殼聚糖納米傳遞系統(tǒng)主動(dòng)靶向作用改善實(shí)體瘤微環(huán)境研究進(jìn)展

劉 嬌綜述，唐旭東審校

0 引 言

實(shí)體瘤形成是一個(gè)與腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment，TME）有關(guān)聯(lián)的動(dòng)態(tài)且復(fù)雜的過(guò)程，而TME由細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）、大量的非腫瘤基質(zhì)細(xì)胞及其衍生的胞外囊泡組成［1］。這些構(gòu)成TME的組分具有不同的特性，其在實(shí)體瘤的形成、復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移等方面發(fā)揮重要作用，如刺激血管生成和惡性增殖、逃避免疫清除和促進(jìn)侵襲轉(zhuǎn)移等［2］。除此之外，越來(lái)越多的研究表明TME在實(shí)體瘤的治療抗性中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，主要由于TME可減少藥物滲透，增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞增殖活性和促進(jìn)抗凋亡作用，且通過(guò)不引起基因突變和表觀遺傳變化而產(chǎn)生耐藥性［3］。因此，靶向?qū)嶓w瘤微環(huán)境有助于改善實(shí)體瘤早期的發(fā)生發(fā)展、晚期的轉(zhuǎn)移以及患者耐藥等情況。

自1995年納米傳遞系統(tǒng)成功使用后，以納米粒子為基礎(chǔ)的藥物遞送系統(tǒng)一直受到廣大科研工作者的關(guān)注。主要緣于納米粒子的兩大特性：納米顆粒能夠躲避機(jī)體的快速代謝和清除作用，從而達(dá)到持續(xù)的治療效果［4］；納米顆?？商岣弑贿f送的疏水性藥物的生物可利用性，有助于更多疏水性藥物和生物利用性有限的藥物運(yùn)用于臨床［5］。而殼聚糖納米粒子由于其良好的生物兼容性以及易于合成等特性，被廣泛應(yīng)用于納米載體的研究。

實(shí)體瘤的異常形態(tài)學(xué)和生理學(xué)使其具有增強(qiáng)滲透性和滯留效應(yīng)（enhanced permeability and retention effect，EPR），這給納米藥物的臨床運(yùn)用提供了很大的空間，Dawidczyk等［6］研究報(bào)道納米藥物制劑已通過(guò)美國(guó)食品和藥物管理局的批準(zhǔn)，在臨床上投入使用，但其治療效果令人失望，因?yàn)閺?fù)雜的TME為被動(dòng)靶向投遞的納米藥物在腫瘤內(nèi)的積聚及均勻分布帶來(lái)了障礙［7］。而殼聚糖納米粒子相比于其他納米物質(zhì)（如金屬納米粒子）的生物兼容性及降解性更好，因此本文總結(jié)了以殼聚糖及其衍生物為基礎(chǔ)的納米載體主動(dòng)靶向TME的應(yīng)用，希望有助于后續(xù)的靶向TME的藥物研發(fā)及主動(dòng)靶向遞送系統(tǒng)的研究。

1 殼聚糖和納米載體的介紹

1.1 殼聚糖及其衍生物的基本特性殼聚糖是一種與纖維素密切相關(guān)的粘多糖，通過(guò)幾丁質(zhì)脫乙?；蟮玫健Ｓ捎跉ぞ厶鞘亲匀唤缥ㄒ灰环N陽(yáng)離子多糖，其能與黏液（負(fù)電荷）相互作用，通過(guò)離子鍵或氫鍵以及疏水作用而形成復(fù)合物，從而打開細(xì)胞間的緊密連接而起到滲透促進(jìn)劑的作用［8］，因此，殼聚糖可用于藥物載體促進(jìn)藥物的細(xì)胞旁和跨細(xì)胞運(yùn)輸。殼聚糖不溶于水，可溶于乙酸、檸檬酸和酒石酸等稀酸溶液中，卻不溶于pH＜6.5的磷酸或硫酸，這一特性限制了殼聚糖在納米載體上的應(yīng)用。根據(jù)不同需求，可通過(guò)改變殼聚糖胺或羥基官能團(tuán)而得到殼聚糖的多種衍生物，其既可增加藥物尤其是親水性大分子的滲透，實(shí)現(xiàn)腸內(nèi)靶向，保護(hù)酸敏感藥物，增強(qiáng)藥物在堿性環(huán)境中的釋放，還可克服殼聚糖在中性pH下的有限溶解度［9］。

