細(xì)胞核靶向納米藥物遞送系統(tǒng)的研究進(jìn)展

王小兵，于濤

綜述

細(xì)胞核靶向納米藥物遞送系統(tǒng)的研究進(jìn)展

王小兵，于濤

150040 哈爾濱，東北林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/東北鹽堿植被恢復(fù)與重建教育部重點實驗室

藥物治療是目前腫瘤治療中最常用的方法，但由于藥物的腫瘤選擇性差，常規(guī)化療的效果并不理想且副作用大。目前，利用具有靶向功能的納米載體搭載藥物靶向腫瘤是一種尚處在研究中的策略[1]，然而這些納米載體仍不能達(dá)到理想的治療效果[2]。研究表明，抗腫瘤藥物借助藥物載體內(nèi)化進(jìn)入細(xì)胞后大多不具有靶向作用于特定的亞細(xì)胞器的能力，還存在被細(xì)胞內(nèi)的溶酶體吞噬、降解的可能，從而影響藥物的治療作用[3]。大部分抗腫瘤藥物是以細(xì)胞核內(nèi) DNA 為作用靶點，如喜樹堿（camptothecin，CPT）、阿霉素（doxorubicin，DOX）和順鉑等都是通過破壞 DNA 結(jié)構(gòu)，影響復(fù)制和轉(zhuǎn)錄過程發(fā)揮抗腫瘤活性[4-6]。因此，如何將化療藥物高效運(yùn)送至細(xì)胞核是改善上述藥物治療效果的關(guān)鍵。

細(xì)胞核是高度分化的細(xì)胞器，具有雙層磷脂膜，核膜上直徑 30 ~ 50 nm 的核孔復(fù)合體（nuclear pore complexes，NPCs）是物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核的通道。從機(jī)制上講，利用納米載體跨越細(xì)胞核膜將藥物精準(zhǔn)地送入核內(nèi)，既要求載體具有足夠小的尺度以通過核孔復(fù)合體，又要具有充足的空間容納藥物，還要便于化學(xué)修飾從而連接核定位序列信號分子，最終才能在被腫瘤細(xì)胞高效攝入并通過核孔復(fù)合體主動轉(zhuǎn)運(yùn)到核內(nèi)發(fā)揮藥效（圖 1）。富含賴氨酸的經(jīng)典核定位信號（nuclear localization sequence，NLS）能夠與 α 輸入蛋白和 β 輸入蛋白結(jié)合，然后通過消耗 GTP 經(jīng)核孔復(fù)合體轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞核，另富含精氨酸的 TAT 多肽則通過與 β 輸入蛋白結(jié)合，從而轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)核[7]。此外也可通過核膜融合的方式進(jìn)入細(xì)胞核，如以聚醚酰亞胺（polyetherimide，PEI）為代表的陽離子聚合物在逃離溶酶體后，可以通過自由擴(kuò)散方式接近細(xì)胞核，然后通過靜電作用與帶負(fù)電荷的核膜融合，從而進(jìn)入到細(xì)胞核中[8]，但目前 PEI 主要應(yīng)用于構(gòu)建基因遞送載體，而用于藥物遞送的報道較少。本文綜述了近年來細(xì)胞核靶向藥物傳遞系統(tǒng)的最新研究進(jìn)展，為更多細(xì)胞核靶向藥物傳遞系統(tǒng)的設(shè)計提供依據(jù)。

1 無機(jī)細(xì)胞核靶向納米藥物遞送系統(tǒng)

1.1 二氧化硅納米粒子

二氧化硅納米粒子根據(jù)孔徑大小可分為 3 種：微孔、介孔、大孔，在藥物遞送系統(tǒng)的研究中應(yīng)用最多的是介孔二氧化硅納米粒子（mesoporous silica nanoparticles，MSNs）。自 2001 年以來[9]，介孔二氧化硅納米粒子以較大的比表面積和孔體積、孔徑可調(diào)、易于表面修飾、生物相容性好等特點，已被廣泛用于抗癌藥物的遞送[10-12]。

