一氧化氮供體型藥物傳輸系統(tǒng)在抗腫瘤領(lǐng)域的研究進(jìn)展

關(guān) 旸 王 博

浙江中醫(yī)藥大學(xué)實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處 浙江省杭州市 310053

一氧化氮供體型藥物傳輸系統(tǒng)在抗腫瘤領(lǐng)域的研究進(jìn)展

關(guān) 旸 王 博

浙江中醫(yī)藥大學(xué)實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處 浙江省杭州市 310053

一氧化氮供體型藥物具有優(yōu)越的抗腫瘤作用，但多數(shù)小分子NO供體穩(wěn)定性不高、適用范圍窄、靶向性不強(qiáng)，而NO供體型藥物傳輸系統(tǒng)能夠避免這些問題的發(fā)生。本文綜述了當(dāng)前NO供體型藥物傳輸系統(tǒng)的研究進(jìn)展，概括了NO和抗癌藥物協(xié)同治療腫瘤的成果和特點(diǎn)，展望了NO供體型藥物傳輸系統(tǒng)在抗腫瘤領(lǐng)域的未來發(fā)展前景。

一氧化氮供體；藥物傳輸系統(tǒng)；抗腫瘤；協(xié)同效應(yīng)

1 背景

一氧化氮（NO）是一種重要的內(nèi)源性氣體信號(hào)分子，參與機(jī)體的各種生理和病理過程，和心血管內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定、免疫系統(tǒng)反應(yīng)、神經(jīng)傳遞、細(xì)胞增殖與凋亡等生命活動(dòng)密切相關(guān)[1]。研究證實(shí)，NO不僅在治療心血管類疾病、肝臟疾病、白血病、性功能勃起障礙、妊高癥等方面具有顯著效果[2]，而且可以抑制腫瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移，加速腫瘤細(xì)胞凋亡，表現(xiàn)出多機(jī)制、多方面的抗腫瘤作用[3]。此外，NO還具有抑制和逆轉(zhuǎn)腫瘤細(xì)胞的多藥耐藥效應(yīng)（MDR），是一種頗具潛力的抗癌劑[4]。但NO的生物半衰期極短、穩(wěn)定性差，且有些慢性病會(huì)造成血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，減少體內(nèi)的NO生成，因此，外源性NO的補(bǔ)充是一種有效的治療措施，NO供體則是為了滿足該醫(yī)療手段而開發(fā)的。NO供體（nitric oxide donor）是指能夠在體內(nèi)釋放NO的化合物。不同結(jié)構(gòu)的NO供體其轉(zhuǎn)化NO的速度與程度不同，理想的NO供體是自發(fā)穩(wěn)定地釋放NO，無需復(fù)雜反應(yīng)和細(xì)胞代謝[2]。而在腫瘤治療領(lǐng)域，對(duì)NO供體材料的要求更加苛刻，因?yàn)镹O對(duì)腫瘤具有雙重作用，只有高濃度的NO（μmol/L級(jí)）才能用于腫瘤治療，而低濃度的NO（pmol/L至nmol/L級(jí)）反而會(huì)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)[5]。因此，如何將NO供體輸送到腫瘤細(xì)胞并釋放出高濃度的NO，是提高療效的關(guān)鍵。

單一地利用NO治療腫瘤存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，雖然前期高濃度的NO可以起到治療作用，但后期殘留的低濃度NO很有可能會(huì)促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)而使得治療失敗，將NO與有抗腫瘤效果的藥物相結(jié)合則可以避免這一問題[6]。要實(shí)現(xiàn)這一想法，其中一種方案是將抗腫瘤藥物制備成NO供體（即NO供體藥物），如：非甾體抗炎類藥物NO供體NO-阿司匹林（NCX-4016）在臨床研究中表現(xiàn)出很好的腫瘤抑制效果[7,8]，NO-5-氟尿嘧啶也有增強(qiáng)的抗腫瘤功效[9]。但該方法的適用范圍僅限于化學(xué)結(jié)構(gòu)適合制備成NO供體的藥物，且大多數(shù)小分子NO供體型藥物穩(wěn)定性不高，易在血液循環(huán)過程中分解，靶向性和定位能力不強(qiáng)。而另外一種方案是用NO供體型藥物傳輸系統(tǒng)將抗腫瘤藥物負(fù)載并直接輸送到腫瘤組織，該方法普適性較強(qiáng)，合成出NO供體型納米材料后，可傳遞多種抗腫瘤藥物。本文將著重介紹NO供體型藥物傳輸系統(tǒng)在抗腫瘤領(lǐng)域的研究進(jìn)展。

