 天然層粘連蛋白和人工層粘連蛋白形成納米纖維網(wǎng)絡的原理示意圖[40]Fig.2 Schematic illustration of nanofibrillogenesis from natural laminin or artificial laminin[40]

納米栓塞劑主要通過自身結(jié)構(gòu)變化堵塞腫瘤血管，不引起生物體內(nèi)天然凝血級聯(lián)反應，因此相較于遞送的凝血因子而言具有更高的安全性，但是也降低了局部血栓形成的效率和栓塞的永久性，如何平衡其安全性和有效性還有待更進一步的研究。

2.3 阻斷腫瘤血管的聯(lián)合治療納米藥物

單一的抗血管療法效果往往比較有限，臨床應用中的抗血管療法多作為輔助療法，以改善化療、放療等藥物的療效，而納米藥物載體本身適用于攜帶多種藥物用于聯(lián)合治療，使共遞送抗血管藥物及放/化療藥物更易于實現(xiàn)。從抗腫瘤機制來看，血管生成抑制劑主要干擾腫瘤邊緣新生血管的形成，對已形成的血管無顯著抑制作用，因而它們僅對邊緣的腫瘤細胞有抑制效應，對中心缺氧區(qū)域細胞無顯著影響[41]；而血管破壞劑和血管栓塞劑干預的主要是已形成的中心腫瘤血管，對周邊新生血管的干預效果不顯著，殘余的邊緣細胞是導致該類療法中腫瘤復發(fā)和血管再生的主要原因[42, 43]。

針對血管破壞劑初期抗腫瘤效果顯著而在后期引發(fā)血管生成導致腫瘤復發(fā)的問題，作者研究團隊采用血小板膜包覆的MSNs共遞送CA4和抗血管生成藥物阿帕替尼，成功將血管破壞劑與血管生成抑制劑聯(lián)合應用，血小板膜的包覆避免了納米顆粒被快速清除，并通過血小板對腫瘤的歸巢性使納米顆粒靶向腫瘤部位，并且由于血小板膜可粘附在損傷的血管上，還可以使更多納米粒聚集到損傷部位產(chǎn)生放大效果。該研究結(jié)果表明納米平臺共遞送血管破壞劑與血管生成抑制劑有望實現(xiàn)腫瘤的徹底根除[44]。

另外，文獻報道顯示，腫瘤血管靶向/阻斷藥物與細胞毒性藥物聯(lián)用的療效強于單一血管靶向療法[45-47]，但兩種藥物給藥的時間間隔、順序和劑量需要嚴格把控，因為細胞毒性藥物本身依賴于腫瘤血管輸送[48]。作者研究團隊采用離子凝膠法制備了一種可生物降解的殼聚糖-三聚磷酸鈉納米載體，通過靜電相互作用載帶促凝因子凝血酶和化療藥物阿霉素(Dox)，實現(xiàn)聯(lián)合治療，納米粒表面偶聯(lián)CREKA肽以實現(xiàn)對腫瘤血管的靶向效應。研究結(jié)果表明，凝血酶在腫瘤部位的特異性釋放有效誘導了瘤內(nèi)血栓的形成，同時Dox在瘤內(nèi)積累導致腫瘤邊緣細胞被有效殺傷，在不同血管化程度的腫瘤模型中都顯示出了明顯強于單一療法(單載凝血酶或Dox)的療效，腫瘤復發(fā)率降低，顯著延長小鼠生存期，從而提供了一種簡單高效、易于轉(zhuǎn)化的生物栓塞與化療聯(lián)用新策略[49]。

3 腫瘤血管特性調(diào)控的納米藥物

腫瘤血管具有結(jié)構(gòu)不成熟、高通透性的特點，導致腫瘤內(nèi)血流時空異質(zhì)性、缺氧和間質(zhì)液體壓力增加，是臨床治療中藥物無法有效富集在腫瘤組織的主要原因[12]。基于此提出的“血管正常化”策略旨在通過糾正腫瘤血管結(jié)構(gòu)和功能的異常，使腫瘤微環(huán)境正常化，最終控制腫瘤進展；另外，正常化的腫瘤血管恢復了一定的灌注能力，可增加藥物輸送從而增強療效[11, 12, 50]。此外，高滲透長滯留(enhanced permeability and retention, EPR)效應是納米藥物在腫瘤部位蓄積的主要途徑，而EPR效應在不同大小、不同類型的腫瘤中存在較大差異[51]，通過調(diào)節(jié)腫瘤血管通透性來調(diào)節(jié)EPR效應作用效果，從而增加納米藥物滲透，已成為腫瘤納米醫(yī)學的研究重點之一。

