納米藥物在乳腺癌治療中的應(yīng)用*

梅承翰，徐戎

(華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)系，武漢 430030)

納米材料有著特殊的尺寸依賴(lài)性，在某種尺度時(shí)物質(zhì)會(huì)表現(xiàn)出特殊的理化性質(zhì)。由不同材料組成，理化性質(zhì)和種類(lèi)不同的納米載藥系統(tǒng)(nanoengineered drug delivery systems，nDDS)已用于多種疾病的診斷和治療。運(yùn)用納米技術(shù)改變藥物性質(zhì)、增加溶解度、降低循環(huán)過(guò)程中的降解、將藥物富集于預(yù)定作用部位，可以在增加藥效的同時(shí)降低副作用。納米載藥系統(tǒng)中研究較為成熟的是脂質(zhì)體、納米聚合物、金納米殼、納米晶體、C-60、硅及二氧化硅納米粒和超順磁納米微粒。本文將介紹納米技術(shù)在乳腺癌治療中的進(jìn)展。

1 納米載藥系統(tǒng)

活性分子因體內(nèi)滯留時(shí)間、溶解度、穩(wěn)定性、選擇性等問(wèn)題，會(huì)限制它們的藥理作用。納米藥物的應(yīng)用旨在克服上述問(wèn)題，使納米載體靶向輸送藥物到達(dá)作用部位。

隨著20世紀(jì)60年代脂質(zhì)體的發(fā)現(xiàn)及20世紀(jì)70年代中葉出現(xiàn)的聚合物-藥物復(fù)合物，衍生出納米載藥系統(tǒng)。其粒徑更小，可特異靶向，因而具有降低毒副作用、延長(zhǎng)釋放時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。納米載藥系統(tǒng)的一些特性及其設(shè)計(jì)要求如下。①無(wú)毒材料和可降解制品，應(yīng)選擇無(wú)毒，特別是對(duì)人體健康無(wú)毒的原材料。②直徑(10～200nm)和形狀，何種大小最有效尚無(wú)定論，目前在眾多的遞送系統(tǒng)中，該直徑范圍的粒子最為有效，還應(yīng)注意顆粒形狀的影響。③活性藥物的包封，為保證有效性，活性藥物須包封于納米載體內(nèi)，表面修飾在體外效果較好，但體內(nèi)效果會(huì)因網(wǎng)狀內(nèi)皮組織而降低。④生理?xiàng)l件下的膠體穩(wěn)定性，納米載體表面修飾后，需在生理環(huán)境的相應(yīng)溶液pH、離子強(qiáng)度、分子相互作用和溫度條件下，抗沉聚。⑤清除機(jī)制:需有一可行的清除機(jī)制，以避免納米載體的蓄積和對(duì)全身的影響。⑥清除時(shí)間長(zhǎng)，納米粒子具有抗聚集效應(yīng)，且給藥后易被機(jī)體清除，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)這些情況，以促進(jìn)其在循環(huán)系統(tǒng)中保持較長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間，使盡可能多的納米粒子靶向腫瘤細(xì)胞。⑦體內(nèi)控制釋放藥物應(yīng)有一觸發(fā)機(jī)制，如腫瘤內(nèi)酸性環(huán)境、成熟內(nèi)涵體，以釋放包封藥物進(jìn)入靶組織。⑧選擇性靶向細(xì)胞或組織，納米粒子應(yīng)與表面靶分子結(jié)合，以使癌變組織有最高的攝取量，并對(duì)健康組織的副作用降至最低[1]。已有大量的納米載藥系統(tǒng)如脂質(zhì)體、納米粒(nanoparticles)、樹(shù)狀大分子、膠束、納米棒等，用于疾病治療，其中已有一些治療癌癥、傳染病、內(nèi)分泌失調(diào)的納米藥物上市。

納米載藥系統(tǒng)包括脂質(zhì)體、生物降解/不可降解聚合物、抗體、金屬、磁性物質(zhì)、碳、陶瓷、病毒衣殼蛋白等多種材料[2]。多種納米載藥系統(tǒng)的異同見(jiàn)表1。

