納米載體逆轉(zhuǎn)腫瘤耐藥的研究進(jìn)展

黃 菁，王玉玨，盧麗萍

0 引言

癌癥是全球人類死亡的主要原因之一。據(jù)世界衛(wèi)生組織的報(bào)告，每年新發(fā)癌癥病例已超過1 240萬，死亡病例已超過760萬。目前大約有50種不同類型的化療藥物用于治療大約200種不同類型的癌癥，導(dǎo)致化療藥物因缺乏特異性而產(chǎn)生嚴(yán)重的副作用，從而損壞正常器官。另外，化療藥物雖然可有效殺死癌細(xì)胞，但隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)(也可發(fā)生于較短的時(shí)間之后)，腫瘤細(xì)胞自身即可抵抗這些藥物，即腫瘤多藥耐藥(MDR)作用。為提高療效，減少毒副作用，逆轉(zhuǎn)MDR作用，研究者對(duì)納米顆粒的藥物遞送系統(tǒng)(DDS)，如脂質(zhì)體、膠束、微細(xì)胞、脂質(zhì)復(fù)合物、金納米粒子、磁性納米粒子、碳納米管、樹枝狀合物、量子點(diǎn)、聚合物-藥物共軛物等分子進(jìn)行研究。將藥物負(fù)載或封裝在納米粒子上，更特異地對(duì)癌細(xì)胞提供裝載藥物，形成了新型的逆轉(zhuǎn)MDR工具。本文概述了納米顆粒的生物學(xué)特性，并重點(diǎn)對(duì)利用DDS逆轉(zhuǎn)腫瘤MDR的途徑和方法進(jìn)行綜述。

1 納米藥物載體的生物學(xué)特性

對(duì)于大多數(shù)藥物，傳遞系統(tǒng)需要解決的問題有：藥物溶解度、生物利用度、胃腸道吸收、靶向性、緩釋作用、療效、副作用等，而納米載體將藥物包封于亞微粒中，可以調(diào)節(jié)釋藥速度，增加生物膜透過性，改變藥物在體內(nèi)的分布，提高生物利用度等。①許多半衰期短的藥物可能需要每天重復(fù)給藥多次，但制備成緩釋藥物后，將極大延長(zhǎng)藥物作用時(shí)間，能解決口服易水解藥物的給藥途徑問題，從而大大降低藥物與胃蛋白酶等消化酶接觸的機(jī)會(huì)。②納米載體經(jīng)特殊加工后，可達(dá)到靶向輸送的目的，更準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)組織或器官，減少藥物對(duì)人體的不良反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)靶向給藥。③載藥納米?？梢愿淖兡まD(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，增加藥物對(duì)生物膜的透過性，有利于藥物透皮吸收與細(xì)胞內(nèi)藥物發(fā)揮。④納米顆粒具有緩釋效應(yīng)，使血漿藥物濃度波動(dòng)小，降低藥物的毒副作用[1]。⑤納米顆?？诜?，主要通過腸道的派伊爾結(jié)吸收進(jìn)入淋巴循環(huán)，可避免肝首關(guān)效應(yīng)，增加一些藥物的生物利用度?？傊?，納米藥物載體在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛，可在保證藥物作用的前提下，減少給藥劑量，提高藥物的利用率、療效，減少藥物的副作用；可消除特殊生物屏障對(duì)藥物作用的阻礙，能攜帶多種化學(xué)藥物，使載體及其生物學(xué)降解產(chǎn)物易于消除。