3.1 腫瘤血管正常化

理論上，恢復腫瘤促血管生成信號和抗血管生成信號的平衡即可使腫瘤血管正常化，比如加入血管生成抑制因子(如內(nèi)皮抑素)或干擾促血管生成信號(如血管生成抑制劑)[52]。Li等采用金納米顆粒(AuNPs)遞送人重組內(nèi)皮抑素(rhES-AuNPs)，rhES-AuNPs通過EPR效應被動靶向至腫瘤部位，延長rhES的循環(huán)時間并增加它在腫瘤部位的聚集，給藥后4～8 d內(nèi)腫瘤血管通透性降低、灌注增加，與化療藥物5-氟尿嘧啶(5-FU)聯(lián)用增加了5-FU在腫瘤部位的輸送，顯示出明顯強于5-FU單一療法的抑瘤效果，顯著延長了小鼠的生存期[53]。與游離的內(nèi)皮抑素相比，rhES-AuNPs誘導血管正常化的時間窗口更長[53, 54]，且因已有藥物只能誘導暫時性的腫瘤血管正常化，這個窗口的延長對于臨床應用具有十分重要的意義。因此，采用納米載體遞送血管正常化誘導劑不僅可以克服藥物的固有缺陷，還有利于與其他療法的聯(lián)合。然而，腫瘤血管正常化對于本身依賴EPR效應富集到腫瘤的納米顆粒可能產(chǎn)生不同影響，即改善小尺寸(直徑10 nm左右)而阻礙較大尺寸(直徑100 nm左右或更大)納米顆粒的遞送[55]。因此，將腫瘤血管化策略與其他療法聯(lián)用時需要謹慎控制納米藥物的尺寸范圍。

3.2 腫瘤血管通透性調(diào)控

3.2.1 遞送NO供體

氧化氮(NO)作為一種天然的血管擴張劑，是最常用的腫瘤血管通透性調(diào)節(jié)劑之一，其供體通過擴張血管增加血流量，從而增加藥物(尤其是納米藥物)在腫瘤組織中的積累。然而，NO供體的半衰期極短，且穩(wěn)定性低，在生理環(huán)境中易釋放NO，導致不良反應，很大程度上限制了其臨床應用[56]。針對此類問題，各種納米載體如脂質(zhì)體、二氧化硅、金屬氧化物和聚合物納米粒子等被用于遞送NO供體，通過控制納米載體的行為實現(xiàn)NO的時空特異性釋放[57]。NONOate是一種常用的NO供體，在生理條件下通過質(zhì)子化誘導自身分解釋放NO[58]。Tahara等采用脂質(zhì)體載帶NONOate，在脂質(zhì)體內(nèi)部使用堿性緩沖液增強其穩(wěn)定性，而進入到腫瘤微酸性環(huán)境中的NONOate可加速分解產(chǎn)生NO，在實現(xiàn)腫瘤部位NO持續(xù)釋放的同時不引起血液中NO增加，有效擴張腫瘤血管，最終載NONOate脂質(zhì)體在腫瘤部位的蓄積是空脂質(zhì)體的2倍[59]。然而，盡管采用脂質(zhì)體包裹NO供體可顯著增強其穩(wěn)定性，但由于脂質(zhì)體本身穩(wěn)定性不足，脂質(zhì)體滲漏易導致血液環(huán)境中NO的非特異性釋放[60]，未來開發(fā)高生物相容性和生物可降解性的聚合物載體可能擴大NO供體的臨床應用。

3.2.2 調(diào)控腫瘤相關(guān)血小板

腫瘤細胞可以通過分泌凝血酶、ADP等血小板激活劑或直接結(jié)合血小板表面受體的方式使血小板處于活化或高活性狀態(tài)[61]。處于活化或高活性狀態(tài)的血小板可通過直接粘附到腫瘤血管表面或者釋放血管生成素(ANGPT1)、5-羥色胺(5-HT)等物質(zhì)保護腫瘤血管的完整性[62, 63]。因此，抑制血小板活化/高活性或敲除血小板可增加腫瘤血管通透性，進而增加化療、放療等藥物在腫瘤部位的滲透和富集[64, 65]。通過調(diào)節(jié)血小板來調(diào)節(jié)腫瘤血管通透性已成為一種有效提高抗癌藥物療效的新興策略。然而，現(xiàn)有的抗血小板藥物或血小板耗竭抗體由于不具有靶向性，作用于全身血小板時，出血性并發(fā)癥出現(xiàn)的風險較高[66]，限制了它們在腫瘤治療中的應用，采用納米體系靶向調(diào)節(jié)腫瘤相關(guān)血小板可實現(xiàn)較為安全的血小板功能或數(shù)量調(diào)節(jié)。

