腫瘤干細胞靶向給藥系統(tǒng)的研究進展

李遠強，張坤,，孫麗丹

(1.三峽大學第一臨床醫(yī)學院，湖北 宜昌443000；2.三峽大學醫(yī)學院，湖北 宜昌443000）

腫瘤干細胞靶向給藥系統(tǒng)的研究進展

李遠強1，張坤1,2，孫麗丹2

(1.三峽大學第一臨床醫(yī)學院，湖北 宜昌443000；2.三峽大學醫(yī)學院，湖北 宜昌443000）

腫瘤干細胞(CSCs)在體內(nèi)保留了致瘤性，并提高了腫瘤的耐藥性，是導致常規(guī)放化療抵抗以及治療后復發(fā)的重要原因之一。本文就目前CSCs靶向給藥系統(tǒng)的研究進展做一綜述。

腫瘤干細胞；靶向治療；靶向給藥系統(tǒng)

腫瘤干細胞(cancer stem cells，CSCs)是腫瘤組織內(nèi)一小部分具有自我更新以及多向分化潛能的細胞群。由于CSCs在體內(nèi)保留了致瘤性，并提高了腫瘤的耐藥性，是導致常規(guī)放化療抵抗以及治療后復發(fā)的重要原因之一[1]。靶向給藥系統(tǒng)可以直接將有效載荷的藥物傳遞到靶向部位，由于不需要與正常細胞的相互作用，可以盡量避免副作用，并提高療效和患者的依從性[2]。

1 常見運載藥物

1.1 小干擾RNA(small interfering RNA，siRNA)研究證實，siRNA可以通過干擾RNA使靶基因沉默，并且能針對性調控基因表達過程，這為癌癥和遺傳性疾病的治療提供了新的希望。但由于siRNA陰離子性和剛性結構，無法順利通過細胞膜[3]。因此，開發(fā)一個安全、穩(wěn)定的給藥系統(tǒng)，能將siRNA等這一類對有效的抗腫瘤藥物輸送到靶細胞是非常有必要的。

1.2 微小RNA(microRNA，miRNA)內(nèi)源性miRNA在轉錄后水平調控靶基因的表達并參與了幾乎所有細胞內(nèi)的生命過程。研究證實miRNA的失調可以導致腫瘤的發(fā)生，由此外源導入miRNA或miRNA抑制劑成為靶向治療的另一重要手段[4]。

1.3 其他 紫杉醇、阿霉素等常規(guī)化療藥物也被用于腫瘤的靶向治療。在過去的臨床實踐以及研究中，已經(jīng)證實了這類藥物對腫瘤的治療效果明確，尤其是對于耐藥性的CSCs有較好的療效[5]。

2 靶向給藥體系

2.1 病毒載體 病毒載體能將藥物高效率介導進入靶細胞內(nèi)。O'MAHONY采用單純皰疹病毒(Herpes simplex virus-1，HSV-1)成功的將shRNA以及siRNA等基因靶向治療藥物導入中樞神經(jīng)系統(tǒng)[6]。由病毒載體介導的CSCs靶向給藥系統(tǒng)的研究目前主要集中在腦膠質瘤CSCs領域，多采用腺病毒為載體。Williams等[7]的研究即采用腺病毒相關載體，構建了干擾素-β(IFN-β)遞藥體系，并在隨后試驗中連續(xù)給藥，通過IFN-β破壞血管龕壁降低腦膠質瘤CSCs的數(shù)量。此外，Bai等[8]將shRNAs通過病毒載體導入腦膠質瘤CSCs，成功地使腦膠質瘤CSCs內(nèi)端粒重復結合因子2(telomere repeat-binding factor 2，TRF2)以及阻遏元件1沉默轉錄因子(repressor element 1 silencing transcription factor，REST)耗盡，并導致腦膠質瘤CSCs分裂減少、神經(jīng)元細胞有絲分裂后正常表達的蛋白含量增加以及對以烷化劑為主的治療更加敏感。雖然病毒載體介導的靶向給藥系統(tǒng)具有很高的轉運效率以及較好的靶向性，但是由于免疫原性的影響，從而阻礙了當前病毒靶向給藥系統(tǒng)的進一步發(fā)展[9]。以腺病毒載體為例，靜脈輸入后目的基因的脫靶以及在靶器官或靶組織內(nèi)的低傳導效率是當前亟需解決的一個難題[10]。