1.2 納米載體的基本特性納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)成功應(yīng)用后，其在推進(jìn)癌癥治療方案方面顯示了巨大潛力。納米顆粒的最優(yōu)尺寸、形狀以及表面效應(yīng)等特性，使其可成為具有高度疏水性化學(xué)藥物的遞送材料。此外，納米載體可對(duì)這些藥物進(jìn)行封裝并增強(qiáng)其溶解性，使其較傳統(tǒng)療法具有更獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)［10］。大量研究表明納米顆粒的電荷、尺寸、形狀等因素對(duì)納米載體的性質(zhì)有重大影響［11］，所以采用納米載體作為某種藥物的遞送系統(tǒng)需根據(jù)靶向的器官生理結(jié)構(gòu)以及被載送藥物的特性作出相應(yīng)改變。

1.3 納米載體的主動(dòng)靶向作用現(xiàn)階段納米載體藥物遞送系統(tǒng)在靶向?qū)嶓w瘤方面主要有兩種模式：被動(dòng)靶向和主動(dòng)靶向。被動(dòng)靶向模式是建立在腫瘤的EPR效應(yīng)基礎(chǔ)上，由于實(shí)體瘤脈管系統(tǒng)的高度可滲透性，可使大顆粒（包括蛋白質(zhì)、大分子、脂質(zhì)體、膠束和其他可溶性顆粒）的滲透性增強(qiáng)。這些大顆粒物質(zhì)的粒徑較為合適，既可透過(guò)腫瘤脈管系統(tǒng)，又可逃避腎的清除作用從而進(jìn)入腫瘤間隙；且實(shí)體瘤組織的淋巴引流受損而限制了對(duì)外來(lái)大顆粒的清除，因此兩者的共同作用增強(qiáng)了這些顆粒在腫瘤組織的滯留［12］。而這種依靠腫瘤EPR效應(yīng)的被動(dòng)靶向策略經(jīng)大量研究后發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定性不強(qiáng)，易于導(dǎo)致被載藥物在實(shí)體瘤組織的分布不均勻；且微環(huán)境的變異和復(fù)雜性給藥物輸送帶來(lái)了障礙［7］。

主動(dòng)靶向可為藥物遞送提供主動(dòng)性，主動(dòng)靶向策略目前主要為生物導(dǎo)向型、體內(nèi)刺激導(dǎo)向型和體外刺激導(dǎo)向型。生物導(dǎo)向型是通過(guò)在藥物載體表面連接上配體或抗體后，依靠配體受體或抗原抗體特異性識(shí)別結(jié)合作用，將藥物聚集到實(shí)體瘤周圍，如采用葉酸和轉(zhuǎn)鐵蛋白雙重靶向治療肺癌［13］。體內(nèi)刺激導(dǎo)向型是依據(jù)TME與正常組織的差異而設(shè)計(jì)的策略，如pH環(huán)境響應(yīng)型，當(dāng)腫瘤細(xì)胞處于無(wú)氧狀態(tài)時(shí)進(jìn)行高速率糖代謝，產(chǎn)生大量乳酸堆積于腫瘤部位，從而使細(xì)胞處于弱酸性環(huán)境中，pH在6.0～7.0［14］。而體外刺激導(dǎo)向型是利用納米載體本身的物化性質(zhì)，讓其在外部環(huán)境的引導(dǎo)下將藥物遞送到靶部位而產(chǎn)生的響應(yīng)。最近Rosman等［15］報(bào)道了GALLIC酸（Fe3O4-PEG-GA）磁鐵礦納米復(fù)合材料在外部磁場(chǎng)作用下遞送到實(shí)體瘤組織周圍，從而提高了乳腺癌和結(jié)腸癌細(xì)胞的抗癌效果。運(yùn)用主動(dòng)靶向?qū)嶓w瘤TME策略時(shí)，也可同時(shí)結(jié)合雙重或多重方法從而加強(qiáng)靶向遞送效果。

