具有抑炎能力的新型鉑(IV)抗腫瘤藥物研究進(jìn)展

李作杰 陳 延 王慶鵬 李大成 王正平 韓 軍

(1.聊城大學(xué) 生物制藥研究院，山東 聊城 252059；2.聊城大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院、山東省化學(xué)儲(chǔ)能與新型電池技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 聊城 252059)

0 引言

癌癥是威脅人類生命的重要疾病之一，腫瘤治療是人類面臨的巨大挑戰(zhàn)[1,2].目前，腫瘤治療主要采用手術(shù)、化療及放療三種手段.化療療效顯著，具有高效廣譜的特點(diǎn)，廣泛用于多種癌癥特別是晚期癌癥的治療[3,4].鉑類藥物是最主要的化療藥物之一，占據(jù)重要市場份額，以其為主藥或參與配伍的治療方案占化療總方案的50%以上.然而，其腫瘤靶向性差、毒副作用強(qiáng)等缺陷，嚴(yán)重影響了其臨床療效[5,6].因此，對鉑類藥物的開發(fā)是新型化療抗腫瘤藥物研究的重要領(lǐng)域.

鉑(IV)作為鉑(Ⅱ)類藥物前藥，是新型鉑類藥物研發(fā)的熱點(diǎn).與鉑(Ⅱ)類藥物相比，鉑(IV)不僅保留了鉑(Ⅱ)類藥物廣譜高效的特點(diǎn)，同時(shí)具有穩(wěn)定性高、毒性低、易于結(jié)構(gòu)修飾等優(yōu)點(diǎn).因此對鉑(IV)類藥物的修飾成為熱門的研究領(lǐng)域[7-9]，在其軸向配體中引入不同功能基團(tuán)是開發(fā)多功能鉑(IV)類藥物的有效策略.

腫瘤與非感染性炎癥的關(guān)系，是學(xué)術(shù)界研討的熱門課題.炎癥是腫瘤的十大特征之一，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及惡化的過程中發(fā)揮重要作用.在化療過程中控制腫瘤相關(guān)炎癥對于控制腫瘤病程及治愈具有積極作用.鑒于此，作者基于在四價(jià)鉑領(lǐng)域的工作基礎(chǔ)[10,11]，參考國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，系統(tǒng)地綜述了具有炎癥抑制能力的四價(jià)鉑類藥物的研究進(jìn)展.相關(guān)工作主要分為兩方面：(1) 具有抑炎能力的小分子鉑(IV)藥物；(2) 基于藥物遞送系統(tǒng)的抑炎鉑(IV)藥物.期望該綜述能夠?yàn)樾滦豌K類藥物的設(shè)計(jì)研發(fā)提供借鑒與思路.

1 具有抑炎能力的小分子鉑(IV)藥物

鉑(IV)具有d2sp3六配位八面體構(gòu)型，穩(wěn)定性優(yōu)于四配位的平面鉑(Ⅱ)，能有效避免血液循環(huán)過程中含硫蛋白的絡(luò)合毒化，從而具有較高的生物利用度及較低毒性[12-14].鉑(IV)類藥物經(jīng)過還原釋放的鉑(Ⅱ)片段發(fā)揮抗腫瘤能力，該過程在相對酸性及還原性的腫瘤微環(huán)境中更易發(fā)生，因此鉑(IV)類藥物具有較好的腫瘤選擇性[15].此外，鉑(IV)結(jié)構(gòu)中兩個(gè)軸向配體易于結(jié)構(gòu)修飾，在其結(jié)構(gòu)中引入具有不同生物活性的功能基團(tuán)是開發(fā)多功能新型鉑(IV)類抗腫瘤藥物的有效策略.鑒于此，大量工作將具有炎癥抑制能力的結(jié)構(gòu)片段與鉑(IV)偶聯(lián)，制備了具有炎癥抑制能力的鉑(IV)小分子化合物.

1.1 非甾體抗炎藥偶聯(lián)鉑(IV)藥物的研究

非甾體抗炎藥(Nonsteroidal antiinflammatory drugs，NSAIDs)包括阿司匹林、對乙酰氨基酚、吲哚美辛、萘普生、萘普酮、雙氯芬酸、布洛芬、尼美舒利、羅非昔布、塞來昔布等，是全球范圍內(nèi)處方量最大的一類藥物.NSAIDs主要通過抑制環(huán)氧化酶(Cyclooxygenase，COX)，進(jìn)而抑制前列腺素合成，發(fā)揮抗炎作用[16].已有大量研究工作表明，NSAIDs具有抗腫瘤活性[17]，能有效抑制多種腫瘤細(xì)胞(如乳腺癌、肺癌、胃癌、膀胱癌等)增殖.鑒于此，大量工作致力于在四價(jià)鉑軸向配體中引入NSAIDs，期望在腫瘤治療過程中有效抑制腫瘤相關(guān)炎癥反應(yīng)，從而發(fā)現(xiàn)藥效高、毒副作用低的新型鉑(IV)類目標(biāo)化合物.