2.2 脂質體 脂質體是體外轉染最常用的試劑，由于其不具備免疫原性，同時在體內(nèi)不會產(chǎn)生毒性并具有高效的轉運能力，當前已經(jīng)成為靶向給藥系統(tǒng)研究的熱點[11]。Kim等[12]構建了一個新型的脂質體靶向給藥系統(tǒng)-交聯(lián)多層脂質體囊泡(cross-linked multilamellar liposomal vesicles，cMLVs)，成功將鹽霉素導入乳腺癌CSCs中，解決了鹽霉素因為疏水性而受阻的問題。此外cMLVs對鹽霉素大小相近的其他藥物的封裝率超過了80%，并且在體內(nèi)能保持穩(wěn)定的狀態(tài)持續(xù)釋放藥物。Li等[13]采用一種甘露糖-維生素E衍生物(MAN-TPGS1000)和地喹氯銨脂質衍生物(DQA-PEG2000-DSPE)將紫杉醇和蒿甲醚導入脂質體。這種脂質體分別通過MAN-TPGS1000與葡萄糖轉運機制結合以及DQA-PEG2000-DSPE與電荷轉運方式結合能順利通過血腦屏障以及受體介導的內(nèi)吞作用而靶向到達CSCs。在另一項研究中，Doss等[14]將金納米粒子(gold nanoparticles，GNPs)和甾核(steroid nucleus)封裝在多片層囊泡(the multi-lamellar vesi-cles，MLVs)脂質體中，成功靶向破壞CSCs的線粒體并實現(xiàn)了細胞的程序性死亡。該技術通過設計一個獨特配體，使脂質體順利通過蘋果酸穿梭后與線粒體內(nèi)膜融合后釋放藥物。當前已經(jīng)實現(xiàn)了脂質體與miRNA的結合，并在很多體外實驗中已經(jīng)成功證實了該系統(tǒng)的有效性。未來的重難點將是如何修飾脂質體的化學結構，并實現(xiàn)采用脂質體將siRNA靶向導入CSCs中[11]。

2.3 納米顆粒 選擇性的納米顆?？朔藙┝肯拗菩远靖弊饔?、腫瘤組織獲取藥物有限等缺陷，能遞送高劑量的藥物，并能與常規(guī)化療聯(lián)合治療對多種藥物耐藥的惡性腫瘤[15]。納米顆粒靶向給藥技術的可行性已經(jīng)得到了證實，該系統(tǒng)可以將多種抗癌藥物導入靶向細胞，包括siRNA、阿霉素、紫杉醇、表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)抑制劑等[16-20]。當前美國食品和藥物管理局(FDA)已經(jīng)批準的用于醫(yī)療的一種納米顆粒由四個聚合物組成：聚D，L-乳酸-乙醇酸，聚丙二醇與環(huán)氧乙烷的加聚物F127，殼聚糖，透明質酸，這種納米顆粒被設計為多種針對CSCs耐藥性的給藥系統(tǒng)[21]。Verma等[4]采用聚L-谷氨酸納米顆粒封裝一種檸檬苦素類化合物，并將藥物遞送至胰腺癌CSCs，調節(jié)胰腺癌CSCs的生長特性，顯著抑制細胞增殖和克隆形成，并且能誘導胰腺CSCs的凋亡。此外，在隨后的研究中發(fā)現(xiàn)該遞藥系統(tǒng)通過上調上皮細胞鈣粘蛋白(E-cadherin)和N-鈣黏著蛋白(N-cadherin)能抑制其遷移和侵襲的能力。另一種轉鐵蛋白靶向非侵入性的納米給藥系統(tǒng)能將miR-1導入膠質瘤CSCs，抑制腫瘤細胞遷移能力[22]。

納米顆粒靶向給藥系統(tǒng)采用各種化學修飾等方法，能順利通過血腦屏障等阻礙，并采用受體介導的內(nèi)吞效應增加了有效的藥物載荷，甚至已經(jīng)實現(xiàn)了重復循環(huán)利用。然而，CSCs表面的特異性標志物的研究尚未完全闡明，部分研究結果也還存在一定的爭議，這無疑給設計針對CSCs表面抗原的特異性靶向性的納米顆粒帶來了挑戰(zhàn)[23]。

