納米材料在乳腺癌靶向治療中的應(yīng)用進(jìn)展

李新方，王騏榕，楊峰

(海軍軍醫(yī)大學(xué)藥學(xué)院，上海 200433)

乳腺癌是發(fā)生在乳腺上皮組織的惡性腫瘤，嚴(yán)重威脅全球女性身心健康甚至危及生命，其發(fā)病有年輕化的趨勢(shì)，已成為當(dāng)前社會(huì)的重大公共衛(wèi)生問(wèn)題[1]。美國(guó)《2018癌癥數(shù)據(jù)報(bào)告》提示乳腺癌、肺癌、結(jié)直腸癌是女性必須注意的對(duì)象，特別是乳腺癌，其占據(jù)新發(fā)病例的30%，在美國(guó)女性惡性腫瘤中發(fā)病率居首位[2]。目前，乳腺癌的治療方法主要有手術(shù)、化療、放療、內(nèi)分泌治療等多種手段，各種治療手段均可取得良好治療效果，但也都存在各種不足或缺點(diǎn)[3]?；熓且环N應(yīng)用抗癌藥物抑制癌細(xì)胞分裂、破壞癌細(xì)胞的治療方法，在乳腺癌臨床治療中具有重要作用，但化療藥物對(duì)腫瘤組織無(wú)選擇性容易引起全身系統(tǒng)毒性，同時(shí)在腫瘤部位蓄積的化療藥物低于有效治療劑量會(huì)導(dǎo)致腫瘤耐藥現(xiàn)象的產(chǎn)生。因此，研究開(kāi)發(fā)新的腫瘤治療方法顯得十分迫切和必要。近年來(lái)納米材料在腫瘤治療中顯示出了巨大的潛力，由于其獨(dú)特的物理、化學(xué)及生物學(xué)特性，可以顯著降低化療藥物的不良反應(yīng)，提高化療效果，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域逐漸成為一種新的研究熱點(diǎn)[4]。現(xiàn)就納米材料在乳腺癌治療中應(yīng)用進(jìn)展情況做一綜述。

1 納米材料在腫瘤靶向治療中的作用機(jī)制

納米技術(shù)是一門交叉性強(qiáng)的綜合學(xué)科，指應(yīng)用單個(gè)原子、分子制造成粒徑在1～100 nm范圍內(nèi)物質(zhì)的技術(shù)[5]。在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，包嵌藥物的納米材料粒徑可能超過(guò)100 nm，通常<500 nm，納米材料多以藥物載體的形式應(yīng)用于抗腫瘤藥物新劑型的開(kāi)發(fā)，在腫瘤化療、成像、放療、熱療等方面獲得應(yīng)用[6]。納米技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域具有以下優(yōu)勢(shì)：①可以逆轉(zhuǎn)腫瘤化療耐藥；②可減少給藥劑量，延長(zhǎng)藥物在體內(nèi)的時(shí)間，并且能夠達(dá)到緩釋控釋的效果；③納米材料可以進(jìn)行表面修飾開(kāi)發(fā)成多功能藥物傳遞系統(tǒng)，提高療效降低不良反應(yīng)；④一些具有光學(xué)或磁學(xué)等特殊性質(zhì)的納米材料可以應(yīng)用于腫瘤的微創(chuàng)治療。隨著納米技術(shù)的深入研究，納米技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域取得了一些重要成果?！鞍邢颉笔羌{米載藥系統(tǒng)應(yīng)用于抗腫瘤研究的必要原則，是實(shí)現(xiàn)化療藥物及生物活性物質(zhì)高效低毒地運(yùn)輸至目標(biāo)組織的關(guān)鍵所在，納米材料的靶向治療機(jī)制主要有被動(dòng)靶向、主動(dòng)靶向和物理化學(xué)靶向等[7]。

