培美曲塞納米制劑研究進展

凌建新 寧倩 唐圣松

[摘要] 培美曲塞（PEM）是對葉酸代謝途徑多靶點阻斷的新一代抗腫瘤藥，療效高于其他傳統(tǒng)抗葉酸類藥物。但由于該藥缺乏腫瘤特異性，存在劑量依賴性毒副作用，導(dǎo)致其臨床應(yīng)用受限。納米載體由于靶向給藥策略在降低毒性和改善治療效果方面具有獨特的優(yōu)勢而受到廣泛關(guān)注。近年來，關(guān)于PEM的納米制劑研究，包括脂質(zhì)體、納米粒、膠束、納米乳、水凝膠等，在提高PEM的溶解度、延長體內(nèi)循環(huán)時間、提高靶向性、降低不良反應(yīng)、增強抗腫瘤活性等方面取得一定進展，并開發(fā)出不同的給藥方式。本文對PEM納米制劑研究進展進行綜述，為PEM新型納米制劑的開發(fā)和應(yīng)用提供理論依據(jù)。

[關(guān)鍵詞] 培美曲塞;納米制劑;靶向給藥;研究進展

[中圖分類號] R944 ? ? ? ? ?[文獻標識碼] A ? ? ? ? ?[文章編號] 1673-7210（2019）10（a）-0063-04

Research progress of Pemetrexed nanoformulation

LING Jianxin1，2，3 ? NING Qian2 ? TANG Shengsong1，2

1.Institute of Pharmacy and Pharmacology， University of South China， Hu′nan Province， Hengyang ? 421001， China; 2.Hu′nan Province Key Laboratory for Antibody-based Drug and Intelligent Delivery System， Hu′nan University of Medicine， Hu′nan Province， Huaihua ? 418000， China; 3.Department of Pharmacy， the First Affiliated Hospital of Hu′nan University of Medicine， Hu′nan Province， Huaihua ? 418000， China

[Abstract] Pemetrexed （PEM） is a new generation of anti-tumor drug that blocks multiple targets of folate metabolism pathway， and it is more effective than other traditional anti-folate drugs. However， due to the lack of tumor specificity and dose-dependent toxicity， its clinical application is limited. Nanocarriers have attracted wide attention because of their unique advantages in reducing toxicity and improving therapeutic effect. In recent years， studies on PEM nanoparticles， including liposomes， nanoparticles， micelles， nanoemulsions and hydrogels， have made some progress in improving the solubility of PEM， prolonging the circulation time in vivo， improving targeting， reducing adverse reactions and enhancing anti-tumor activity， and different drug delivery methods have been developed. This paper reviews the research progress of PEM nanopreparation， and provides the theoretical basis for the development and application of new PEM nanopreparation.

[Key words] Pemetrexed; Nanoformulation; Targeted drug delivery; Research progress

培美曲塞（Pemetrexed，PEM）是基于經(jīng)典抗代謝類藥物甲氨蝶呤（MTX）和氟尿嘧啶（FU）的基礎(chǔ)上研制的，結(jié)構(gòu)上含有吡咯嘧啶為核心基團的新一代抗代謝藥。不同的是，MTX主要作用于二氫葉酸還原酶（DHFR），F(xiàn)U主要抑制胸苷酸合成酶（TS），而PEM為多靶點葉酸抑制劑，能夠明顯抑TS、DHFR和甘氨酰胺核苷甲?；D(zhuǎn)移酶（GARFT）的活性，因此具有較好的臨床應(yīng)用效果?，F(xiàn)已經(jīng)證明PEM對惡性胸膜間皮瘤及非小細胞肺癌等多種癌癥均有較好的療效[1-2]。然而，由于腫瘤細胞耐藥，及PEM產(chǎn)生的劑量依賴性毒副作用，如貧血、惡心、疲勞、腹瀉和口腔炎等[3]，限制了PEM的臨床應(yīng)用。