Pan 等[13]通過合成不同尺寸大?。?5 ~ 105 nm）的介孔二氧化硅納米粒子作為載體搭載阿霉素（DOX）進(jìn)行細(xì)胞核靶向的腫瘤藥物治療。研究結(jié)果顯示，MSNs 作為藥物載體，具有較高的載藥量，與對照組相比較，連接細(xì)胞穿透肽（TAT）的小粒徑 MSNs 能高效地遞送藥物進(jìn)入細(xì)胞核，并在核內(nèi)釋放藥物，從而達(dá)到增強(qiáng)化療的目的。在隨后的研究中，Pan 等[14]再次利用表面修飾 TAT 肽的小尺寸介孔二氧化硅納米粒子（MSNs-TAT，30 nm）作為載體搭載抗腫瘤藥物阿霉素（DOX-MSNs-TAT）對多藥耐藥細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞核靶向藥物治療。研究結(jié)果表明，相比于游離的 DOX 和未連接 TAT 肽的 MSNs-DOX，具有細(xì)胞核靶向功能的 DOX-MSNs-TAT 能夠更高效地將藥物遞送至細(xì)胞核內(nèi)，能有效克服細(xì)胞的多藥耐藥性（MDR），從而達(dá)到增強(qiáng)治療效果的目的。

圖 1 不同載體進(jìn)入細(xì)胞核的方式

Li 等[15]以 Fe3O4納米粒子作為核心在其表面包裹介孔二氧化硅制備了一種核殼結(jié)構(gòu)的多功能磁性介孔二氧化硅納米粒子（magnetic mesoporous silica nanoparticles，F(xiàn)MSNs），同時修飾 TAT 肽于外表面，進(jìn)行細(xì)胞核靶向多功能聯(lián)合治療。研究結(jié)果表明，F(xiàn)MSNs 通過體外磁性引導(dǎo)能在腫瘤組織高度富集，在被腫瘤細(xì)胞攝取后能定位于細(xì)胞核，將負(fù)載于介孔結(jié)構(gòu)中的抗腫瘤藥物 CPT 釋放入核內(nèi)，同時還可以作為核磁共振造影劑進(jìn)行核磁共振成像，從而實現(xiàn)影響監(jiān)測下的細(xì)胞核靶向腫瘤化療。

1.2 金納米粒子

金納米粒子（gold nanoparticles，AuNPs）是研究較早的一種貴金屬納米材料，它的常規(guī)尺寸一般在 1 ~ 100 nm 之間，具有尺寸均一、無毒性、生物相容性好、表面易修飾等特點，同時還具有較高的 X 射線吸收系數(shù)，已被廣泛用于體內(nèi)外 CT 造影和藥物遞送研究[16]。

Wang 等[17]將金納米粒子表面修飾熒光標(biāo)記的牛血清蛋白（BSA）形成金納米簇（AuNCs）并搭載藥物赫賽?。ˋuNCs-Her）進(jìn)行細(xì)胞核靶向抗腫瘤治療，結(jié)果表明，僅僅有 5 nm 左右的AuNCs-Her 能夠成功逃逸溶酶體誘捕并最終攜帶赫賽汀進(jìn)入細(xì)胞核，提高了赫賽汀破壞腫瘤細(xì)胞的 DNA 的效率，進(jìn)而提升了腫瘤細(xì)胞抑制效果。

Morshed 等[18]利用修飾有細(xì)胞穿透肽 TAT 的金納米粒子運(yùn)載 DOX（TAT-Au-DOX）治療腦轉(zhuǎn)移性乳腺癌，結(jié)果表明 TAT-Au-DOX 能夠被腫瘤細(xì)胞攝取并積累于細(xì)胞核內(nèi)，與游離藥物相比 IC50值降低了80%，顯著提升了 DOX 的化療效果。

1.3 碳納米管

碳納米管（carbon nanotubes，CNTs）是一種研究較為廣泛的無機(jī)非金屬碳素材料，可分為單壁碳納米管（single-walled carbon nanotubes，SWCNTs）和多壁碳納米管（multi-walled carbon nanotubes，MWCNTs）。碳納米管不僅具有獨(dú)特的中空結(jié)構(gòu)和內(nèi)外管徑，而且具有良好的細(xì)胞穿透能力，因此在抗腫瘤藥物運(yùn)送中有較好的應(yīng)用前景[19]。