1.1 被動(dòng)靶向 被動(dòng)靶向又稱自然靶向，載藥納米粒被單核-巨噬細(xì)胞系統(tǒng)中的巨噬細(xì)胞攝取，通過(guò)正常生理過(guò)程運(yùn)送至肝、脾等器官。正常組織中的微血管內(nèi)皮間隙致密、結(jié)構(gòu)完整，大分子和脂質(zhì)顆粒不易透過(guò)血管壁，而實(shí)體瘤組織中血管豐富、內(nèi)皮間隙較寬、結(jié)構(gòu)完整性差，大分子類物質(zhì)和脂質(zhì)顆粒在腫瘤部位具有高通透性和滯留性，此現(xiàn)象稱為實(shí)體瘤組織的高通透性和滯留效應(yīng)，簡(jiǎn)稱EPR效應(yīng)[8]。EPR效應(yīng)促進(jìn)了納米材料在腫瘤組織的選擇性分布，可以增加藥效并減少系統(tǒng)不良反應(yīng)，是腫瘤被動(dòng)靶向的病理生理學(xué)基礎(chǔ)[9]。被動(dòng)靶向制劑在體內(nèi)的分布取決于靜脈注射微粒的粒徑大小，粒徑>7 μm的微粒通常被單核白細(xì)胞攝取進(jìn)入肺組織或肺氣泡，<7 μm一般被肝、脾中的巨噬細(xì)胞攝取，200～400 nm的納米粒集中于肝后迅速被肝清除，<10 nm的納米粒則緩慢積集于骨髓[10]。

1.2 主動(dòng)靶向 主動(dòng)靶向是將特異性配體修飾在納米載體表面，配體與癌細(xì)胞上的特異性受體結(jié)合即可將藥物定向地運(yùn)送至癌細(xì)胞從而發(fā)揮藥效。研究表明，微粒要通過(guò)主動(dòng)靶向到達(dá)靶部位且不被毛細(xì)血管截留，粒徑通常不應(yīng)>4 μm。常見(jiàn)的乳腺癌特異性分子靶點(diǎn)有葉酸受體、雌激素受體、表皮生長(zhǎng)因子受體、孕激素受體、乳腺癌細(xì)胞膜糖蛋白受體等。Duan等[11]開(kāi)發(fā)了一種新型的葉酸修飾納米材料，熒光顯微鏡結(jié)果顯示納米材料在人乳腺癌MCF-7細(xì)胞中靶向效果好，能夠用于超聲分子成像和FR陽(yáng)性腫瘤的治療。Marshalek等[12]用葉酸修飾造影劑并通過(guò)體外兩種細(xì)胞考察成像能力，利用共聚焦顯微鏡發(fā)現(xiàn)修飾的造影劑細(xì)胞攝取顯著增加，為超聲引導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)成像或治療提供了新的方法。

1.3 物理化學(xué)靶向 物理化學(xué)靶向應(yīng)用物理化學(xué)方法使靶向制劑在特定部位發(fā)揮藥效。物理化學(xué)靶向通過(guò)溫度、磁場(chǎng)及pH等外力讓藥物到達(dá)特定的傳輸部位而發(fā)揮抗癌作用[13]。如使用對(duì)溫度敏感的載體制成熱敏感制劑，使熱敏感制劑在熱療靶區(qū)釋藥；或應(yīng)用磁性材料與藥物制成磁導(dǎo)向制劑，在體外磁場(chǎng)引導(dǎo)下，通過(guò)血液循環(huán)到達(dá)并定位于特定靶區(qū)；也可利用pH敏感的載體制備pH敏感制劑，使藥物在特定的靶區(qū)釋藥。用栓塞制劑阻斷靶區(qū)的血供和營(yíng)養(yǎng)，能夠起到栓塞和靶向化療的雙重作用，也屬于物理化學(xué)靶向。