納米制劑是特異靶向性和藥物控制釋放性相結(jié)合的新型藥物傳遞系統(tǒng)，其優(yōu)勢在于增強藥效、降低藥物毒性、改變藥物的體內(nèi)過程，具備口服、局部給藥、靜脈注射等多種方式給藥[4-5]。由于大多數(shù)傳統(tǒng)的納米載體對親水性和負電荷藥物PEM的負載量很低且不穩(wěn)定，關(guān)于靶向遞送PEM的報道較少。本文綜述了近幾年P(guān)EM的納米制劑研究進展，包括脂質(zhì)體、膠束制劑、納米粒、納米乳、水凝膠等，為該藥物新劑型的開發(fā)及應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。筆者目前也正在構(gòu)建靶向于雌激素受體的長循環(huán)PEM脂質(zhì)體，并初步探索該脂質(zhì)體對雌激素受體過表達乳腺癌的抗腫瘤作用。

1 脂質(zhì)體制劑

脂質(zhì)體是指由兩親性磷脂雙分子層在水中自組裝成的一層或多層的球形囊泡結(jié)構(gòu)，大小為幾納米至幾微米不等。脂質(zhì)體既可以包封親水性抗癌藥物，還可以包載疏水性藥物[6]。PEM是一種水溶性藥物，用傳統(tǒng)脂質(zhì)水化薄膜法制備時，因脂質(zhì)體親水的內(nèi)核體積小，導(dǎo)致其包封率很低，而pH梯度法可以較好地提高水溶性藥物的包封率。P-糖蛋白（P-gp）的外排作用是PEM細胞攝取減少的重要原因，非離子表面活性劑α-生育酚聚乙二醇1000琥珀酸單脂（TPGS）是一種P-gp抑制劑。Bai等[7]設(shè)計了一種經(jīng)TPGS修飾的脂質(zhì)體來遞送PEM（TPGS-PEM脂質(zhì)體）。采用pH梯度法制備，PEM包封率可達63.5%。在轉(zhuǎn)染多重耐藥基因ABCC5的乳腺癌細胞（MCF-7+ABCC5）中，TPGS-PEM脂質(zhì)體的IC50值比PEM注射劑顯著降低。MCF-7+ABCC5異種移植瘤小鼠體內(nèi)，經(jīng)TPGS-PEM脂質(zhì)體治療后腫瘤體積明顯小于PEM注射劑組。此外，Essam Eldin等[8]制備了不同配比PEM脂質(zhì)體劑型，證實膽固醇的摻入以及增加脂質(zhì)體總脂濃度可使PEM的包封率增加。Eldin等[9]研究顯示，相較于“固體”脂質(zhì)體（HSPC），將PEM包封在“流體”脂質(zhì)體（POPC）中可使PEM從脂質(zhì)體中高效釋放，對惡性胸膜間皮瘤細胞MSTO-211H產(chǎn)生更強細胞毒性，而Ando等[10]證實，PEM脂質(zhì)體的胸腔注射給藥可能更有效。脂質(zhì)體作為PEM的載體，一方面可通過高通透性和滯留效應(yīng)聚集于腫瘤部位，提高治療效果，降低毒副作用;另一方面還可通過適當?shù)募庸ぬ幚?，包括物理化學(xué)修飾、表面電荷修飾等，利用pH敏感、熱敏感、光敏感等實現(xiàn)可控藥物釋放，開發(fā)主動靶向性脂質(zhì)體，使其臨床應(yīng)用更加廣泛。

2 膠束制劑

膠束制劑是由兩親性嵌段共聚物在水溶液中形成的自組裝結(jié)構(gòu)，包括親水鏈段和疏水鏈段，疏水鏈段在水中聚集成核，有利于增加難溶性藥物的溶解度，而親水鏈段形成殼結(jié)構(gòu)，起到穩(wěn)定和保護作用。由于PEM主要通過還原葉酸載體（RFC）轉(zhuǎn)運到腫瘤細胞，故RFC的缺失可導(dǎo)致PEM遞送減少。Vandana[11]將PEM的羧基與N-羥基琥珀酰亞胺（NHS）進行羧酸偶聯(lián)，活化后的藥物與氨基聚乙二醇（PEG-NH2）縮合反應(yīng)，制備了PEG修飾的PEM共軛物膠束（PEG-PEM），PEG-PEM具備不依賴于RFC的有效細胞內(nèi)化途徑。實驗證實PEG-PEM不僅對乳腺癌細胞MCF-7有較好的抑制作用，而且對缺乏RFC的乳腺癌細胞MDA-MB-231的抑制作用明顯高于PEM注射劑。