2 應(yīng)用DDS克服腫瘤多藥耐藥的途徑和方法

2.1 應(yīng)用DDS對(duì)MDR蛋白抑制劑的傳遞 藥物的活性取決于其在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中的濃度。部分蛋白質(zhì)(如P-gp、MRP、BCRP、LRP)可運(yùn)輸內(nèi)化藥物分子到細(xì)胞外部環(huán)境；GST通過酶活性解毒藥物分子。因此，為了使藥物分子有效，抑制相應(yīng)蛋白質(zhì)或酶是首要關(guān)注的問題。已知這些蛋白質(zhì)或酶的幾種抑制劑可以下調(diào)其表達(dá)。其中，選擇性抑制P-gp作用的藥物包括維拉帕米、地爾硫卓、奎尼丁、環(huán)孢菌素A、阿司咪唑、伊曲康唑、阿霉素-鎵-轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合物；同時(shí)發(fā)現(xiàn)，紅霉素、伊曲康唑、二氟沙星、氧氟沙星、利福平、消炎痛、NSAID類藥物、多柔比星鎵轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合物等能抑制MRP的活性。染料木素、雌酮等是BCRP抑制劑的代表[2]。研究證實(shí)，多種GST抑制劑，包括依他尼酸、6-巰基己醇衍生物、硝唑尼特、蘆薈大黃素等，通過增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞對(duì)抗癌藥物的敏感性來調(diào)節(jié)耐藥性[3]。當(dāng)抑制劑足以對(duì)抗耐多藥蛋白的功能時(shí)，它們對(duì)靶位點(diǎn)不僅沒有特異性作用，還可阻止正常器官靶蛋白的功能，從而產(chǎn)生副作用，如心臟毒性、腎毒性和神經(jīng)毒性等。為避免這種情況，對(duì)腫瘤進(jìn)行特異性的靶向抑制十分必要。因此，可將這些抑制劑封裝在納米顆粒中并加以特定修飾，使抑制劑可以在特定的腫瘤細(xì)胞中發(fā)揮下調(diào)MDR蛋白表達(dá)的功能，這樣藥物可單獨(dú)傳遞或通過納米粒子的管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤部位的抑制。最近研究表明，通過含有抗腫瘤藥物和外排泵抑制劑的納米載體，如環(huán)孢素、維拉帕米和Tariquidar等抑制多藥耐藥蛋白，在腫瘤細(xì)胞多藥耐藥逆轉(zhuǎn)方面有著很好的前景[4-5]。

另外，研究發(fā)現(xiàn)，與游離環(huán)孢霉素A或僅載阿霉素藥的顆粒相比，共同封裝環(huán)孢菌素A和阿霉素的納米粒子，可使阿霉素對(duì)白血病細(xì)胞的功效高2倍[6]。另一項(xiàng)研究中提出，轉(zhuǎn)鐵蛋白同時(shí)含有維拉帕米和阿霉素脂質(zhì)體，可以加速細(xì)胞內(nèi)化，使耐阿霉素的白血病細(xì)胞中阿霉素有更高濃度的聚集，證實(shí)與未修飾的脂質(zhì)體相比，修飾性納米脂質(zhì)體能夠逆轉(zhuǎn)MDR[4]。此外，與非靶向制劑相比，包被紫杉醇和Tariquidar的聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)納米粒在乳腺癌中的療效也有所提高[5]?？芍?，利用納米粒子實(shí)現(xiàn)抑制劑和化療藥物的靶向傳遞，有望成為更加安全、有效的治療腫瘤MDR的方法。

2.2 應(yīng)用DDS對(duì)MDR靶向基因的遞送 基因治療是指在活體將特定的遺傳物質(zhì)導(dǎo)入靶細(xì)胞，改變靶細(xì)胞的表型或從基因水平替代、阻抑、控制或攻擊細(xì)胞中有缺陷或有害的基因，以達(dá)到預(yù)防或改變某一特定疾病狀態(tài)的目的[7]?；蛑委熞殉蔀榘┌Y治療的強(qiáng)大工具，其中，RNA干擾技術(shù)給耐藥逆轉(zhuǎn)提供了新的高效特異性的方法，該技術(shù)是將外源性或內(nèi)源性雙鏈RNA導(dǎo)入細(xì)胞后，引起與該段RNA同源的mRNA產(chǎn)生特異性降解，其相應(yīng)的基因受到抑制，這種發(fā)生在轉(zhuǎn)錄后的基因沉默現(xiàn)象稱為RNA干擾。siRNA對(duì)腫瘤MDR的調(diào)節(jié)作用在于其能直接降解mdr-1mRNA，降低P-gP的表達(dá)，從而恢復(fù)腫瘤耐藥細(xì)胞對(duì)藥物的敏感性。近年來，有研究者嘗試通過核酸(RNA干擾，siRNA等)納米粒子控制腫瘤ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)[5]。由于游離siRNA在血清中不穩(wěn)定且在細(xì)胞中的提取量較少，而載siRNA的運(yùn)載納米粒子較游離siRNA系統(tǒng)更穩(wěn)定，具有目標(biāo)特異性，因而能增強(qiáng)基因轉(zhuǎn)染[8]。Jiang等[9]用化學(xué)合成的siRNA納米粒轉(zhuǎn)染具有耐藥性的乳腺癌細(xì)胞，在RNA和蛋白水平上抑制MDR1基因表達(dá)，選擇性地增加了通過P-糖蛋白運(yùn)送的阿霉素在細(xì)胞內(nèi)的積累，并恢復(fù)了細(xì)胞對(duì)阿霉素的敏感性。Chen 等[10]用陽離子脂質(zhì)體納米載體包載siRNA (c-Myc) 與DOX對(duì) NCI/ADR-RES 細(xì)胞進(jìn)行體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，聯(lián)合治療體系效果對(duì)MDR癌癥具有良好的協(xié)同作用，與對(duì)照組相比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。另外，配體修飾的納米粒子也能在siRNA傳遞過程中解決靶向問題，這是在MDR腫瘤組織中下調(diào)特異性基因的先決條件。Kang等[11]用陽離子脂質(zhì)體共載了siRNA和化療藥物MEK抑制劑，將其用于腫瘤治療，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，siRNA可以下調(diào)Mcl1和pERK1/2蛋白表達(dá)且有效減少腫瘤細(xì)胞存活時(shí)間。Saad等[12]發(fā)現(xiàn)，裝載阿霉素和MRP-1及Bcl-2siRNA的脂質(zhì)體能夠誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，逆轉(zhuǎn)肺癌多藥耐藥。最近，雙序列治療策略用于傳遞包被雙特異性抗體靶向微膠粒的siRNA和藥物，以阻斷多藥耐藥基因的表達(dá)。Baselga等[13]應(yīng)用拉帕替尼和赫賽汀聯(lián)合的雙靶向藥物和單獨(dú)使用赫賽汀或拉帕替尼治療早期乳腺癌，結(jié)果表明，兩藥聯(lián)合應(yīng)用所產(chǎn)生的效果明顯高于單獨(dú)使用其中任何一種藥物，且無明顯心臟毒性事件的發(fā)生。因此，遞送抗腫瘤藥物到多藥耐藥腫瘤細(xì)胞的載體非常重要，可控制通過納米顆粒核酸傳遞基因表達(dá)的水平。