2 用于乳腺癌靶向治療的納米材料

2.1 有機(jī)納米材料 有機(jī)納米材料是大多是生物體內(nèi)天然存在的或通過(guò)化學(xué)合成的物質(zhì)，相較于無(wú)機(jī)材料細(xì)胞毒性小且可生物降解，是納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)[14]。常見(jiàn)的有機(jī)納米材料包括固體脂質(zhì)體，脂質(zhì)體和聚合物等。

2.1.1 固體脂質(zhì)體(SLNs) SLNs由耐受生理脂質(zhì)組分構(gòu)成，結(jié)合了聚合物納米粒子，脂質(zhì)體和脂肪乳劑的優(yōu)點(diǎn)，具有獨(dú)特的理化性質(zhì)及無(wú)毒性的特點(diǎn)使其成為一種極具潛力的藥物傳遞系統(tǒng)。SLNs的優(yōu)點(diǎn)包括良好的生物相容性、易修飾、載藥量高、較好的藥物控釋作用等。Baek等[15]用固體脂質(zhì)納米粒裝載姜黃素(NCC-SLN)，克服了姜黃素的溶解性差，生物利用度低和穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，此外NCC-SLN對(duì)MCF-7乳腺癌細(xì)胞系進(jìn)行了研究，以確定其對(duì)癌細(xì)胞的療效，結(jié)果表明NCC-SLN能夠增加的MCF-7細(xì)胞的細(xì)胞毒性和細(xì)胞攝取。與姜黃素相比，該藥具有顯著的細(xì)胞毒作用并且增加了姜黃素的口服生物利用度。

2.1.2 脂質(zhì)體 脂質(zhì)體是由磷脂雙分子層環(huán)繞形成的具有封閉球形囊泡結(jié)構(gòu)的納米載體，脂質(zhì)體與生物膜的組成成分相同，可以與細(xì)胞膜融合達(dá)到定向細(xì)胞內(nèi)釋藥的目的。脂質(zhì)體可將親水性或疏水性藥物包裹在囊泡中，提高載藥量，且具有緩釋、控釋藥物的作用，同時(shí)脂質(zhì)體具有高的生物相容性及低毒性，是一種極具應(yīng)用潛力的的藥物傳遞納米載體。Riahi等[16]開(kāi)發(fā)了塞來(lái)昔布(CLX)脂質(zhì)體納米材料，克服了CLX水溶性差、抗腫瘤效價(jià)低的缺點(diǎn)，研究發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)體制劑具有最慢的釋放曲線和最大的體內(nèi)抗腫瘤作用；與游離的CLX相比，脂質(zhì)體制劑在腫瘤部位中具有三倍以上的積累；CLX脂質(zhì)體可作為一種安全有效的抗腫瘤劑，并且能夠緩慢釋放藥物，值得進(jìn)一步研究。

2.1.3 聚合物 聚合物具有獨(dú)特“核-殼”的結(jié)構(gòu)，由親水性頭部和疏水性尾部的兩性分子在水溶液中自組裝形成的膠束裝結(jié)構(gòu)，疏水性內(nèi)核具有很強(qiáng)的增溶能力。聚合物能夠穿過(guò)血腦屏障、易于吸收、控制藥物釋放等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)聚合物表面經(jīng)過(guò)配體或靶向修飾可以實(shí)現(xiàn)藥物的多功能遞送，近年來(lái)聚合物納米材料受到愈來(lái)愈多的關(guān)注。在最近的研究中，以殼聚糖和葡聚糖的形式存在的聚合物納米顆粒非常受歡迎，造成這一現(xiàn)象的原因可能是由于它們是天然存在的聚合物，提高了生物相容性，使得納米材料的毒性降到最低。例如順鉑負(fù)載黃體生成素釋放激素修飾的葡聚糖納米粒能夠抑制乳腺腫瘤，它不僅表現(xiàn)出顯著的抗腫瘤效應(yīng)也可以抑制腫瘤轉(zhuǎn)移降低全身系統(tǒng)毒性。Karmakar等[17]研究了多肽共聚物在乳腺癌靶向治療中的應(yīng)用，結(jié)果表明多肽共聚物能夠抑制癌細(xì)胞的增殖，減少腫瘤的大小。