膠束制劑因粒徑小，且不易被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)攝取，具備一定的被動靶向性，目前開發(fā)方向旨在提高其主動靶向作用。Yang等[12]采用肺癌靶向功能肽CC9修飾的聚乙二醇-b-聚（三亞甲基碳酸酯-co-二硫戊環(huán)三亞甲基碳酸酯）-b-聚乙烯亞胺[PEG-P（TMC-DTC）-PEI]，制得氧化還原敏感型膠束PEM-CC9-RCPs靶向遞送PEM，可經(jīng)高濃度谷胱甘肽觸發(fā)釋放，與游離型PEM相比，其對肺癌細胞H460的抑制作用分別提高10倍，體內(nèi)循環(huán)時間延長22倍，腫瘤部位蓄積量增加9.1倍。明膠酶屬于基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）家族成員，在腫瘤的生長、侵襲過程中起著重要的作用，研究表明[13]，多種腫瘤細胞分泌明膠酶，而明膠酶切割肽可智能靶向明膠酶。Lu等[14]開發(fā)了一種由明膠酶切割肽與PEG和聚己內(nèi)酯（PCL）組成的嵌段共聚物（PEG-Peptide-PCL），經(jīng)包載PEM形成PEM-TNPs用于腫瘤靶向傳遞，PEM-TNPs被明膠酶所轉(zhuǎn)化，從而使藥物釋放和促進腫瘤細胞對PEM的攝取。不足的是，膠束制劑進入人體血液后存在被稀釋的可能，在臨界膠束濃度以下易解聚，從而導(dǎo)致藥物釋放增快。PEM的化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有2個羧基和1個氨基，其中羧基是其發(fā)揮抗腫瘤作用的官能基團，因此，利用PEM的氨基進行共軛結(jié)合修飾，保障釋放后的PEM羧基的完整，將有利于制備出穩(wěn)定性好和靶向性強的膠束制劑。

3 納米粒制劑

納米粒制劑是一類以高分子材料為載體的固態(tài)膠體微粒，其制備材料包括人工合成高分子、天然生物大分子以及無機納米材料。目前已制備的PEM納米粒載體包括二氧化硅納米粒（mesoporous silica nan-oparticles，MSNs）、金納米粒（gold nanoparticles， GNPs）、白蛋白、殼聚糖等。為提高腫瘤部位的有效積累，降低組織毒性，Stolarczyk等[15]利用PEM的羧基與GNPs結(jié)合制備出納米粒AuNPs-PEM，粒徑為9～19 nm，在水中具有較高的穩(wěn)定性且對正常組織細胞毒性低，對腫瘤細胞具有較高的通透性。為提高靶向性，并實現(xiàn)抗腫瘤藥物協(xié)同作用，Mohapatra等[16]用磷酸鈣模板法合成了粒徑為130 nm的介孔空心球形二氧化硅納米顆粒。內(nèi)部空間裝載包裹有PEM的磁性納米顆粒CoFe2O4，表面修飾以鉑類抗腫瘤藥物順鉑、葉酸和熒光染料RITC。在人宮頸癌細胞系（HeLa）的細胞毒性實驗表明，該負載雙藥物納米粒由于順鉑和PEM的協(xié)同作用，以及葉酸受體介導(dǎo)的靶向內(nèi)吞作用，使其比單一藥物具有更強的細胞毒性。