由于血小板活化主要發(fā)生在已活化的血小板周圍，而活化的血小板主要分布在腫瘤的炎性微環(huán)境中，Cao等將活化血小板靶向肽(TM33)連接到明膠上，與未修飾的明膠一起，采用乳化-溶劑揮發(fā)法制得了包裹載有丹參酮IIA(TNA)的油酸疏水性內(nèi)核的明膠/油酸納米粒(TM33-GON/TNA)。在TM33肽通過結(jié)合活化血小板表面P-選擇素在活化血小板周圍使納米藥物局部富集后，活化血小板分泌的金屬蛋白酶2(MMP2)降解明膠導致TNA的釋放，形成局部高TNA暴露，抑制局部環(huán)境中的血小板進一步活化、聚集、粘附，從而打破血管屏障，顯著增加納米藥物(尤其是尺寸較大的納米藥物)在腫瘤組織中的滲透和富集，且與白蛋白紫杉醇聯(lián)用顯示出明顯增強的療效。盡管上述對血小板的抑制理論上是可逆的，但TM33-GON/TNA在給藥后2～6 h內(nèi)仍然對小鼠止血功能產(chǎn)生了一定程度的抑制[67]。

基于血小板在腫瘤進展中的重要作用，作者研究團隊制備了一種核殼結(jié)構(gòu)的聚合物-脂質(zhì)-多肽納米載體，用于遞送血小板耗竭抗體R300和化療藥物Dox，其核心納米顆粒由嵌段共聚物聚醚酰亞胺-聚(乳酸-乙醇酸)2(PEI-(PLGA)2)組裝而成，并通過疏水相互作用載帶Dox；殼層由可被MMP2裂解的多肽、卵磷脂及PEG化磷脂分子組成，并通過靜電相互作用攜帶R300抗體，最終獲得的納米體系PLP-Dox-R300通過EPR效應富集到腫瘤部位，多肽層響應局部高水平的MMP2釋放R300，誘導血小板形成微聚體進而被清除，打破血管完整性，增加攜帶Dox的納米顆粒核在腫瘤部位的滲透、富集，在荷瘤小鼠和家兔模型中導致腫瘤持續(xù)消退，腫瘤轉(zhuǎn)移被顯著抑制，且無明顯的毒副作用(圖3)[68]。需要注意的是，盡管采用納米體系遞送抗血小板藥物或局部敲除血小板顯示出非常好的增強血管通透性的效果，但藥物存在一定的非特異性釋放，仍然可能導致出血風險，因此需要謹慎選擇靶點和抗血小板藥物的用量，以及與聯(lián)合應用的納米藥物之間的給藥時間間隔等。

圖3 PLP-Dox-R300納米藥物的設計思路和作用機制[68]：(a)MMP2響應性納米藥物的制備流程示意圖；(b)PLP-Dox-R300納米藥物的作用機制，PLP-Dox-R300納米顆粒的殼層被腫瘤內(nèi)過表達的MMP2降解后，暴露并在局部釋放R300抗體，R300抗體可以結(jié)合血小板表面受體，誘導形成血小板微聚集體，從而使血小板被清除，腫瘤內(nèi)血小板敲除導致腫瘤血管內(nèi)皮出現(xiàn)孔隙，增加負載Dox的內(nèi)核結(jié)構(gòu)的瘤內(nèi)滲透Fig.3 Design and proposed action mechanism of PLP-Dox-R300 in tumor blood vessels in vivo[68]: (a) schematic illustration of the preparation of the MMP2-responsive nanoparticles; (b) the proposed mechanism of action of the PLP-Dox-R300 in vivo, the shell layer is cleaved by overexpressed MMP2 within tumors, consequently exposing R300 and leading to its release locally, which binds to platelet surface receptors and facilitates the formation of platelet microaggregates to accelerate platelet clearance. The depletion of platelets in tumors induces openings in the vessel walls, which provide access for the Dox-encapsulated core nanoparticles to enter the tumor

4 結(jié) 語

本文主要從阻斷腫瘤血供和腫瘤血管特性高效調(diào)控兩個方面綜述了腫瘤血管靶向智能納米藥物的研究進展。總體而言，智能納米載體的應用有效延長了傳統(tǒng)游離抗血管藥物的半衰期、實現(xiàn)了藥物的精準遞送和釋放，降低毒性并提高了療效，為擴大其臨床應用以及多藥聯(lián)合提供了可能。部分納米載體不僅可以承擔藥物遞釋的功能，同時本身也具有抗血管作用。利用該類納米材料作為藥物載體不僅解決了部分藥物分子(如抗體)載藥效率低的問題，同時亦為抗血管治療和腫瘤細胞殺傷的協(xié)同作用提供了新思路。