2 納米藥物的乳腺癌治療作用

納米技術(shù)通過(guò)增加腫瘤治療位點(diǎn)的藥物遞送，提高乳腺癌的治療效果。藥物遞送可通過(guò)以下幾種機(jī)制:被動(dòng)靶向、主動(dòng)靶向、腫瘤部位直接注射、光療和放療[3]。被動(dòng)靶向作用充分利用腫瘤組織的增強(qiáng)滲透與滯留效應(yīng)。主動(dòng)靶向基于腫瘤組織中高表達(dá)的生物標(biāo)志物和受體。納米粒與抗體或者化學(xué)治療(化療)藥物連接，可特異性地將藥物遞送至病變組織。腫瘤直接治療包含微創(chuàng)治療和高選擇性靶向腫瘤組織的無(wú)創(chuàng)方法。

2.1 被動(dòng)靶向 很多對(duì)乳腺癌有效的化療藥物，因副作用嚴(yán)重，而使其臨床應(yīng)用受限。多柔比星?？赡軐?dǎo)致患者心臟毒性和心臟衰竭。將多柔比星與聚乙烯亞胺共載入人血清清蛋白納米粒，與游離的多柔比星比較，對(duì)乳腺癌細(xì)胞毒性作用更強(qiáng)[4]。多柔比星納米粒攝入細(xì)胞后，相較于快速釋放的游離多柔比星，納米粒子裝載的藥物釋放更為緩慢。

清蛋白結(jié)合型紫杉醇是另一被動(dòng)靶向，且能顯著提高療效的納米藥物[5]。透過(guò)內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)入癌組織的清蛋白結(jié)合型紫杉醇，在腫瘤內(nèi)藥物濃度更高，較游離型高出5倍[6]。且治療后乳腺癌復(fù)發(fā)時(shí)間延長(zhǎng)，低劑量組生存期也顯著延長(zhǎng)[7]。

表1 各類(lèi)納米粒子載藥系統(tǒng)的特性比較Tab.1 Comparison of nano-engineered drug delivery systems

2.2 主動(dòng)靶向 乳腺癌等多種腫瘤中，存在過(guò)度表達(dá)的生物素受體，將生物素連接到納米藥物，可增強(qiáng)納米粒的胞內(nèi)攝取，攝取量可增加6倍。

介孔硅顆粒容積大，可裝載多種治療和成像藥物。還可與靶向藥物如抗體、肽、核酸、生物素等連接。近來(lái)研究者采用介孔硅顆粒裝載多柔比星，利用寡核苷酸適配子靶向至乳腺癌細(xì)胞，熒光成像結(jié)果顯示其可被乳腺癌細(xì)胞大量攝取，而無(wú)寡核苷酸適配子的納米粒和帶陰性對(duì)照寡核苷酸適配子的納米粒則攝取極少[8]。

某些乳腺癌細(xì)胞亞型中HER2/neu受體過(guò)度表達(dá)。將納米粒共載紫杉醇及特異靶向HER2/neu受體的曲妥株單抗(赫賽汀)，抗腫瘤療效可顯著增強(qiáng)，較單用曲妥株單抗的細(xì)胞毒作用增加4倍，較單用紫杉醇的細(xì)胞毒作用增加2倍[9]。

西羅莫司的腫瘤組織特異性差、溶解度低、毒副作用大，故其應(yīng)用受限。羥基乙酸共聚物[poly(lactic-coglycolic acid)，PLGA]納米粒裝載西羅莫司，細(xì)胞攝取量可增加3倍。進(jìn)一步耦聯(lián)EGFR抗體靶向至乳腺癌細(xì)胞，細(xì)胞攝取量可增加50倍[10]。

納米載體可使干擾RNA的體內(nèi)循環(huán)穩(wěn)定性提高、免受降解[11]。GREBOWSKI等[12]用超順磁性氧化鐵納米粒攜載靶向癌癥抗凋亡基因BIRC5的siRNA，可使腫瘤壞死增加、腫瘤體積明顯減小。

2.3 直接殺傷腫瘤細(xì)胞 無(wú)毒輻射如近紅外(near infrared，NIR)、振蕩磁場(chǎng)，可被納米粒子，如富勒烯、碳納米管、金納米結(jié)構(gòu)、量子點(diǎn)、氧化鐵等吸收和轉(zhuǎn)換輻射能為活性氧或高熱，選擇性殺死癌細(xì)胞。納米粒的優(yōu)勢(shì)在于，可通過(guò)共價(jià)連接組織特異性分子或磁納米粒，在外磁場(chǎng)的輔助下，定位于腫瘤。這有助于減少非靶向性腫瘤治療的最危險(xiǎn)副作用——對(duì)健康組織的損害。