2 以殼聚糖及其衍生物為基礎(chǔ)的納米傳遞系統(tǒng)主動(dòng)靶向?qū)嶓w瘤微環(huán)境各組分的應(yīng)用

殼聚糖或其衍生物的納米載體所具備的良好特性，使其在藥物納米遞送系統(tǒng)上主動(dòng)靶向TME的應(yīng)用吸引了大量研究者的關(guān)注。而腫瘤微環(huán)境是一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，涉及了很多細(xì)胞及其分泌的各種小分子物質(zhì)，因此，以下僅從關(guān)鍵細(xì)胞成分和ECM方面總結(jié)殼聚糖或其衍生物的納米載體近期的臨床運(yùn)用。

2.1 血管內(nèi)皮細(xì)胞血管生成在實(shí)體瘤發(fā)展的整個(gè)進(jìn)程里起到了舉足輕重的作用，但腫瘤新生血管的生理結(jié)構(gòu)與正常血管有差異，且實(shí)體瘤會(huì)出現(xiàn)血管化不足現(xiàn)象。腫瘤血管化不足會(huì)導(dǎo)致遞送至腫瘤細(xì)胞中的藥物分布不均勻以及治療量不足，這是抗癌治療的一個(gè)重要障礙。血管正?；碚撜J(rèn)為，血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）信號(hào)結(jié)合化療藥物可增強(qiáng)抗腫瘤療效［16］。通過(guò)VEGF-靶向?qū)⒕踁EGFsiRNA硫酸乙二醇?xì)ぞ厶沁f送到腫瘤組織，從而選擇性阻斷VEGF達(dá)到抑制血管生成目的［17］。

除關(guān)注與血管生成有緊密聯(lián)系的VEGF，還可通過(guò)轉(zhuǎn)鐵蛋白受體靶向人血腦屏障腦血管內(nèi)皮細(xì)胞，使殼聚糖納米粒子跨過(guò)腦血管屏障從而在腦膠質(zhì)瘤處聚集［18］；也有研究者將精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸環(huán)肽（arginine-glycine-aspartate cyclitripeptide，cRGD）標(biāo)記的殼聚糖包裹金納米粒子cRGD（CSAu）NPs作為載體，靶向內(nèi)皮細(xì)胞遞送藥物舒尼替尼而抑制血管生成［19］。

2.2 癌癥干細(xì)胞癌癥干細(xì)胞（cancer stem cells，CSCs）是惡性腫瘤的復(fù)發(fā)以及對(duì)多種抗腫瘤藥物耐藥的重要因素，針對(duì)CSCs的治療尤為重要。以往的研究證實(shí)，喉癌組織中的CD133+細(xì)胞具有CSCs的特征，而Bmi-1基因表達(dá)是CD133+細(xì)胞致瘤性的關(guān)鍵；有研究者使用包裹紫杉醇的殼聚糖-甲氧基聚乙烯納米粒子（CS-mPEG-NPs）利用Bmi-1siRNA靶向喉癌CSCs，有望能阻斷喉癌的自我更新和殺死干細(xì)胞，從而減少喉癌的復(fù)發(fā)［20］。此外研究表明，利用自組裝納米顆粒的兩親性羧甲基-己?；鶜ぞ厶牵?lián)合負(fù)載抗腫瘤藥物順鉑和耐藥的中草藥提取物去甲氧基姜黃素，靶向CSCs可減弱耐藥現(xiàn)象［21］。Wang等［22］的研究也證實(shí)了聯(lián)合載藥在一定程度上可克服耐藥情況。