值得注意的是，采用聯(lián)合療法時需要著重考慮不同抗腫瘤藥物的作用機制和特點。比如血管生成抑制劑可以抑制腫瘤新生血管的形成而對成熟的血管無影響[41]，而血管破壞劑或栓塞劑主要破壞成熟的腫瘤血管[42]，理論上兩者聯(lián)用可產(chǎn)生良好的協(xié)同治療效果；此外，血管破壞劑和栓塞劑對腫瘤中心血管豐富的區(qū)域有較強的治療效果，而對邊緣區(qū)域療效較差[69]，亦可將它們與化療、免疫治療等聯(lián)合應用。腫瘤血管不僅是治療的靶點，也是藥物輸送的通道，血管正常化策略的出現(xiàn)為增加抗腫瘤藥物的輸送拓寬了思路。然而，腫瘤血管正常化對納米藥物滲透的影響具有尺寸依賴性，需要增加小尺寸納米藥物的滲透而不影響或阻礙較大尺寸納米藥物的富集，因此在將血管正常化與具有腫瘤細胞殺傷效應的納米藥物聯(lián)用時需要謹慎選擇納米載體的尺寸。納米藥物被動靶向依賴的高滲透長滯留(enhanced permeability and retention, EPR)效應在不同患者、不同腫瘤類型中的表現(xiàn)都存在差異，即使是同一患者的腫瘤，其EPR效應也會隨疾病進展發(fā)生變化[13]，因此通過調(diào)節(jié)腫瘤血管通透性增加納米藥物在腫瘤中的積累變得更加重要。傳統(tǒng)的腫瘤血管通透性調(diào)節(jié)以遞送NO供體為主要策略，近年來的研究發(fā)現(xiàn)靶向調(diào)節(jié)腫瘤相關(guān)血小板以破壞腫瘤血管是一種可有效增加血管通透性的新興策略。然而盡管智能納米載體最大化地實現(xiàn)了腫瘤局部的血小板抑制或耗竭，對全身血小板的影響目前仍然難以避免，因此需要進一步優(yōu)化納米載體的設計理念以期最終實現(xiàn)真正地特異性干預腫瘤相關(guān)血小板。

靶向作用于腫瘤細胞或腫瘤間質(zhì)成分的納米藥物，發(fā)揮作用時需要先跨過幾十微米至幾百微米的血管屏障，而且腫瘤微環(huán)境存在高度異質(zhì)性，這可能是造成許多主動靶向智能納米藥物在體外對腫瘤細胞顯示出很高的靶向效率，而在體內(nèi)則很少顯示出高于非靶向納米藥物效率的重要原因之一[70]。相比較而言，血管內(nèi)皮細胞直接暴露于血液中，非常便于納米藥物的靶向識別及功能發(fā)揮，因此靶向腫瘤血管的納米藥物在藥物遞送方面具有天然的優(yōu)勢。然而，目前可用于靶向的相關(guān)靶點或是微環(huán)境響應的特異性還需要進一步優(yōu)化。如目前多采用的靶向腫瘤局部微血栓的CREKA肽，在動脈粥樣硬化相關(guān)的微血栓存在時其特異性則會受到限制[39]；響應腫瘤微環(huán)境低pH值的納米藥物，在其它炎癥導致的微酸性環(huán)境中亦可導致藥物的非特異性釋放。此外，盡管納米技術(shù)已在腫瘤納米醫(yī)學領域取得了巨大進展，納米藥物臨床轉(zhuǎn)化最主要的挑戰(zhàn)仍然來源于對腫瘤生物學的復雜性與異質(zhì)性的認知不足，對納米結(jié)構(gòu)-生物界面相互作用的了解有限以及納米藥物的可重復合成和大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)欠缺[13]。DNA納米機器藥物在凝血酶遞送中的成功應用表明了將DNA折紙技術(shù)應用于藥物精準遞送的巨大潛力，但若要實現(xiàn)臨床應用還有許多問題亟待解決，如DNA納米材料的免疫原性、體內(nèi)代謝行為以及規(guī)模化生產(chǎn)等[29]。因此，未來的智能納米藥物在向更精細的設計方向發(fā)展的同時，需要更深入地研究納米藥物和細胞相互作用的機制，通過調(diào)控相關(guān)靶分子來調(diào)節(jié)細胞對藥物的攝取，此外，應盡可能選擇生物安全性好、體內(nèi)代謝行為明確的納米材料，并發(fā)展先進的制備方法和表征體系以擴大納米藥物的臨床應用。