2 NO供體型藥物傳輸系統(tǒng)及其應(yīng)用

Duong等[10]通過可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移法（ATRP），以低聚乙二醇（OEG）和2-乙烯基-4,4-二甲基-5-惡唑酮（VDM）為單體，合成了疏水段含有巰基的嵌段共聚物，然后用S-亞硝基硫醇對(duì)共聚物中的硫醇基團(tuán)進(jìn)行修飾，得到包含硫醇和NO的NO供體。在水溶液中，嵌段共聚物自組裝形成膠束，將S-亞硝基硫醇基團(tuán)包裹在疏水內(nèi)核中。該聚合物膠束能夠釋放出NO，且釋放行為具有氧化還原響應(yīng)性。雖然膠束的NO釋放量不足以發(fā)揮顯著的細(xì)胞毒性，但和神經(jīng)母細(xì)胞瘤BE(2)-C細(xì)胞中游離的順鉑相比，膠束的預(yù)處理可將順鉑的IC50值降低5倍。另一方面，該膠束釋放的NO對(duì)非癌性細(xì)胞（MRC-5）中IC50值的影響微乎其微。該研究對(duì)NO和藥物遞送系統(tǒng)的組合抗腫瘤治療有重要價(jià)值。在他們的啟發(fā)下，Lee團(tuán)隊(duì)[11]采用了類似的策略來開發(fā)含有NO供體的無機(jī)粒子改性的納米粒來提高多柔比星（DOX）的治療效果。他們合成出S-亞硝基谷胱甘肽（GSNO）負(fù)載的碳酸鈣（CaCO3）納米顆粒（GSNO-MNPs），該納米顆粒的NO釋放行為具有pH敏感性和氧化還原響應(yīng)性。盡管GSNO-MNPs的細(xì)胞毒性可以忽略，但納米顆粒的預(yù)處理對(duì)DOX的抗癌效用提高了約30%，雖然本研究中沒有給出詳細(xì)的作用機(jī)制，但作者提出了納米顆粒中釋放出的NO加速了過氧亞硝酸鹽的形成、從而提高了DOX的抗癌效率這一假設(shè)。

Song等人[12]以FDA批準(zhǔn)的藥用輔料TPGS為基礎(chǔ)，將其OH端基轉(zhuǎn)化成硝酸酯，制備了TPGS硝酸酯型NO供體（TNO3）。自組裝得到的膠束在PBS中、144h后的NO釋放量為10%；在DMEM培養(yǎng)基中、96h后的NO釋放量為16.6%。然而，由于硝酸酯的氧化還原響應(yīng)性，膠束在谷胱甘肽（GSH）和HepG2細(xì)胞中出現(xiàn)NO的突釋，釋放量分別為90%和90.5%。釋放出的NO不僅在較高濃度（1μMNO）下誘導(dǎo)細(xì)胞毒性，而且增強(qiáng)了DOX的體外細(xì)胞攝取。尤其是，TNO3和DOX之間的藥物相互作用系數(shù)（CDI）值低于0.7，這表明：膠束釋放的NO和DOX對(duì)腫瘤細(xì)胞的治療具有協(xié)同效應(yīng)。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，在TNO3和DOX的聯(lián)合給藥下，DOX在腫瘤部位前4小時(shí)的聚集量是DOX單獨(dú)給藥時(shí)的1.4倍，作者認(rèn)為，這是由于NO會(huì)引起實(shí)體瘤周圍血管的擴(kuò)張，從而減小間質(zhì)壓力、增加腫瘤灌注，有助于DOX在更短時(shí)間內(nèi)富集于腫瘤之中。本研究還證明了，在TNO3和DOX的共同治療下，對(duì)腫瘤生長(zhǎng)的抑制作用相比單獨(dú)施用TNO3和DOX有顯著增強(qiáng)。