2.3 應(yīng)用DDS調(diào)節(jié)藥物的攝取途徑 被包封在納米顆粒的藥物相對(duì)于游離藥物，具有不同的藥代動(dòng)力學(xué)特性。游離藥物通常通過擴(kuò)散穿過細(xì)胞膜。當(dāng)它們穿過細(xì)胞膜時(shí)，膜上的藥物外排泵可感測(cè)游離藥物分子，并防止其進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)或使其容易被ABC轉(zhuǎn)運(yùn)捕捉后排出。納米載體將成為有效克服游離藥物外排問題，并增加其療效的工具。納米載體是通過非特異性內(nèi)吞途徑進(jìn)入細(xì)胞，并以“無形”的形式穿過細(xì)胞膜，從而防止藥物被外排泵識(shí)別。這種類型的內(nèi)吞作用稱為“隱形”的內(nèi)吞作用，可以產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)較高的藥物濃度。這些顆粒由內(nèi)涵體轉(zhuǎn)運(yùn)，在近核(或深細(xì)胞質(zhì)內(nèi))遠(yuǎn)離膜ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白區(qū)域釋放。按照這些步驟，納米載體能夠繞過ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，同時(shí)，抗腫瘤藥物可以屏蔽細(xì)胞解毒酶作用[14]。丁寶月等[15]發(fā)現(xiàn)，由于DOX-PAMAM-HA可以通過避開耐藥蛋白如P-糖蛋白對(duì)藥物的外排作用，以胞吞形式入胞，從而增加藥物的細(xì)胞內(nèi)攝取，導(dǎo)致與DOX溶液相比，DOX-PAMAM-HA可明顯提高在耐藥腫瘤細(xì)胞內(nèi)的攝取。因此，利用納米載體在腫瘤細(xì)胞中調(diào)節(jié)藥物攝取途徑的作用，將成為逆轉(zhuǎn)MDR的有效工具。