2.2 無(wú)機(jī)納米材料 無(wú)機(jī)納米醫(yī)學(xué)是指從金屬和半金屬材料合成納米載體以用于藥物遞送。化學(xué)改性無(wú)機(jī)納米粒子由于其控釋藥物、多功能、良好的生物相容性等性能被認(rèn)為是一種藥物在細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)的新手段。無(wú)機(jī)納米材料包括磁性納米粒(MNPs)、量子點(diǎn)(QDs)、硅基納米材料(MSNs)、金屬納米材料及碳基納米材料等。

2.2.1 MNPs MNPs如超順磁性氧化鐵納米粒子(SPION)以其良好的生物相容性、超順磁性，具有很高的磁熱效應(yīng)，可用通過(guò)導(dǎo)熱量殺死腫瘤細(xì)胞而被用于熱療成為腫瘤治療研究的熱點(diǎn)，SPION作為一種新的納米載體已被證實(shí)可用于抗癌藥物的靶向載體，且已經(jīng)被FDA批準(zhǔn)用于腫瘤的磁熱治療，在腫瘤靶向治療方面具有廣闊應(yīng)用的前景[18]。Yang等[19]研究了透明質(zhì)酸(HA)修飾的超順磁性氧化鐵納米顆粒(HA-SPION)的雙模式成像和光熱效應(yīng)，HA-SPIONs顯示出特異性細(xì)胞攝取及腫瘤組織富集的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于癌癥的有效診斷和治療具有巨大的潛力。

2.2.2 QDs QDs是粒徑在1～10 nm的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米晶體，因具有熒光現(xiàn)象可以應(yīng)用于生物成像、診斷和治療。QDs的結(jié)構(gòu)一般是由Ⅱ～Ⅵ族或Ⅲ～Ⅴ族元素組成半導(dǎo)體的核心，通過(guò)外殼層的包裹修飾以改變其物理化學(xué)性質(zhì)和提高溶解度；QDs可以表現(xiàn)出獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，在靶向給藥、光電轉(zhuǎn)換等方面獲得了極大的關(guān)注[20]。然而，QDs的主要缺點(diǎn)在于其毒性和排泄途徑，生物安全性還有待進(jìn)一步的研究。

2.2.3 MSNs 以介孔二氧化硅硅為代表的MSNs，具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，易于進(jìn)行功能化設(shè)計(jì)與化學(xué)修飾，同時(shí)具有良好的生物安全性、強(qiáng)大的藥物吸附結(jié)合能力，近年來(lái)逐漸成為新型納米載藥體系研究的熱點(diǎn)[21]。Kumar等[22]基于MSNs成功制備了負(fù)載阿霉素的DOX-FA-MSNPs納米材料，在乳腺癌細(xì)胞水平通過(guò)共聚焦顯微術(shù)和流式細(xì)胞術(shù)考察攝取情況，結(jié)果提示細(xì)胞系納米材料的攝取較高；細(xì)胞毒性結(jié)果顯示，DOX-FA-MSNPs對(duì)乳腺癌細(xì)胞具有更高的細(xì)胞毒性作用。