2.4 膠束 在既往的研究中，膠束給藥系統(tǒng)尤其是聚合膠束給藥系統(tǒng)，通過各種修飾使藥物釋放模式、藥物傳遞、組織相容性和規(guī)避耐藥性等方面取得了一些進展[24]。兩親性的嵌段共聚物具有疏水性和親水性的特點，并經(jīng)過自組裝，從而產(chǎn)生典型的水容性和分散性。如氯硝柳胺硬芯的混合膠束裝載有兩親分子的嵌段共聚物和信號轉導與轉錄激活因子3，經(jīng)過嚴格的理化性質的修飾后被用于黑色素瘤以及乳腺癌細胞的細胞毒作用和細胞凋亡。進一步研究發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)能選擇性的降低CD44+干細胞群[25]。Ke等[26]將硫利達嗪和阿霉素裝配進入直徑小于100 nm的膠束中，并主動將藥物遞送至腫瘤細胞以及CSCs。此外，攜帶紫杉醇膠束主動靶向抗CD44+受體以及EGFR，并特定的增強了CSCs對以紫杉醇為基礎的化療敏感性[27]。當前，膠束裝載的CSCs靶向給藥系統(tǒng)的報道仍然較少。但是由于膠束載體具有獨特的藥物釋放以及細胞攝取行為，并且對于CSCs的靶向性也表現(xiàn)出一定的特異性，這些都將使膠束給藥系統(tǒng)在開發(fā)新一代靶向治療腫瘤領域具有較大的潛力[28]。

2.5 微泡(Microvesicles，MVs)MVs是囊泡的異構混合物，通過各種生物機制包括致癌的轉變、微刺激、細胞激活產(chǎn)生的結構、死亡等方式產(chǎn)生的細胞器樣的結構[29]。細胞衍生的MVs已經(jīng)被證實是一種有效的能傳遞小RNA、miRNA以及mRNA的載體，在腫瘤細胞與間質細胞之間建立一種信號傳導，并對腫瘤細胞具有較好靶向性[30-31]。在一項動物試驗中，采用這種微泡運載siRNA到骨肉瘤細胞內(nèi)，可以顯著的減少腫瘤細胞體積并促進腫瘤細胞的凋亡過程[31]。但其對CSCs的靶向性目前研究較少，其具體轉運的效率以及靶向性均尚未闡明。

3 展望

CSCs的靶向給藥系統(tǒng)目前更多的還是處于研究階段，目前已經(jīng)設計出有針對性的藥物載體，如病毒載體、脂質體、納米顆粒、膠束以及Mvs均有各自獨特的優(yōu)點。隨著對該領域的進一步研究，CSCs的靶向給藥系統(tǒng)將會為腫瘤治療帶來新的希望。

[1]Chow EK.Implication of cancer stem cells in cancer drug development and drug delivery[J].Journal of Laboratory Automation,2013, 18(1):6-11.

[2]Khan IU,Serra CA,Anton N,et al.Microfluidics:a focus on improved cancer targeted drug delivery systems[J].Journal of controlled release,2013,172(3):1065-1074.

[3]Hong CA,Nam YS.Functional nanostructures for effective delivery of small interfering RNA therapeutics[J].Theranostics,2014,4(12): 1211-1232.

[4]Verma RK,Yu W,Singh SP,et al.Anthothecol-encapsulated PLGA nanoparticles inhibit pancreatic cancer stem cell growth by modulating sonic hedgehog pathway[J].Nanomedicine:Nanotechnology,Biology,and Medicine,2015,11(8):2061-2070.

[5]Alakhova DY,Kabanov AV.Pluronics and MDR reversal:an update [J].Molecular Pharmaceutics,2014,11(8):2566-2578.

[6]O'Mahony AM,Godinho BM,Cryan JF,et al.Non-viral nanosystems for gene and small interfering RNA delivery to the central nervous system:formulating the solution[J].Journal of Pharmaceutical Sciences,2013,102(10):3469-3484.

[7]Williams RF,Sims TL,Tracey L,et al.Maturation of tumor vasculature by interferon-beta disrupts the vascular niche of glioma stem cells[J].Anticancer Research,2010,30(9):3301-3308.

[8]Bai Y,Lathia JD,Zhang P,et al.Molecular targeting of TRF2 suppresses the growth and tumorigenesis of glioblastoma stem cells[J]. Glia,2014,62(10):1687-1698.

[9]Xu J,Ganesh S,Amiji M.Non-condensing polymeric nanoparticlesfor targeted gene and siRNA delivery[J].International Journal of Pharmaceutics,2012,427(1):21-34.

[10]Maguire CA,Balaj L,Sivaraman S,et al.Microvesicle-associated AAV vector as a novel gene delivery system[J].Molecular Therapy, 2012,20(5):960-971.

[11]Zhang Y,Wang Z,Gemeinhart RA.Progress in microRNA delivery [J].Journal of Controlled Release,2013,172(3):962-974.

[12]Kim YJ,Liu Y,Li S,et al.Co-Eradication of breast cancer cells and cancer stem cells by cross-linked multilamellar liposomes enhances tumor treatment[J].Molecular Pharmaceutics,2015,12(8): 2811-2822.

[13]Li XY,Zhao Y,Sun MG,et al.Multifunctional liposomes loaded with paclitaxel and artemether for treatment of invasive brain glioma[J]. Biomaterials,2014,35(21):5591-5604.

