腫瘤的高滲透長滯留效應探析

蔣瀧玉

摘要：腫瘤是目前臨床難題之一，一旦轉移或發(fā)展成癌癥將難以治愈。腫瘤的高滲透長滯留效應（EPR，the enhanced permeability and retention）是實體瘤組織由于腫瘤血管細胞間隙較大，具有與其他正常細胞不同的特性，使大分子類物質具有高通透性和滯留性，通過腫瘤血管細胞間隙，滯留于腫瘤細胞組織，使大分子抗癌藥物具有被動靶向作用，能更好發(fā)揮藥效。腫瘤的EPR效應是未來臨床治愈腫瘤和癌癥的基礎，但是EPR效應現(xiàn)在還存在爭議，而且腫瘤的耐藥性會限制EPR效應的應用?；诖耍ㄟ^閱讀近些年的腫瘤相關的外國文獻，討論和總結腫瘤的EPR效應的相關知識。首先介紹了腫瘤EPR效應的概念;然后分析了EPR效應的過程和原理;接著介紹了腫瘤中的血管的特征，指出了EPR效應的爭議，最后進行了總結和展望。

關鍵詞：腫瘤;EPR效應;靶向;爭議

中圖分類號：F24文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.05.035

1腫瘤的EPR效應的概念

EPR效應，即實體瘤的高通透性和長滯留效應。大多數(shù)實體瘤的血管結構有缺陷，常產生大量的各種血管通透性因子（簡稱VEGF），因此，大多數(shù)實體瘤顯示出高通透性，即大分子藥物選擇性外滲，這將確保向腫瘤組織提供足夠的營養(yǎng)和氧氣以便快速生長。大于40kDa的大分子選擇性地從腫瘤血管中漏出并積聚在腫瘤組織，即長滯留效應。EPR效應考慮到腫瘤血管獨特的生理特性，促使大分子轉運到腫瘤組織中，且這種EPR效應驅動的藥物遞送到腫瘤組織，且并不發(fā)生在正常組織中。

2腫瘤的EPR效應的過程及原理

腫瘤的EPR效應的過程示意圖如下圖1所示：負載藥物的可降解納米顆粒進入腫瘤組織血管后，因為腫瘤組織血管結構的缺陷，腫瘤內皮細胞的結構的不規(guī)則的排列，間隙較大，顯示出通透性，所以負載藥物的可降解納米顆粒能通過腫瘤血管壁細胞的間隙進入腫瘤組織間，通過納米顆粒的降解和在濃度梯度下的藥物的擴散，驅動藥物進入腫瘤組織，發(fā)揮藥效。EPR效應是分子量依賴性現(xiàn)象，大于40kDa的分子或顆粒顯示出延長的循環(huán)時間，并因此非常緩慢地從身體清除。因此，這些分子以選擇性的方式逐漸滲透到腫瘤中。為了使納米載體在腫瘤部位有相對較高的積累更好發(fā)揮藥效，實現(xiàn)腫瘤被動靶向，需使納米顆粒的尺寸與腫瘤血管內皮裂隙尺寸相匹配，尺寸過小可能導致藥物缺乏腫瘤選擇性或所謂的選擇性毒性，尺寸過大可能使藥物無法進入腫瘤組織間。在基于體內EPR效應靶向給藥方面，10-1000nm的顆粒大小可能是最佳的藥物分子尺寸。

3腫瘤中的血管特征

3.1腫瘤血管的異常：形態(tài)學

與正常組織和器官相反，大多數(shù)實體瘤表現(xiàn)為血管密度高（血管過多），尤其當腫瘤較小時（有些例外是胰腺癌和前列腺癌和大型轉移性肝癌）。這一發(fā)現(xiàn)可能與EPR效應的異質性相關。腫瘤組織的血管間隙大是眾所周知的最重要的特征之一，這是因為可以向腫瘤組織提供大量氧氣和營養(yǎng)，來維持腫瘤的快速生長。Fokman首次論證腫瘤產生血管生成VEGF。血管再生是當腫瘤直徑大于0.8～1毫米時開始。形成的新生血管維持腫瘤的血液供應。掃描電子顯微鏡（SEM）觀察顯示腫瘤血管新生（血管床），腫瘤結節(jié)小于0.2毫米。

新形成的腫瘤血管通常有異常，包括有寬窗孔的缺陷內皮細胞的結構不規(guī)則的血管排列，缺乏平滑肌層或神經(jīng)支配、寬管腔和功能性受體受損血管緊張素Ⅱ。血流行為，如血流方向也不規(guī)則或不一致。觀察腫瘤血僅在15到20分鐘內流動一次，之后停止一段時間;此外，血液經(jīng)常在相反的方向流動。