3 納米材料在乳腺癌靶向治療中的應(yīng)用

3.1 靶向遞送化療藥物 抗腫瘤藥物一般特異性差、選擇性低、對(duì)正常組織不良反應(yīng)大且易產(chǎn)生耐藥性。納米材料作為抗腫瘤藥物載體可以有效避免上述缺點(diǎn)，同時(shí)還可以達(dá)到藥物緩控釋、靶向釋放的作用。He等[23]應(yīng)用氨基功能化的介孔二氧化硅納米粒子(MSN-NH2)作為載體用于阿霉素鹽酸鹽(DOX)遞送，不僅增加了腫瘤細(xì)胞對(duì)抗腫瘤藥物DOX的攝取達(dá)到很好的腫瘤抑制作用，而且釋放藥物具有pH響應(yīng)性，腫瘤偏酸性部位釋放率高，減少藥物在傳遞過(guò)程中的損失，顯著降低藥物對(duì)正常組織的毒性。此外，隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，靶向納米材料不僅能夠提高化療藥物的載藥量及傳遞效率，同時(shí)藥物傳遞的腫瘤靶向性也逐漸提高。Moghimipour等[24]制備了一種靶向腫瘤細(xì)胞的脂質(zhì)體，與未修飾的脂質(zhì)體相比，葉酸修飾的脂質(zhì)體顯示更高的細(xì)胞攝取，更低的IC50(12.02 μM，脂質(zhì)體5-FU為39.81 μM，游離5-FU為39.81 μM)；此外，葉酸靶向脂質(zhì)體比游離藥物顯示出更好的腫瘤抑制作用，并且在組織學(xué)檢查中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)組織異常。研究表明，聯(lián)合使用具有雙重或多重靶向功能的納米材料會(huì)使化療藥物更精確的到達(dá)腫瘤組織、靶向性會(huì)更強(qiáng)。

3.2 光動(dòng)力療法(PDT) PDT是一種利用光動(dòng)力效應(yīng)進(jìn)行腫瘤治療的新方法，主要通過(guò)利用特定波長(zhǎng)光照射腫瘤部位，導(dǎo)致腫瘤部位光敏劑活化生成活性很強(qiáng)的單線態(tài)氧，與細(xì)胞內(nèi)的生物大分子發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生細(xì)胞毒性進(jìn)而殺傷腫瘤細(xì)胞[25]。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究表明納米材料應(yīng)用于光動(dòng)力療法可以有效克服PDT缺少腫瘤靶向性、光不良反應(yīng)強(qiáng)及腫瘤殺傷無(wú)特異性等缺點(diǎn)，顯著提高PDT治療效果。Zhang等[26]將光敏劑連接在納米膠束上制備納米載藥體系能夠被乳腺癌細(xì)胞的識(shí)別并經(jīng)過(guò)內(nèi)吞作用攝取，然后在光照射下產(chǎn)生高效的單線態(tài)氧，單線態(tài)氧破壞溶酶體膜并促進(jìn)納米體系進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，從而達(dá)到PDT有效和選擇性殺死癌細(xì)胞的作用。Hosseinzadeh等[27]應(yīng)用氧化石墨烯作為靶向材料制備含光敏劑的復(fù)合納米材料，考察了紅光照射對(duì)乳腺癌細(xì)胞的殺傷能力，結(jié)果表明納米復(fù)合材料在紅光照射下的光動(dòng)力療法(PDT)具有更好的效果。García等[28]以聚乙二醇功能化修飾金納米粒并結(jié)合光敏劑，結(jié)果顯示納米顆粒能夠產(chǎn)生更多的單線態(tài)氧，對(duì)人乳腺癌細(xì)胞的治療具有顯著的光動(dòng)力學(xué)效力。由于有些光敏劑具有熒光現(xiàn)象，所以PDT可以與光學(xué)影像技術(shù)聯(lián)用達(dá)到精準(zhǔn)靶向治療腫瘤的目的。