[14]Doss CG,Debajyoti C,Debottam S.Disruption of mitochondrial complexes in cancer stem cells through nano-based drug delivery:a promising mitochondrial medicine[J].Cell Biochemistry and Biophysics,2013,67(3):1075-1079.

[15]Kapse-Mistry S,Govender T,Srivastava R,et al.Nanodrug delivery in reversing multidrug resistance in cancer cells[J].Frontiers in Pharmacology,2014,5:159.

[16]Ragelle H,Colombo S,Pourcelle V,et al.Intracellular siRNA delivery dynamics of integrin-targeted,PEGylated chitosan-poly(ethylene imine)hybrid nanoparticles:A mechanistic insight[J].Journal of Controlled Release,2015,211:1-9.

[17]Rao W,Wang H,Han J,et al.Chitosan-decorated doxorubicin-encapsulated nanoparticle targets and eliminates tumor reinitiating cancer stem-like cells[J].ACS nano,2015,9(6):5725-5740.

[18]Kaluzova M,Bouras A,Machaidze R,et al.Targeted therapy of glioblastoma stem-like cells and tumor non-stem cells using cetuximab-conjugated iron-oxide nanoparticles[J].Oncotarget,2015,6 (11):8788-806.

[19]Gomez-Cabrero A,Wrasidlo W,Reisfeld RA.IMD-0354 targets breast cancer stem cells:a novel approach for an adjuvant to chemotherapy to prevent multidrug resistance in a murine model[J].PLoS One,2013,8(8):e73607.

[20]Yang C,Xiong F,Wang J,et al.Anti-ABCG2 monoclonal antibody in combination with paclitaxel nanoparticles against cancer stem-like cell activity in multiple myeloma[J].Nanomedicine(London,England),2014,9(1):45-60.

[21]Wang H,Agarwal P,Zhao S,et al.Hyaluronic acid-decorated dual responsive nanoparticles of Pluronic F127,PLGA,and chitosan for targeted co-delivery of doxorubicin and irinotecan to eliminate cancer stem-like cells[J].Biomaterials,2015,72:74-89.

[22]Wang X,Huang X,Yang Z,et al.Targeted delivery of tumor suppressor microRNA-1 by transferrin-conjugated lipopolyplex nanoparticles to patient-derived glioblastoma stem cells[J].Current Pharmaceutical Biotechnology,2014,15(9):839-946.

[23]Kim SS,Harford JB,Pirollo KF,et al.Effective treatment of glioblastoma requires crossing the blood-brain barrier and targeting tumors including cancer stem cells:The promise of nanomedicine[J].Biochemical and Biophysical Research Communications,2015,36(3): 485-489

[24]Hira SK,Mishra AK,Ray B,et al.Targeted delivery of doxorubicin-loaded poly(epsilon-caprolactone)-b-poly(N-vinylpyrrolidone) micelles enhances antitumor effect in lymphoma[J].PLoS One, 2014,9(4):e94309.

[25]Misra SK,Jensen TW,Pan D.Enriched inhibition of cancer and stem-like cancer cells via STAT-3 modulating niclocelles[J].Nanoscale,2015,7(16):7127-7132.

[26]Ke XY,Ng V WL,Gao SJ,et al.Co-delivery of thioridazine and doxorubicin using polymeric micelles for targeting both cancer cells and cancer stem cells[J].Biomaterials,2014,35(3):1096-1108.

[27]Gener P,Gouveia LP,Sabat GR,et al.Fluorescent CSC models evidence that targeted nanomedicines improve treatment sensitivity of breast and colon cancer stem cells[J].Nanomedicine:Nanotechnology,Biology,and Medicine,2015,11(8):1883-1892.

[28]Akimoto J,Nakayama M,Okano T.Temperature-responsive polymeric micelles for optimizing drug targeting to solid tumors[J].Journal of Controlled Release,2014,193(14):2-8.

[29]Li WY,Chen XM,Xiong W,et al.Detection of microvesicle miRNA expression in ALL subtypes and analysis of their functional roles[J]. Journal of Huazhong University of Science and Technology Medical sciences,2014,34(5):640-645.

[30]Camussi G,Deregibus MC,Bruno S,et al.Exosome/microvesicle-mediated epigenetic reprogramming of cells[J].American Journal of Cancer Research,2011,1(1):98-110.

[31]Zhang Y,Li L,Yu J,et al.Microvesicle-mediated delivery of transforming growth factor beta1 siRNA for the suppression of tumor growth in mice[J].Biomaterials,2014,35(14):4390-4400.

R73-75

A

1003—6350（2017）02—0260—03

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2016-11-02)

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