3.2腫瘤組織的清除與淋巴結的轉移

腫瘤組織通常缺乏有效的淋巴引流。在正常組織中，淋巴系統(tǒng)能有效恢復來自間隙空間的大分子和脂質顆粒。例如，碘化罌粟油用于淋巴管造影術，因為它主要是通過淋巴系統(tǒng)恢復的，其在淋巴管中的存在可以通過X射線系統(tǒng)顯現(xiàn)。對于大分子藥物，觀察到相同的回收路線。Maeda課題組首次使用碘油作為載體，他們發(fā)現(xiàn)當SMANC（在1979，Maeta等報道了與聚合物（苯乙烯-馬來酸共聚物，SMA）偶聯(lián)的抗癌蛋白新卡那斯汀的第一次合成，命名為SMANCS）在碘化罌粟油溶解時被注入腫瘤供血動脈（例如，通過肝動脈到肝癌和腎動脈腎細胞癌），它選擇性保留在腫瘤組織中，而非正常組織中。同樣，當伊萬斯藍/白蛋白復合物被注射到荷瘤小鼠后，復合物積累和保留在腫瘤中持續(xù)了一個多星期;伊萬斯藍/白蛋白在正常的皮膚組織中逐漸被正常淋巴功能的非腫瘤組織清除，通過淋巴系統(tǒng)被逐漸運走，并在1到2周內消失。但在腫瘤組織中沒有發(fā)現(xiàn)伊萬斯藍/白蛋白的這種被清除的現(xiàn)象。

此外，雖然淋巴系統(tǒng)不能正常運作，但在腫瘤組織中，它是腫瘤轉移的主要途徑，使細胞進入正常組織中。淋巴結轉移是最常見的腫瘤之一，因此控制其發(fā)展成癌癥是至關重要的。

此外，在起源于結腸癌和胃癌的轉移性肝癌人中，動脈給藥（用碘油制成的SMANC藥物），在轉移淋巴結中的有蓄積現(xiàn)象，并有良好的治療效果。SMANC在淋巴結中的蓄積轉移不通過淋巴途徑發(fā)生，而是通過動脈血液供應發(fā)生，從而證明了EPR效應。因此，大分子藥物應該是有效的診斷方法。淋巴結轉移的治療腫瘤血管的這些結構和解剖特征系統(tǒng)構成了EPR效應的基礎，這導致了大分子脂質類藥物外滲。最近相關研究人員與Christophi教授在墨爾本大學的合作，在小鼠中使用了轉移性肝腫瘤模型，驗證腫瘤血管的解剖特征。在與正常組織中的血管相比，具有均勻的血管網(wǎng)絡和取向（圖2A～C），腫瘤血管清楚顯示異常血管網(wǎng)，表現(xiàn)出高滲透性，用掃描電鏡觀察丙烯酸樹脂的泄漏（圖2D，E，E中箭頭所示）。

4腫瘤的EPR效應的爭議

爭議1： 腫瘤，尤其是轉移癌的中心區(qū)域，不顯示EPR效應，并且顯示出比其他部分更少的大分子聚集。大多數(shù)體內實驗研究使用的是直徑通常至少為0.5-1cm的小鼠腫瘤;較大的腫瘤（例如，直徑1-2cm）往往含有更多的壞死組織或高度低血管區(qū)域（因此血管滲漏的機會較小，腫瘤生長的機會較小，因為缺少血管）。 解決方案：為了解決這些問題，研究人員最近開發(fā)了一些方法，通過升高血壓或通過應用一氧化氮（NO）釋放劑，來增強EPR效應，并實現(xiàn)更均勻的藥物遞送至腫瘤。前者利用流體動力學增強藥物遞送，后者通過腫瘤組織中NO的生成。這些進展使人們可以設想在臨床情況下通過高分子藥物改善癌癥化療。

爭議2：藥物遞送到靶腫瘤組織的各種障礙

（1）血管壁是藥物傳遞到靶腫瘤組織的第一道屏障。然而，根據(jù)EPR的作用機制，大分子藥物很容易從腫瘤血管泄漏處到達腫瘤組織間質。因此，腫瘤中的血管壁不作為高分子藥物或納米藥物的屏障; 相反，它們促進大分子藥物選擇性地傳遞到腫瘤組織，成功將大分子藥物輸送到腫瘤細胞。

（2）第二個障礙是需要穿過靶細胞周圍的基質組織和細胞中的靶分子。許多腫瘤組織被凝血衍生的基質凝膠，如纖維蛋白凝膠或基質組織所包圍，或者是由成纖維細胞包裹的結節(jié)。對于這些腫瘤組織，釋放低分子量藥物或從聚合物鏈裂解以及膠束和脂質體的崩解可能是一個基本點。此外，大分子本身可以在基質組織中擴散相當長的距離：例如，IgG（160kDa）可以在1%瓊脂凝膠中自由地一夜之間擴散到5mm上。因此，對于將高分子藥物輸送到腫瘤而言，第二種屏障可能不是這樣嚴重的問題。