白蛋白具有生物可降解性、生物相容性等優(yōu)點，可增加難溶性藥物的溶解度，明顯減輕有機高分子材料在體內(nèi)的毒性。量子點（QDs）是具有納米尺寸的半導(dǎo)體發(fā)光粒子，是一類理想的熒光探針[17]。Zayed等[18]利用白蛋白納米粒和QDs的優(yōu)點，以牛血清白蛋白（BSA）為載體材料，表面修飾CdTe量子點，將PEM與BSA酰胺結(jié)合，并包封中藥白藜蘆醇（RSV），制備出雙載藥多功能白蛋白納米粒PEM/RSV-BSA-QDs，在乳腺癌接種小鼠體內(nèi)，PEM/RSV-BSA-QDs表現(xiàn)出明顯的抗腫瘤作用，通過QDs介導(dǎo)的熒光顯示，該納米粒具有良好的腫瘤特異性蓄積。

脂質(zhì)聚合物納米粒（LPNs）是近幾年來基于脂質(zhì)體和聚合物納米粒發(fā)展起來的一種新型載體，它由磷脂殼和聚合物核組成，具有殼核結(jié)構(gòu)，兼有脂質(zhì)體和聚合物納米粒兩者的優(yōu)點[19]。Kü？觭üktürkmen等[20]設(shè)計制備了同時包裹反義核酸miR-21（anti-miR-21）與PEM的共載系統(tǒng)，利用LPNs的性質(zhì)克服腫瘤組織上的物理障礙，再利用anti-miR-21特異性沉默耐藥基因，促進PEM抗癌作用發(fā)揮。為進一步提高治療效果和可大規(guī)模生產(chǎn)提供了可能，課題組采用高壓重熔法制備了包載上述兩種物質(zhì)的固體脂質(zhì)納米粒（SLNs）[21]，其包封率達90%，而且，由于增加了anti-miR-21的負載量，SLNs比LPNs具有更好的腫瘤細胞毒性。隨著對PEM納米粒制備材料和修飾方式的研究和改進，在提供更好療效且不出現(xiàn)新的副作用的前提下，PEM納米粒可呈現(xiàn)良好的納米生物效應(yīng)，然而不同粒徑、形狀、表面特性、材料及靶頭修飾的納米粒與體內(nèi)環(huán)境的相互作用有待進一步研究，同時，其安全性問題也不容忽視。

4 水凝膠制劑

水凝膠是線性高分子鏈通過交聯(lián)形成三維網(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu)，具有強吸取水分能力卻不溶于水的一類高分子材料。它具有環(huán)境敏感性、良好的生物相容性、生物可降解和對多種刺激有響應(yīng)等特點。由于PEM在核磁共振（MRI）的化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移成像法（CEST）中信號在5.2 ppm的頻率時與水發(fā)生共振偏移，因此，被認為是一種可作為抗癌藥物和MRI對比劑的雙重功能藥物。此外，Lock等[22]將PEM與包含兩種谷氨酸和兩種苯丙氨酸組成的短肽序列結(jié)合，開發(fā)了同時具備雙重功能的熱敏纖維水凝膠PemFE，由于傳統(tǒng)對比劑釓螯合劑中釓離子的滲漏和沉積會引起嚴重的腎源性系統(tǒng)性纖維化（NSF），PemFE的開發(fā)，提供了一種更安全的途徑來完成MRI圖像介導(dǎo)下的藥物傳遞。

5 口服納米乳制劑

相比于注射給藥，口服給藥具備簡便、患者依從性好、接受程度高等的優(yōu)點，而包括PEM在內(nèi)的大部分化療藥物，由于在水中溶解度較低、腸道壁通透性差、體內(nèi)分布選擇性不好，同時又受到肝臟首過代謝和P-gp的外排，使其生物利用度極低。納米藥物遞送載體因比表面積較大，有利于增強與胃腸道表面細胞的接觸更易被腸黏膜攝取和轉(zhuǎn)運，從而增加吸收。Pangeni等[23]將PEM與2-羥丙基-β-環(huán)糊精（HP-β-CD）進行離子絡(luò)合，再與脫氧膽酸賴氨酸甲酯（DCK）和泊洛沙姆188（P188）混合，然后通過兩步乳化法制備出W/O/W型納米乳HP-β-CD/PEM/DCK/P188-NE。在Lewis肺癌細胞接種小鼠體內(nèi)實驗中，生物利用度為（26.8±2.98）%，與口服游離PEM相比增加2.23倍，腫瘤生長減少61%。同時，Pangeni等[24]將PEM與N-脫氧膽堿-L-賴氨酸甲酯，形成了離子對配合物，并與槲皮素進一步結(jié)合，得到共給藥納米乳劑PEM/DCK-QCN-NE。通過DCK與膽汁酸轉(zhuǎn)運蛋白的相互作用以及納米乳制劑介導(dǎo)的膜結(jié)構(gòu)和流動性的改變，顯著改善PEM/DCK和QCN的腸膜滲透性和細胞攝取，使兩種藥物的口服生物利用度分別增加了4.51倍和23.9倍?？诜苿┦芪改c道環(huán)境的影響較大，而依據(jù)胃腸道中pH梯度和菌群產(chǎn)生的各種酶類，選擇不同的納米材料，將有利于設(shè)計出更安全有效的口服PEM納米乳劑。