2.4 光動(dòng)力療法 臨床上已將光動(dòng)力療法用于乳腺癌治療[13]。早期的光動(dòng)力療法利用聚合物和無(wú)機(jī)納米粒作為被動(dòng)載體，提升疏水性光敏劑的溶解性[14]。現(xiàn)在量子點(diǎn)、鈦氧化物及富勒烯已可直接作為光敏劑，其腫瘤細(xì)胞殺傷作用已為體外實(shí)驗(yàn)所證實(shí)[15-16]。為發(fā)揮光動(dòng)力療法的體內(nèi)作用，研究者提出了三步反應(yīng)策略[17]:位于腫瘤部位的納米粒被易穿過(guò)軟組織的外部輻射(如NIR)照射后，在腫瘤內(nèi)發(fā)出可見(jiàn)光;反過(guò)來(lái)又激活連接在粒子表面的光敏劑分子，產(chǎn)生殺傷細(xì)胞的單線(xiàn)態(tài)氧[14]。應(yīng)用NIR(980nm)照射產(chǎn)生的大量單線(xiàn)態(tài)氧，可高效誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞(MDA-MB-231、4T1)死亡[18]，較傳統(tǒng)光動(dòng)力療法可更有效地抑制腫瘤生長(zhǎng)[19]。

2.5 隱型(stealth)納米載藥系統(tǒng) 通過(guò)表面修飾或聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)聚合物連接，使納米載藥系統(tǒng)不被單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng)所發(fā)現(xiàn)，可以降低調(diào)理作用[20]。PEG因其柔性鏈、構(gòu)型多樣特性，能起到“蛋白防護(hù)劑”的作用。可增加溶解度、生物相容性、循環(huán)時(shí)間，并降低血小板聚集和免疫原性。PEG還可與小顆粒連接(如酶、細(xì)胞因子和抗體)，以增加分子量而高于腎過(guò)濾閾值。然而PEG化會(huì)降低內(nèi)吞效率。目前有很多商業(yè)化的PEG納米載藥系統(tǒng)(如Doxil?，Xyotax?，Lipoplatin?)。聚甲基丙烯酸羥丙酯是另一種隱型聚合物，目前在臨床試驗(yàn)階段(耦聯(lián)多柔比星、喜樹(shù)堿和紫杉醇)[21]。

3 納米藥物在乳腺癌中臨床應(yīng)用

已有多種類(lèi)型的納米藥物應(yīng)用于臨床腫瘤治療，包括病毒載體、藥物結(jié)合物、脂質(zhì)體、聚合物納米載體和無(wú)機(jī)納米粒子。多種治療乳腺癌的納米藥物也已上市，而一些尚處于臨床試驗(yàn)階段[22-23]，見(jiàn)表2。

目前抗癌納米藥物中最為成功的是藥物結(jié)合物?；钚运幬锍煞止矁r(jià)連接靶向抗體、肽或聚合物。結(jié)合物通常是單或低聚物，旨在提高藥物的靶向遞送，但不影響藥物的溶解度、穩(wěn)定性或生物降解。而基于脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、糖鏈或合成聚合物的納米載體包封藥物，無(wú)需共價(jià)連接藥物[23]。

聚合物-藥物結(jié)合物納米載藥系統(tǒng)，通過(guò)增強(qiáng)滲透滯留效應(yīng)(EPR)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)腫瘤中的蓄積。水解聚馬來(lái)酸酐(hydroxypropyl methacrylate，HPMA)共聚物-多柔比星結(jié)合物(PK1)是一新型抗癌藥，較游離多柔比星可顯著降低心臟毒性和禿頭癥。Ⅱ期臨床試驗(yàn)結(jié)果顯示其在乳腺癌中活性顯著[23]。

與抗體-藥物結(jié)合物比較，脂質(zhì)體載藥量可高3～4倍。Doxil?是PEG化多柔比星脂質(zhì)體，用于轉(zhuǎn)移性乳腺癌、卵巢癌、多發(fā)性骨髓瘤和艾滋病相關(guān)卡波濟(jì)肉瘤治療。在Ⅲ期臨床試驗(yàn)中，紫杉醇耐藥的乳腺癌患者應(yīng)用Doxil?，相較于用長(zhǎng)春瑞濱或長(zhǎng)春瑞濱聯(lián)合絲裂霉素C，生存時(shí)間有所延長(zhǎng)[24]。在另一Ⅲ期臨床試驗(yàn)中，Doxil?與傳統(tǒng)多柔比星療效相似，而心臟毒性、骨髓抑制、嘔吐和脫發(fā)等不良反應(yīng)明顯降低[25]。