Das 等[20]利用聚乙二醇（PEG）將 17 β-雌二醇（E2）連接于 MWCNTs 的表面并裝載抗腫瘤藥物 DOX 用于治療乳腺癌。研究結(jié)果表明，所制備的DOX@E2-PEG-MWCNTs能夠通過雌激素受體（estrogen receptor，ER）靶向乳腺癌細(xì)胞，由于 MWCNTs 本身具有良好的穿透能力，可介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞內(nèi)化，之后可通過 ER 途徑靶向細(xì)胞核，發(fā)揮更好的化療作用。

Dong 等[21-22]利用偶聯(lián)有 TAT 肽的低分子殼聚糖修飾 MWCNTs 作為載體裝載 DOX 后處理 Bel7402、MD-MBA-231、L929 等腫瘤細(xì)胞。結(jié)果表明，相比于游離 DOX 和 MWCNTSM/DOX，MWCNTs/DOX/TC 粒子具有更好的水溶性和分散性，能夠很快地被上述腫瘤細(xì)胞內(nèi)化并遞送 DOX 進(jìn)入細(xì)胞核發(fā)揮更高效的抗腫瘤作用。

2 有機(jī)細(xì)胞核靶向納米藥物遞送系統(tǒng)

2.1 聚合物膠束

聚合物膠束（polymeric micelles，PMs）通常指由兩親性嵌段聚合物在水相中自組裝形成的一種熱力學(xué)穩(wěn)定的膠體結(jié)構(gòu)，大小在 10 ~ 200 nm。這些膠體結(jié)構(gòu)可以將疏水性藥物包封在疏水內(nèi)核，同時可以在表面進(jìn)行相應(yīng)配體修飾以實現(xiàn)靶向功能。因此，聚合物膠束在抗腫瘤藥物遞送中有很好的應(yīng)用前景[23-24]。

Guo 等[25]利用嵌段共聚物膠束（mPEG-PLA-ss-PEI- DMMA，PELEss-DA）裝載 DOX 進(jìn)行腫瘤細(xì)胞核靶向藥物遞送。結(jié)果表明，這種聚合物膠束通過表面電荷的改變而延長其在血液中的循環(huán)時間，并通過自身二硫鍵對腫瘤組織內(nèi)的高水平還原型谷胱甘肽（GSH）產(chǎn)生響應(yīng)，使得粒徑變小，最終通過被動擴(kuò)散的方式進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)并釋放藥物，明顯提升了化療效果。

Zhang 等[26]利用修飾有 TAT 肽和葉酸（folate）的PEG-辛基殼聚糖制備 folate/TAT-PEG-OC 膠束，在裝載 DOX 后處理 Bel-7402 腫瘤細(xì)胞系。MTT 實驗結(jié)果表明，游離 DOX 和載藥 folate-PEG-OC 膠束處理后的細(xì)胞存活率為（31.81 ± 7.59）% 和（28.59 ± 8.85）%。相比之下，載藥 folate/TAT-PEG-OC 膠束處理后的 Bel-7402 細(xì)胞活力僅為（19.01 ± 5.24）%，這一結(jié)果證明 TAT 肽能協(xié)助載藥膠束定位至細(xì)胞核，并明顯增強(qiáng)阿霉素的化療效果。

Yu 等[27]利用核定位信號（NLS）和葉酸（folic acid，F(xiàn)A）修飾的膽固醇聚乙二醇?xì)ぞ厶牵╟holesterol-modified glycol chitosan，CHGC）裝載 DOX，形成 DOX/NFCHGC 膠束。結(jié)果表明，在葉酸作用下 DOX/NFCHGC 膠束能夠很快地被 KB 腫瘤細(xì)胞內(nèi)化，NLS 使膠束與核孔復(fù)合體結(jié)合持續(xù)地釋放DOX 進(jìn)入細(xì)胞核，從而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。

2.2 脂質(zhì)體

脂質(zhì)體是由天然或合成的磷脂組成的單層或多層小泡，既可以包封大量的親水性抗癌藥物，還可以搭載疏水性藥物。相比其他納米級遞送載體，脂質(zhì)體具有良好的生物相容性和生物體易降解的優(yōu)點。目前，脂質(zhì)體多用于基因治療以及不同形式藥物的遞送[28-29]。