2.3 腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞（tumor associated fibroblasts，CAFs）是最豐富的、遺傳穩(wěn)定的基質(zhì)細(xì)胞，并在靠近血管處基質(zhì)中有豐富的指狀膠原，這導(dǎo)致了藥物運(yùn)輸在致密基質(zhì)中受到抑制；且基質(zhì)細(xì)胞分泌的生物活性細(xì)胞因子可促使微環(huán)境介導(dǎo)的耐藥。Daniele設(shè)計(jì)了pH響應(yīng)型的殼聚糖—三聚磷酸酯納米顆粒來(lái)遞送易產(chǎn)生多藥耐藥的多柔比星至TME，進(jìn)而促進(jìn)多耐藥腫瘤對(duì)各種抗腫瘤藥物的致敏作用［23］。

2.4 腫瘤相關(guān)免疫細(xì)胞眾所周知，腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程一般需要經(jīng)歷三個(gè)免疫反應(yīng)階段，即清除階段、平衡階段、免疫逃逸階段，最后建立有利于腫瘤發(fā)生發(fā)展的微環(huán)境，其中包括許多與腫瘤相關(guān)免疫細(xì)胞，如腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞和抗原呈遞細(xì)胞等。在靶向TME治療實(shí)體瘤時(shí)，從這些細(xì)胞角度出發(fā)探究有效的藥物治療手段和藥物遞送系統(tǒng)顯得很有必要。

NKG2D是主要的組織相容性復(fù)合物I類相關(guān)蛋白，為腫瘤相關(guān)抗原；基于白細(xì)胞介素21（interleukin-21，IL-21）的生物制劑可通過(guò)淋巴細(xì)胞被活化而表現(xiàn)出抗腫瘤活性。而以dsNKG2D-IL-21基因殼聚糖納米粒子轉(zhuǎn)染的腫瘤細(xì)胞可在體外激活自然殺傷細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞，從而延緩腫瘤的生長(zhǎng)［24］。也有研究是通過(guò)三聚磷酸鹽改良?xì)ぞ厶堑募{米顆粒使TGF-1siRNA靶向轉(zhuǎn)染腫瘤細(xì)胞，進(jìn)而抑制腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的形成，改善免疫微環(huán)境［25］。

此外，針對(duì)樹突狀細(xì)胞的治療也吸引了研究者的目光。有研究者研制出了殼聚糖的EphrinA1-PE38/GM-CSF納米顆粒，并將其移植到腫瘤大鼠體內(nèi)，通過(guò)增加免疫調(diào)節(jié)反應(yīng)中激活的樹突狀細(xì)胞數(shù)量，有效殺死了膠質(zhì)瘤組織，延長(zhǎng)了荷瘤小鼠的壽命；還有報(bào)導(dǎo)稱用殼聚糖乳酸納米顆粒負(fù)載CD73特異性siRNA，激活了樹突狀細(xì)胞可增強(qiáng)荷瘤小鼠抗腫瘤作用［26］。

2.5 ECMECM是一種結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，既是維持組織形態(tài)的主要支持結(jié)構(gòu)，也是細(xì)胞環(huán)境的重要組成部分。ECM處于高度動(dòng)態(tài)狀態(tài)下，在生理和病理?xiàng)l件下由幾種基質(zhì)降解酶介導(dǎo)而不斷進(jìn)行重構(gòu)。在腫瘤的發(fā)展過(guò)程中，ECM可通過(guò)提供腫瘤細(xì)胞促生存和增殖信號(hào)，也可通過(guò)膠原纖維阻礙藥物擴(kuò)散而促進(jìn)腫瘤的發(fā)展。因此，研究者發(fā)現(xiàn)靶向關(guān)鍵的降解酶從而重構(gòu)ECM有利于減慢腫瘤的進(jìn)程以及增強(qiáng)化療藥物的療效。