綜上所述，在PEM的納米遞送系統(tǒng)方面已經(jīng)有了廣泛而深入的研究，一系列納米制劑在改善PEM的溶解性、提高靶向性和生物利用度、增強療效等方面取得了較大的進展。然而，目前PEM納米制劑的研究還處于實驗室階段，未進入臨床研究。這主要是因其制備工藝復(fù)雜，長期儲存物理化學(xué)穩(wěn)定性差。因此，制劑的穩(wěn)定性，載體材料的生物相容性，體內(nèi)靶向性及藥動學(xué)特征等問題還需進一步研究[25]。此外，根據(jù)腫瘤微環(huán)境的特點，設(shè)計環(huán)境響應(yīng)性的納米制劑，如氧化還原敏感型、光響應(yīng)型等，或?qū)⒒熍c免疫治療、基因治療、光動力治療及光熱治療等聯(lián)合應(yīng)用，通過多個靶點發(fā)揮作用實現(xiàn)惡性腫瘤的精準治療，是納米制劑具有巨大潛力的研究方向?？傊琍EM納米制劑在增強靶向作用、改善腫瘤治療效果的同時，還可以減少耐藥、避免大劑量使用帶來的全身毒副作用，具有重大的研究價值和臨床應(yīng)用前景。

[參考文獻]

[1] ?Adjei AA. Pharmacology and Mechanism of Action of Pemetrexed [J]. Clin Lung Cancer，2004，5（supp-S2）：S51-S55.

[2] ?Curtin NJ，Hughes AN. Pemetrexed disodium，a novel antifolate with multiple targets [J]. Lancet Oncol，2001，2（5）：298-306.

[3] ?Chattopadhyay S，Moran RG，Goldman ID. Pemetrexed：biochemical and cellular pharmacology，mechanisms，and clinical applications [J]. Mol Cancer Ther，2007，6（2）：404-417.

[4] ?Dong X，Mumper RJ. Nanomedicinal strategies to treat multidrug resistant tumors：current progress [J]. Nanomedicine （Lond），2010，5（4）：597-615.

[5] ?Gao J，F(xiàn)eng SS，Guo Y. Nanomedicine against multidrug resistance in cancer treatment [J]. Nanomedicine （Lond），2012，7（4）：465-468.

[6] ?Akbarzadeh A，Rezaei-Sadabady R，Davaran S，et al. Liposome：classification， preparation，and applications [J]. Na-noscale Res Lett，2013，8（1）：102-111.

[7] ?Bai F，Yin Y，Chen T，et al. Development of liposomal pemetrexed for enhanced therapy against multidrug resistance mediated by ABCC5 in breast cancer [J]. Int J Nano-medicine，2018，13：1327-1339.

[8] ?Essam Eldin N，Elnahas HM，Mahdy MA. Liposomal pemetrexed：formulation，characterization and in vitro cytotoxicity studies for effective management of malignant pleural mesothelioma [J]. Biol Pharm Bull，2015，38（3）：461-469.

[9] ?Eldin NE，Abu Lila AS，Kawazoe K，et al. Encapsulation in a rapid-release liposomal formulation enhances the anti-tumor efficacy of pemetrexed in a murine solid mesothelioma-xenograft model [J]. Eur J Pharm Sci，2016，81：60-66.