2.4 應(yīng)用DDS對(duì)靶向腫瘤血管生成的治療 腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)和發(fā)展需要葡萄糖、礦物質(zhì)和氧，最初它們通過附近的血管提供，但隨著腫瘤的增長(zhǎng)，腫瘤細(xì)胞越來越遠(yuǎn)離血液供應(yīng)。其繼續(xù)增長(zhǎng)必須有新的血管提供營(yíng)養(yǎng)，如果沒有血管生成，原發(fā)腫瘤的生長(zhǎng)不會(huì)超過1～2 mm3。腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移是腫瘤治療失敗的主要原因，而在腫瘤發(fā)生侵襲轉(zhuǎn)移的過程中，血管生成發(fā)揮重要作用。在腫瘤細(xì)胞分泌的血管生成調(diào)節(jié)因子的幫助下，在腫瘤微環(huán)境中新血管由預(yù)先存在的血管形成，這個(gè)過程被稱為腫瘤血管生成。為控制腫瘤生長(zhǎng)，可嘗試抑制腫瘤血管生成，此過程涉及下調(diào)促血管生成因子的分泌或增強(qiáng)血管生成抑制因子的活性以及向腫瘤血管的內(nèi)皮細(xì)胞(TECS)傳遞抗腫瘤藥物，此過程稱為抗血管生成的治療。腫瘤血管是極易損傷的，有100～600 nm的內(nèi)皮細(xì)胞間隙，間隙長(zhǎng)度取決于腫瘤類型、惡性程度和疾病的階段。直徑為100 dnm左右的納米顆粒通過增強(qiáng)細(xì)胞通透性和保留(EPR)效應(yīng)，主要應(yīng)用于聚集腫瘤血管和腫瘤細(xì)胞的腫瘤組織，這是實(shí)體瘤中的普遍現(xiàn)象(在一些低血管瘤的情況下例外，如前列腺癌或胰腺癌)。小于10 dnm的納米粒子穿過腫瘤血管上皮細(xì)胞(TECs)并迅速被清除，從而導(dǎo)致較短的血液半衰期。而TECs為多藥耐藥腫瘤細(xì)胞提供營(yíng)養(yǎng)支持，藥物通過靶向納米顆粒特異性遞送到TECs，是一種有效治療該類型惡性腫瘤的方法。因此，10～100 dnm的顆粒將適合針對(duì)體內(nèi)靶向腫瘤。臨床上，針對(duì)抗阿霉素腫瘤，一旦癌細(xì)胞對(duì)藥物產(chǎn)生耐藥性，抗腫瘤藥物將很難被輸送到腫瘤細(xì)胞進(jìn)行治療，導(dǎo)致治療失敗。但承載阿霉素的小PEG-LP(100 dnm左右)，可通過EPR效應(yīng)抵抗腫瘤細(xì)胞功能，可用于治療乳腺癌、卵巢癌、AIDS相關(guān)的卡波濟(jì)氏肉瘤等[16]。

整合avb3、氨肽酶N(CD13)、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)的受體(VEGF-R2，神經(jīng)纖毛-1)、腫瘤血管內(nèi)皮標(biāo)記(TEMs)等促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)的因子大多由TECs分泌和表達(dá)，針對(duì)TECs配體或抗體修飾的納米粒子能夠有效遞送抗腫瘤藥物到TECs并發(fā)揮作用。Abu-Lila等[17]認(rèn)為，運(yùn)載鉑離子的脂質(zhì)體提供同TECs相互作用的表面分子，從而導(dǎo)致患有黑色素瘤的小鼠有顯著的抗血管生成活性。最近，Bai等[18]發(fā)現(xiàn)，裝載K237肽的納米粒子用于遞送藥物給TECs，能夠有效治療P-gp過表達(dá)與紫杉醇耐藥的結(jié)腸癌。這些靶向治療的方法可應(yīng)用于MDR癌癥治療中的抗血管生成治療。

另外，對(duì)于耐阿霉素腎癌的靶向治療，大顆粒納米載體(約300 dnm)表現(xiàn)最小的EPR效應(yīng)，并能優(yōu)先將阿霉素傳送到TECs；小顆粒載體(約100 dnm)主要通過EPR效應(yīng)直接作用于阿霉素耐藥腫瘤細(xì)胞。通過大顆粒傳遞的阿霉素的主要功能是殺死TECs，導(dǎo)致中斷腫瘤脈管系統(tǒng)，不能繼續(xù)為腫瘤細(xì)胞提供營(yíng)養(yǎng)，最終引起細(xì)胞凋亡或在血液供應(yīng)依賴的方式下抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)。因此，用載藥納米顆粒的抗血管生成靶向治療，還具有對(duì)化療耐藥腫瘤逆轉(zhuǎn)化療藥物耐藥的作用。

3 展望

由于自我防御機(jī)制，腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)對(duì)化療藥物耐藥，藥物分子失效，最終導(dǎo)致癌癥治療失敗，從而使患者因治療無效而死亡。為逆轉(zhuǎn)腫瘤細(xì)胞的抗藥性，在特定的腫瘤類型中確定導(dǎo)致MDR的關(guān)鍵因素非常重要。基于關(guān)鍵因素的成功識(shí)別，應(yīng)用DDS技術(shù)控制相關(guān)的影響因素，可使化療藥物易于傳遞給耐藥的腫瘤細(xì)胞，通過細(xì)胞對(duì)化療的敏感性以及恢復(fù)藥物分子活性來克服腫瘤細(xì)胞的MDR。隨著對(duì)納米載體技術(shù)的藥物傳遞系統(tǒng)在腫瘤耐藥的機(jī)制研究的深入和臨床診斷水平的不斷提高，腫瘤多藥耐藥的治療有望取得更大的進(jìn)步。

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