3.3 光熱療法(PTT) PTT是將具有較高光熱轉(zhuǎn)換效率的材料利用靶向技術(shù)聚集在腫瘤組織，在外部光源的照射下光熱材料吸收光能發(fā)生電子躍遷，將光能轉(zhuǎn)化為熱能導(dǎo)致材料附近病灶溫度升高，從而殺死癌細(xì)胞或組織的一種新的治療方法[29]。外部光源一般為近紅外光，也可以為可見(jiàn)光、微博、超聲波。Mendes等[30]研究了納米金應(yīng)用于乳腺癌的光熱效果，粒徑14 nm的金納米粒在530 nm綠色激光激發(fā)下光熱轉(zhuǎn)換率高達(dá)77%，同時(shí)可導(dǎo)致乳腺癌細(xì)胞存活率降低了60%，PTT與阿霉素的細(xì)胞毒性作用之間的具有協(xié)同相互作用，并且具有明顯的治療個(gè)體化的優(yōu)點(diǎn)。Ong等[31]在金納米粒表面接枝LAT-1配體，研究發(fā)現(xiàn)其具有優(yōu)異的膠體穩(wěn)定性和生物相容性及腫瘤靶向性，體內(nèi)PTT治療乳腺癌達(dá)到很好的療效。

3.4 聯(lián)合療法 隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，納米粒子作為藥物載體經(jīng)歷了未經(jīng)任何修飾僅依賴物理性質(zhì)被動(dòng)靶向傳遞藥物、表面修飾特異性配體主動(dòng)靶向腫瘤組織、多功能且具有診療特點(diǎn)靶向載體三個(gè)階段。在納米材料表面進(jìn)行修飾以避免吞噬細(xì)胞的攝取，耦聯(lián)或吸附適當(dāng)?shù)奶禺愋园邢蚍肿?，提高其腫瘤組織靶向性，增加納米材料在靶組織中的累積[32]。對(duì)納米材料進(jìn)行靶向性的修飾實(shí)現(xiàn)腫瘤組織的聯(lián)合治療已成為目前研究的熱點(diǎn)。Li等[33]構(gòu)建了一種新型的多功能納米材料，該納米材料在808 nm激光作用下可產(chǎn)生明顯的熱效應(yīng)，加速DOX釋放，在體外顯示出高效的抗癌效果；熒光強(qiáng)度隨著DOX的釋放而增加，可以根據(jù)發(fā)光強(qiáng)度的變化來(lái)追蹤細(xì)胞內(nèi)藥物釋放過(guò)程，多功能納米材料通過(guò)增強(qiáng)化療和光熱療法相結(jié)合，顯示了良好的協(xié)同治療效果。Wang等[34]制備了腫瘤靶向性及多刺激相應(yīng)的納米材料Se@SiO2-FA-CuS/DOX，由于具有優(yōu)異的靶向能力，納米材料可以大量積累在腫瘤組織中，在近紅外光照射下通過(guò)釋放DOX和Se達(dá)到化學(xué)-光熱治療的作用。由于化學(xué)療法(Se和DOX)和光熱療法的協(xié)同效應(yīng)，同時(shí)Se能夠降低DOX的毒性，Se@SiO2-FA-CuS/DOX納米復(fù)合材料能有效抑制體內(nèi)外腫瘤細(xì)胞，甚至完全消除腫瘤細(xì)胞。綜上所述，納米技術(shù)是醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等多學(xué)科交叉的綜合學(xué)科，在腫瘤的治療中具有精確靶向、緩控釋藥物、逆轉(zhuǎn)腫瘤耐藥、增強(qiáng)化療效果、降低不良反應(yīng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，有望為探索惡性腫瘤治療途徑開(kāi)辟新的方向。許多生物相容性良好的納米材料已經(jīng)被研究與抗乳腺癌藥物結(jié)合，并探索了其潛在的毒性和可能的細(xì)胞機(jī)制；同時(shí)納米材料易于進(jìn)行功能化修飾，可以構(gòu)建具有成像或靶向多功能納米材料。雖然納米技術(shù)在臨床上的推廣應(yīng)用還將面臨更多的挑戰(zhàn)，但隨著跨學(xué)科跨領(lǐng)域相互協(xié)作研究的深入，納米技術(shù)在乳腺癌靶向治療領(lǐng)域具有越來(lái)越好的臨床發(fā)展應(yīng)用前景。