（3）到達目標分子的第三個障礙是細胞膜。例如，如上所述，對于PEG困境，PEG包被的大分子在表面具有水合屏障，該屏障可以抵抗內吞攝取。使用短PEG（例如，Mw 小于1000）或在PEG和大分子之間插入蛋白酶敏感肽可能是克服PEG困境的有效策略。在這種情況下，一個有效的內化機制或運輸系統(tǒng)往往比簡單的自由擴散好。因此，受體介導的內吞作用有望成為將大分子治療劑導入腫瘤細胞的有效手段。有一種這樣的方法，使用轉鐵蛋白作為配體的結合，因為轉鐵蛋白受體在許多（如果不是全部）惡性細胞中顯著上調，納米粒子的表面改性與轉鐵蛋白顯示明顯增加腫瘤靶向性和細胞內攝取。

5總結與展望

本文在大量調研英文文獻的基礎上，總結和歸納了關于EPR效應的概念及過程，EPR效應之所以能運用于治療癌癥的原因即腫瘤血管組織的特征和有關EPR的爭議。EPR效應是腫瘤血管細胞間隙較大，具有與其他正常細胞不同的特性，使大分子類物質具有高通透性和滯留性，通過腫瘤血管細胞間隙，滯留于腫瘤細胞組織，這使得大分子抗癌藥物具有被動靶向作用，用于治療癌癥。這種腫瘤所共有的關鍵的現(xiàn)象是目前公認的治療腫瘤的依據(jù)，但是除了文中提到的爭議，許多患者被發(fā)現(xiàn)腫瘤時已經(jīng)是晚期，而腫瘤晚期時，腫瘤細胞及組織可以從原發(fā)部位侵入血管，或通過其他途經(jīng)到身體其他部位繼續(xù)生長，形成癌癥。而EPR效應主要應用于靜態(tài)的腫瘤組織，動態(tài)的轉移腫瘤細胞不是EPR效應應用范圍，所以我個人認為，未來仍需要一些可作為治療癌癥依據(jù)的癌癥所共有的現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)。

參考文獻

[1]Folkman J.J.Tumor angiogenesis：therapeutic implications[J].N Engl J Med，1971，（285）.

[2]Folkman J.Angiogenesis in cancer，vascular，rheumatoid and other disease[J].Nature Medicine，1995，1（1）：27-31.

[3]Folkman J.What is the evidence that tumors are angiogenesis dependent？[J].Journal of the National Cancer Institute，1990，82（1）：4-6.

[4]Daruwalla J，Greish K，Malcontenti-Wilson C，et al.Styrene Maleic Acid-Pirarubicin Disrupts Tumor Microcirculation and Enhances the Permeability of Colorectal Liver Metastases[J].Journal of Vascular Research，2009，46（3）：218-228.

[5]Hori K，Suzuki M，Tanda S，et al.Fluctuations in Tumor Blood Flow under Normotension and the Effect of Angiotensin II-induced Hypertension[J].Cancer Science，2010，82（11）：1309-1316.

[6]Hori K，Saito S，Takahashi H，et al.Tumor-selective blood flow decrease induced by an angiotensin converting enzyme inhibitor，temocapril hydrochloride[J].Jpn J Cancer Res，2010，91（2）：261-269.

[7]Matsumura Y，Maeda H.A new concept for macromolecular therapeutics in cancer chemotherapy： mechanism of tumoritropic accumulation of proteins and the antitumor agent smancs[J].Cancer Research，1986，46（12 Pt 1）：6387.

[8]Maeda H.SMANCS and polymer-conjugated macromolecular drugs： advantages in cancer chemotherapy[J].Advanced Drug Delivery Reviews，2001，46（1）：169-185.

[9]Maeda H，Matsumura Y.Tumoritropic and lymphotropic principles of macromolecular drugs[J].Crit Rev Ther Drug Carrier Syst，1989，6（3）：193-210.

[10]Greish K，F(xiàn)ang J，Inutsuka T，et al.Macromolecular Therapeutics[J].Clinical Pharmacokinetics，2003，42（13）：1089-1105.

[11]Konno T，Maeda H，Iwai K，et al.Selective targeting of anti-cancer drug and simultaneous image enhancement in solid tumors by arterially administered lipid contrast medium[J].Cancer，2015，54（11）：2367-2374.

[12] Iwai K，Maeda H，Konno T.Use of Oily Contrast Medium for Selective Drug Targeting to Tumor： Enhanced Therapeutic Effect and X-Ray Image[J].Cancer Research，1984，44（5）：2115.

[13]Ohtsuka N，Konno T，Miyauchi Y，et al.Anticancer effects of arterial administration of the anticancer agent SMANCS with lipiodol on metastatic lymph nodes[J].Cancer，2015，59（9）：1560-1565.

[14]Fang J，Nakamura H，Maeda H.The EPR effect： Unique features of tumor blood vessels for drug delivery，factors involved，and limitations and augmentation of the effect[J].Advanced Drug Delivery Reviews，2011，63（3）：136-151.