Roy 等[30]利用熱敏氣泡脂質(zhì)體作為載體連接TAT和碳量子點（CDs）形成脂質(zhì)體復(fù)合物CDs/TAT@NBLs，并裝載 DOX 實現(xiàn)核靶向的多功能聯(lián)合治療。結(jié)果表明，脂質(zhì)體能夠有效地靶向腫瘤細(xì)胞核，載體入核后經(jīng)近紅外光照射，CDs 可作為光熱治療劑進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)換升高核內(nèi)溫度，熱敏型氣泡脂質(zhì)體內(nèi)包封的氣泡受熱分解，導(dǎo)致包封于載體內(nèi)的 DOX 在核內(nèi)釋放，實現(xiàn)可控光熱治療與化療的核內(nèi)聯(lián)合治療。

2.3 聚合物納米囊泡

聚合物囊泡是由兩親性聚合物形成的穩(wěn)定囊泡。聚合物囊泡在結(jié)構(gòu)和形態(tài)上與脂質(zhì)體囊泡相似，但相比脂質(zhì)體囊泡，其具有更高的穩(wěn)定性，且其物理性能如膜厚度、滲透性、流動性及表面功能性等都可更好調(diào)控，囊泡空心可裝載親水性藥物，雙分子層之間可裝載疏水性藥物[31]。

Anajafi 等[32]利用二硫鍵連接親水性化合物 PEG 和疏水性化合物 PLA 形成兩親性嵌段共聚物囊泡裝載 DOX 和姜黃素，并在其表面修飾含有核定位信號 SV40 的基質(zhì)金屬蛋白同工酶 MMP-7 響應(yīng)型多肽，用于腫瘤細(xì)胞核靶向治療。研究結(jié)果表明，上述表面多肽的使用能有效屏蔽 SV40 表面正電荷，從而防止載藥囊泡與正常細(xì)胞發(fā)生非特異性靜電相互作用。囊泡通過高通透性和滯留效應(yīng)（enhanced permeability and retention effect，EPR）進(jìn)入腫瘤組織后，MMP-7 可水解多肽從而暴露出 SV40 進(jìn)而靶向細(xì)胞核，最終進(jìn)入細(xì)胞核釋放藥物。

3 總結(jié)與展望

利用納米載體將化療藥物直接運(yùn)送到細(xì)胞核是一種具有前景的腫瘤化療策略，可最大限度地發(fā)揮以核內(nèi) DNA 分子為靶點的抗癌藥物療效。細(xì)胞核靶向納米藥物載體的研制將為腫瘤治療帶來巨大的機(jī)遇。然而，從基礎(chǔ)研究到臨床轉(zhuǎn)化的過程中，細(xì)胞核靶向納米藥物載體的研究仍面臨以下問題和挑戰(zhàn)：①開發(fā)更安全、生物相容性更好、可被機(jī)體代謝排泄的細(xì)胞核靶向納米藥物載體是今后藥物載體研究的重要方向，也是腫瘤細(xì)胞核靶向化療能夠進(jìn)入臨床應(yīng)用的前提；②構(gòu)建智能型納米載體，能夠在特定條件刺激下釋放藥物，從而減少藥物進(jìn)入細(xì)胞核之前的泄漏，同時提升藥物在細(xì)胞核內(nèi)釋放效率；③在載體表面修飾 NLS 是目前實現(xiàn)納米載體細(xì)胞核靶向功能的重要策略，但還需進(jìn)一步研究攜帶 NLS 納米載體與核孔復(fù)合體之間的相互作用機(jī)制，這有利于提升納米載體從細(xì)胞質(zhì)內(nèi)進(jìn)入細(xì)胞核的效率；④有些細(xì)胞核靶向納米載體具有很好的核靶向性，但藥物在細(xì)胞核中釋放不夠高效，因此需要建立并完善納米載體細(xì)胞核靶向效率的評價機(jī)制。綜上所述，發(fā)展和優(yōu)化細(xì)胞核靶向納米藥物遞送系統(tǒng)以提高腫瘤化療效果仍是今后納米藥物載體研究的重要方向。

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中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項資金（2572017PZ09）

于濤，Email：yutao@nefu.edu.cn

2019-08-27

10.3969/j.issn.1673-713X.2020.01.011