Wang等[13]用納米共沉淀法一步得到含有S-亞硝基硫醇和DOX的載藥納米顆粒：首先在亞硝酸鈉的有機(jī)溶液中，通過3-巰基丙基三甲氧基硅烷（MPTMS）的酸催化縮合，得到SNO聚硅倍半氧烷，再將該混合物加入到DOX的水溶液中，得到含有S-亞硝基硫醇和DOX的復(fù)合納米粒（SNODOX）。實(shí)驗(yàn)表明，SNODOX對(duì)MDA-MB-231的細(xì)胞毒性分別高于DOX和SNO單獨(dú)給藥的細(xì)胞毒性，說明NO和DOX具有協(xié)同作用，值得注意的是，對(duì)于正常細(xì)胞（H9c2大鼠），SNODOX并未表現(xiàn)出細(xì)胞毒性的增強(qiáng)。這意味著NO和藥物遞送系統(tǒng)的結(jié)合對(duì)腫瘤細(xì)胞的靶向治療有潛在意義。Munaweera等[14]用類似的方法制備了氨基改性的介孔二氧化硅納米粒子（MSN），然后負(fù)載順鉑并用二醇二氮烯翁修飾。該研究也顯示：同時(shí)包含NO供體和順鉑的MSN的治療指數(shù)均高于單獨(dú)使用NO供體和順鉑，再次證明了NO和藥物的協(xié)同作用效果。Sung的團(tuán)隊(duì)[15]利用微流體裝置和水包油包水（W/O/W）雙乳液法制備聚（D,L-乳酸-共-乙醇酸）的中空納米粒（PLGA HMs）用來負(fù)載傳輸抗癌藥物伊立替康（CPT-11），而納米粒的親水內(nèi)核為NO供體——二亞乙基三胺二醇二氮烯翁（DETANONOate）。研究顯示，該納米粒釋放NO和藥物的行為具有pH響應(yīng)性，在pH為6的環(huán)境下，空心納米粒（HM）釋放出的NO氣泡會(huì)導(dǎo)致HMs的外殼中產(chǎn)生微孔和缺陷，使得其中負(fù)載的CPT-11快速釋放；在pH為8.0的環(huán)境下，內(nèi)核的NO供體不會(huì)分解出NO，因而CPT-11釋放較慢。HMs對(duì)于CPT-11的攝取和Pgp轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)與外界的pH值呈負(fù)相關(guān)，酸性條件下（pH6.6）HMs對(duì)CPT-11的載藥量增加了100%；而中性條件下（pH7.4）HMs的CPT-11載藥量?jī)H增加13%。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，HMs對(duì)小鼠腫瘤的抑制作用相比游離的CPT-11有顯著增強(qiáng)。

Fan J等[16]開發(fā)了可聯(lián)合遞送NO和DOX的UV/Vis光響應(yīng)膠束，制備方法是用PEG-PLGA共聚物同時(shí)負(fù)載DOX和UV響應(yīng)性的NO供體——N，N'-二仲丁基-N，N'-二亞硝基-1,4-苯二胺（BNN6），形成復(fù)合載藥膠束。在黑暗條件下，PBS中的膠束沒有被檢測(cè)到NO釋放，而在365nm的紫外線照射下，膠束中的BNN6隨即釋放出NO。紫外線持續(xù)照射2分鐘，即可促使膠束內(nèi)核中的BNN6分解崩塌并隨之帶來DOX的突釋。在無光照的情況下，膠束在96h內(nèi)未出現(xiàn)NO釋放且DOX的釋放量?jī)H為28%。mPEG-PLGA-DOX-BNN6對(duì)MDR癌細(xì)胞表現(xiàn)出顯著的抗癌作用（約70%的細(xì)胞毒性），而游離的DOX、mPEG-PLGA-DOX和mPEG-PLGA-BNN6均未表現(xiàn)出有效的癌細(xì)胞毒性（20-30%的細(xì)胞毒性）。該論文提出了利用外部刺激控制NO和藥物傳輸遞送、協(xié)同治療的研究思路。

3 展望

一氧化氮供體型藥物傳輸系統(tǒng)及其在抗腫瘤方面的應(yīng)用研究尚處于起步階段，但近年來日漸升溫，能夠?qū)O和其它抗癌藥物聯(lián)合傳輸至腫瘤部位進(jìn)行協(xié)同治療是它的一大特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。相比小分子的NO供體型抗癌藥物，該智能傳輸系統(tǒng)的適用范圍更廣、可以負(fù)載多種藥物、更容易實(shí)現(xiàn)靶向功能和外部環(huán)境響應(yīng)性。但NO供體型藥物傳輸系統(tǒng)仍存在一定的局限性，如：NO和藥物協(xié)同效應(yīng)的分子學(xué)和藥理學(xué)機(jī)制尚未完全明確；NO體內(nèi)釋放的穩(wěn)定性和可控性有待提高等，還需要我們進(jìn)一步的探索。未來關(guān)于NO供體型藥物傳輸系統(tǒng)的研究可能主要集中在NO和抗癌藥物匹配治療方案的優(yōu)化、如何更好地克服多藥耐藥效應(yīng)（MDR）和NO釋放時(shí)間和濃度的把控等幾個(gè)方面，這些研究推動(dòng)了智能型藥物納米制劑的開發(fā)與進(jìn)展，具有潛在的臨床意義。

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浙江中醫(yī)藥大學(xué)2017年度校級(jí)科研基金項(xiàng)目（2017ZY22）。