[10] ?Ando H，Kobayashi S，Abu Lila AS，et al. Advanced therapeutic approach for the treatment of malignant pleural mesothelioma via the intrapleural administration of liposomal pemetrexed [J]. J Control Release，2015，220（Pt A）：29-36.

[11] ?Vandana M. Reduced folate carrier independent internalization of PEGylated pemetrexed：a potential nanomedicinal approach for breast cancer therapy [J]. Mol Pharm，2012，9（10）：2828-2843.

[12] ?Yang W，Yang L，Xia Y，et al. Lung cancer specific and reduction-responsive chimaeric polymersomes for highly efficient loading of pemetrexed and targeted suppression of lung tumor in vivo [J]. Acta Biomater，2018，70：177-185.

[13] ?Gialeli C，Theocharis AD. Roles of matrix metalloproteinases in cancer progression and their pharmacological targeting [J]. FEBS J，2011，278（1）：16-27.

[14] ?Lu N，Liu Q，Li R，et al. Superior antimetastatic effect of pemetrexed-loaded gelatinase-responsive nanoparticles in a mouse metastasis model [J]. Anticancer Drugs，2012， 23（10）：1078-1088.

[15] ?Stolarczyk EU，Stolarczyk K，？覵aszcz M，et al. Pemetrexed conjugated with gold nanoparticles-Synthesis，characterization and a study of noncovalent interactions [J]. Eur J Pharm Sci，2017，109：13-20.

[16] ?Mohapatra S，Rout SR，Narayan R. Multifunctional mesoporous hollow silica nanocapsules for targeted co-delivery of cisplatin-pemetrexed and MR imaging [J]. Dalton Trans，2014，43（42）：15841-15850.

[17] ?Zhao MX，Zhu BJ，Yao WJ，et al. Therapeutic effect of quantum dots for cancer treatment [J]. RSC Adv，2016，6（114）：113791-113795.

[18] ?Zayed DG，Ebrahim SM，Helmy MW，et al. Combining hydrophilic chemotherapy and hydrophobic phytotherapy via tumor-targeted albumin-QDs nano-hybrids：covalent coupling and phospholipid complexation approaches [J]. J Nanobiotechnology，2019，17（1）：7-26.

[19] ?Krishnamurthy S，Vaiyapuri R，Zhang L. Lipid-coated polymeric nanoparticles for cancer drug delivery [J]. Biomater Sci，2015，3（7）：923-936.

[20] ?Kü？觭üktürkmen B，Devrim B，Saka OM，et al. Co-delivery of pemetrexed and miR-21 antisense oligonucleotide by lipid-polymer hybrid nanoparticles and effects on glioblastoma cells [J]. Drug Dev Ind Pharm，2017，43（1）：12-21.

[21] ?Kü？觭üktürkmen B. Development and characterization of cationic solid lipid nanoparticles for co-delivery of pemetrexed and miR-21 antisense oligonucleotide to glioblastoma cells [J]. Drug Dev Ind Pharm，2018，44（2）：306-315.

[22] ?Lock LL，Li Y，Mao X，et al. One-Component Supramolecular Filament Hydrogels as Theranostic Label-Free Magnetic Resonance Imaging Agents [J]. ACS Nano，2017，11（1）：797-805.

[23] ?Pangeni R，Choi JU，Panthi VK，et al. Enhanced oral absorption of pemetrexed by ion-pairing complex formation with deoxycholic acid derivative and multiple nanoemulsion formulations：preparation，characterization，and in vivo oral bioavailability and anticancer effect [J]. Int J Nanomedicine，2018，13：3329-3351.

[24] ?Pangeni R，Panthi VK，Yoon IS，et al. Preparation，Characterization，and In Vivo Evaluation of an Oral Multiple Nanoemulsive System for Co-Delivery of Pemetrexed and Quercetin [J]. Pharmaceutics，2018，10（3）.pii：E158.

[25] ?Service RF. Nanotechnology.Nanoparticle Trojan horses gallop from the lab into the clinic [J]. Science，2010，330（6002）：314-315.

（收稿日期：2018-04-16 ?本文編輯：劉永巧）