Afkham 等［27］運(yùn)用殼聚糖載體遞送SN38和Snɑil特異性siRNA至前列腺腫瘤中，誘導(dǎo)E-鈣粘蛋白和緊密連接蛋白的增加，從而降低了PC-3細(xì)胞的活性、增殖和遷移；也有研究采用殼聚糖納米粒子雙遞送HMGA2siRNA和阿霉素作用于HT-29結(jié)直腸癌細(xì)胞，觀察到波形蛋白、基質(zhì)金屬蛋白酶-9（matrix metalloproteinases-9，MMP-9）的表達(dá)降低以及E-cadherin的表達(dá)增加，從而降低了腫瘤細(xì)胞的活性［28］；除此外pH響應(yīng)性藥物遞送系統(tǒng)遞送熊果酸至HeLa宮頸癌細(xì)胞，通過(guò)調(diào)節(jié)MMP-9/CD44介導(dǎo)的多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑抑制癌癥生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移［29］。

另外通過(guò)基質(zhì)降解酶改良的殼聚糖納米遞送系統(tǒng)靶向ECM，還可增強(qiáng)藥物的抗腫瘤作用，如將菠蘿蛋白酶固定在殼聚糖表面，增強(qiáng)了納米顆粒在腫瘤薄壁組織中的滲透作用［30］；同樣還有研究者將包被透明質(zhì)酸的殼聚糖納米顆粒通過(guò)CD44來(lái)靶向腫瘤細(xì)胞，從而增強(qiáng)了5-氟尿嘧啶的抗腫瘤效率［31］。

3 結(jié)語(yǔ)與展望

隨著對(duì)實(shí)體瘤的發(fā)生發(fā)展機(jī)制及治療的研究深入，TME逐漸受到了關(guān)注。從探究TME中關(guān)鍵成分如CSCs、CAFs和ECM等在腫瘤的整個(gè)進(jìn)程中的作用，到研究改善TME的治療藥物、高效主動(dòng)靶向方法及適宜藥物遞送系統(tǒng)。

雖然TME中細(xì)胞組分及ECM等在腫瘤的發(fā)生發(fā)展、轉(zhuǎn)移以及耐藥方面起到的作用已有比較透徹的研究，但是以殼聚糖及其衍生物為基礎(chǔ)制備的納米遞送系統(tǒng)主動(dòng)靶向TME仍有一些問(wèn)題亟待解決。①腫瘤血管異?；率寡鞴嘧⒉粔蚝虴CM的阻礙作用，導(dǎo)致主動(dòng)靶向輸送藥物到達(dá)靶部位難度增大及藥物濃度低。因此靶向治療時(shí)，若使腫瘤脈管正?；皽p少基質(zhì)阻礙作用，是否利于后續(xù)藥物的傳遞？②許多研究已表明腫瘤相關(guān)脂肪細(xì)胞可產(chǎn)生抗炎和促炎介質(zhì)來(lái)促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)和發(fā)育，促炎細(xì)胞因子如IL-6和TNF-α，可促進(jìn)細(xì)胞增殖和血管生成；而IL-13、IL-10和TGF-β能夠維持腫瘤再生組織并抑制抗癌免疫細(xì)胞的募集［32］。然而利用NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)搜索文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)殼聚糖在癌癥相關(guān)脂肪細(xì)胞（tumor associatedadipocytes，TAAs）的應(yīng)用研究相比于其他幾種TME成分更匱乏，運(yùn)用殼聚糖納米載體靶向TAAs能否改善TME有待進(jìn)一步研究。③殼聚糖納米粒子的物理性質(zhì)影響藥物的靶向作用，如粒子粒徑、形狀和負(fù)荷量，在靶向不同臟器的實(shí)體瘤時(shí)需具體考慮。所以為各種類型納米粒子更有效地輸送到靶部位，且還要有較高的裝載量和較好的釋放特性，還需更深入的研究。④主動(dòng)靶向還需更精確，根據(jù)前面的主動(dòng)靶向總結(jié)可以了解到各種靶向策略主要是增加靶細(xì)胞識(shí)別、靶細(xì)胞攝取或者載體藥物釋放能力等，并沒(méi)有很好地改善藥物在腫瘤組織累積問(wèn)題，所以應(yīng)該進(jìn)一步研究更優(yōu)化的主動(dòng)靶向策略。