Abraxane?(ABI-007)即清蛋白結(jié)合型紫杉醇(nab-paclitaxel)，是目前上市的唯一聚合物納米粒。紫杉醇水溶性差，其可溶解于聚氧乙烯蓖麻油，而該溶劑恰易導(dǎo)致變態(tài)反應(yīng)。將紫杉醇包裹入清蛋白納米粒，無(wú)需蓖麻油即可解決溶解性問(wèn)題。在Ⅲ期臨床試驗(yàn)中，Abraxane較于Taxol?(多柔比星)療效更佳，毒性更低[26]。由于Abraxane?的成功，推進(jìn)水溶性Genexol-PM?紫杉醇聚合物膠束的研究。該膠束由PEG、PLA共聚物組成，目前在韓國(guó)已批準(zhǔn)用于乳腺癌和肺癌治療，在美國(guó)和俄羅斯處于Ⅱ期臨床試驗(yàn)階段。已開(kāi)展的Ⅰ期和Ⅱ期臨床試驗(yàn)均證實(shí)Genexol-PM?具有顯著的抗腫瘤活性，提高最大耐受劑量[27]。

表2 用于乳腺癌治療的納米載藥系統(tǒng)的研發(fā)Tab.2 Research and development on nano-engineered drug for treating breast cancer

4 結(jié)束語(yǔ)

納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，有望解決某些長(zhǎng)期困擾臨床的難題?，F(xiàn)已開(kāi)發(fā)出大量獨(dú)特的納米粒，它們具有不同的粒徑、形狀、電荷、表面修飾、載藥量和治療效果。隨著研究的不斷深入與轉(zhuǎn)化，納米醫(yī)學(xué)將有更廣闊的發(fā)展前景，其在乳腺癌的治療中也會(huì)發(fā)揮更大的作用。

[1]ADAIR J H，PARETTE M P，ALTNOGLU E I，et al.Nanoparticulate alternatives for drug delivery[J].Acs Nano，2010，4(9):4967－4970.

[2]FELICE B，PRABHAKARAN M P，RODR GUEZ A P，et al.Drug delivery vehicles on a nano-engineering perspective[J].Mater Sci Engin C，2014，41:178－195.

[3]GROBMYER SR，MORSE DL，F(xiàn)LETCHER B，et al.The pro-mise of nanotechnology for solving clinical problems in breast cancer[J].J Surg Oncol，2011，103(4):317－325.

[4]ABBASI S，PAUL A，SHAO W，et al.Cationic albumin nanoparticles for enhanced drug delivery to treat breast cancer:preparation and in vitro assessment[J].J Drug Deliv，2012，2012:686108.doi:10.1155/2012/686108.

[5]CUCINOTTO I，F(xiàn)IORILLO L，GUALTIERI S，et al.Nanoparticle albumin bound paclitaxel in the treatment of human cancer:nanodelivery reaches prime-time?[J].J Drug Deliv，2013，2013:905091.doi:10.1155/2013/905091.

[6]DESAI N，TRIEU V，YAO Z，et al.Increased antitumor activity， intratumor paclitaxel concentrations， and endothelial cell transport of cremophor-free，albumin-bound paclitaxel， ABI-007， compared with cremophor-based paclitaxel[J].Clin Cancer Res，2006，12(4):1317－1324.

[7]HU C M J，ZHANG L.Nanoparticle-based combination therapy toward overcoming drug resistance in cancer[J].Biochem Pharm，2012，83(8):1104－1111.

[8]LEE A L，WANG Y，CHENG H Y，et al.The co-delivery of paclitaxel and Herceptin using cationic micellar nanoparticles[J].Biomaterials，2009，30(5):919－927.

[9]HOGEMANN-SAVELLANO D，BOS E，BLONDET C，et al.The transferrin receptor:a potential molecular imaging marker for human cancer[J].Neoplasia，2003，5(6):495－506.

[10]TAKESHITA F，MINAKUCHI Y，NAGAHARA S，et al.Efficient delivery of small interfering RNA to bone-metastatic tumors by using atelocollagen in vivo[J].Proc Natl Acad Sci USA，2005，102(34):12177－12182.

[11]KUMAR M，YIGIT M，DAI G，et al.Image-guided breast tumor therapy using a small interfering RNA nanodrug[J].Cancer Res，2010，70(19):7553－7561.

[12]GREBOWSKI J，KAZMIERSKA P，KROKOSZ A.Fullerenols as a new therapeutic approach in nanomedicine[J].Bio Med Res Int，2013，2013:751913.doi:10.1155/2013/751913.

[13]MROZ P，TEGOS G P，GALI H，et al.Photodynamic therapy with fullerenes[J].Photochem Photobiolog Sci，2007，6(11):1139－1149.

[14]CUENCA R E，ALLISON R R，SIBATA C，et al.Breast cancer with chest wall progression: treatment with photodynamic therapy[J].Ann Surg Oncol，2004，11(3):322－327.

[15]IDRIS N M，GNANASAMMANDHAN M K，ZHANG J，et al.In vivo photodynamic therapy using upconversion nanoparticles as remote-controlled nanotransducers[J].Nat Med，2012，18(10):1580－1585.

[16]JUZENAS P，CHEN W，SUN Y P，et al.Quantum dots and nanoparticles for photodynamic and radiation therapies of cancer[J].Adv Drug Deliv Rev，2008，60(15):1600－1614.

[17]WANG C，CHENG L，LIU Z.Upconversion nanoparticles for photodynamic therapy and other cancer therapeutics[J].Theranostics，2013，3(5):317.

[18]JEREMIC B，AGUERRI A R，F(xiàn)ILIPOVIC N.Radiosensitization by gold nanoparticles[J].Clin Transl Oncol，2013，15(8):593－601.

[19]DOU Q Q，RENGARAMCHANDRAN A，SELVAN S T，et al.Core – shell upconversion nanoparticle – semiconductor heterostructures for photodynamic therapy[J].Sci Rep，2015，5:8252.doi:10.1038/srep08252.

[20]J GER E，J GER A，ETRYCH T，et al.Self-assembly of biodegradable copolyester and reactive HPMA-based polymers into nanoparticles as an alternative stealth drug delivery system[J].Soft Matter，2012，8(37):9563－9575.

[21]PURI A，LOOMIS K，SMITH B，et al.Lipid-based nanopar-ticles as pharmaceutical drug carriers:from concepts to clinic[J].Crit Rev Ther Drug Carrier Syst，2009，26(6):523－580.

[22]EGUSQUIAGUIRRE S P，IGARTUA M，HERN NDEZ R M，et al.Nanoparticle delivery systems for cancer therapy:advances in clinical and preclinical research[J].Clin Transl Oncol，2012，14(2):83－93.

[23]WICKI A，WITZIGMANN D，BALASUBRAMANIAN V，et al.Nanomedicine in cancer therapy: challenges，opportunities，and clinical applications[J].J Control Release，2015，200:138－157.

[24]KELLER A M，MENNEL R G，GEORGOULIAS V A，et al.Randomized phaseⅢ trial of pegylated liposomal doxorubicin versus vinorelbine or mitomycin C plus vinblastine in women with taxane-refractory advanced breast cancer[J].J Clin Oncol，2004，22(19):3893－3901.

[25]O＇BRIEN M，WIGLER N，INBAR M，et al.Reduced cardiotoxicity and comparable efficacy in a phaseⅢtrial of pegylated liposomal doxorubicin HCl(CAELYX?/Doxil?)versus conventional doxorubicin for first-line treatment of metastatic breast cancer[J].Ann Oncol，2004，15(3):440－449.

[26]GRADISHAR W J，TJULANDIN S，DAVIDSON N，et al.PhaseⅢtrial of nanoparticle albumin-bound paclitaxel compared with polyethylated castor oil–based paclitaxel in women with breast cancer[J].J Clin Oncol，2005，23(31):7794－7803.

[27]LEE K S，CHUNG H C，IM S A，et al.Multicenter phase II trial of Genexol-PM，a Cremophor-free，polymeric micelle formulation of paclitaxel，in patients with metastatic breast cancer[J].Breast Cancer Res Treat，2008，108(2):241－250.