阿司匹林是經(jīng)典的NSAIDs，從發(fā)現(xiàn)至今已沿用百年[18].大量研究發(fā)現(xiàn)，阿司匹林能顯著降低腫瘤發(fā)生率、延緩惡性腫瘤病程、減少腫瘤遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，降低腫瘤死亡率[19,20].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)劉揚(yáng)中教授及佐治亞大學(xué)S. Dhar教授課題組分別將阿司匹林引入鉑(IV)制備了化合物1-Asplatin(圖1)，并對其抗腫瘤活性、毒性及作用機(jī)制進(jìn)行了深入研究.該化合物抗腫瘤活性顯著，其體外細(xì)胞毒性高達(dá)順鉑10倍以上，且有效克服順鉑耐藥性，耐藥細(xì)胞株A549R對其耐藥因子為1.11，顯著低于順鉑(5.38)[21,22].阿司匹林基團(tuán)的引入提高了鉑類藥物在腫瘤細(xì)胞及DNA中的富集水平，顯著高于參考藥物順鉑.抗腫瘤機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，化合物1抑制COX-1及COX-2的活性，同時(shí)刺激巨噬細(xì)胞上調(diào)白介素10(IL-10)、下調(diào)白介素6(IL-6)和腫瘤壞死因子α(TNF-α)，抑制NO產(chǎn)生，從而有效抑制腫瘤相關(guān)炎癥反應(yīng)[23,24].并且在降低耳毒性方面也表現(xiàn)出優(yōu)良的活性，具有進(jìn)一步研究的價(jià)值.

芳基丙酸類是一種重要的NSAIDs藥物[25,26].布洛芬四價(jià)鉑衍生物2a-b(圖1)顯示出顯著的腫瘤抑制活性，尤其是具有順鉑母核的化合物2a對結(jié)腸癌細(xì)胞HCT116及乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-231的半抑制濃度達(dá)納摩爾[27].含有萘普生及酮洛芬鉑(IV)結(jié)構(gòu)的化合物3和4(圖1)[28]表現(xiàn)出獨(dú)特的抗腫瘤活性，萘普生化合物3對乳腺腫瘤細(xì)胞MCF-7和MDA-MB-231的體外細(xì)胞毒性分別是順鉑的3和13倍.酮洛芬衍生物4(圖1)對化療耐藥惡性胸膜間皮瘤(MPM)細(xì)胞的抑制活性較順鉑提高近10倍，其活性與親脂性增強(qiáng)直接相關(guān).有趣的是，該研究表明化合物3和4的腫瘤抑制能力與COX抑制無直接相關(guān)性，而是通過NSAIDs片段激活非甾體類抗炎藥活化基因NAG-1(轉(zhuǎn)化生長因子β超家族成員)進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡[29]，與鉑(IV)片段協(xié)同發(fā)揮抗腫瘤作用.類似結(jié)果也出現(xiàn)在吲哚美辛鉑(IV)化合物5a-b中，吲哚美辛具有強(qiáng)于布洛芬的顯著COX抑制能力，然而在COX高表達(dá)的乳腺癌細(xì)胞中富集水平并未有顯著提高，活性低于布洛芬衍生物2a-b.因此，NSAIDs偶聯(lián)的鉑(IV)藥物除了能夠通過COX抑制相關(guān)途徑，還有其他多種潛在作用機(jī)制引起腫瘤細(xì)胞凋亡.

腫瘤遷移是腫瘤惡化并導(dǎo)致患者死亡的主要原因之一[30,31].腫瘤浸潤和遷移的發(fā)生與上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化因子(EMT)密切相關(guān)[32]，其激活將釋放基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)，從而降解修飾細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)，促進(jìn)上層細(xì)胞從周圍組織中脫離.基于NSAIDs依托度酸和卡洛芬設(shè)計(jì)的鉑(IV)化合物6和7(圖2)[33]具有抑制EMT的能力，進(jìn)而有效抑制腫瘤轉(zhuǎn)移和浸潤.該類化合物在腫瘤細(xì)胞中富集水平高于正常細(xì)胞，并對腫瘤細(xì)胞具有高活性，能夠很大程度上克服順鉑耐藥性，具有進(jìn)一步深入研究與開發(fā)的巨大潛力.

1.2 黃酮偶聯(lián)鉑(IV)類藥物的研究

黃酮類化合物(flavonoids)是一類具有2-苯基色原酮結(jié)構(gòu)的化合物[34]，廣泛存在于中草藥中，具有抗菌、抗病毒、抗腫瘤、抗氧化自由基等多種生物活性，在抗炎方面具有獨(dú)特優(yōu)勢[35,36].

漢黃芩素是從中藥中提取的有效成分[37]，具有強(qiáng)COX抑制能力，抗炎能力顯著，同時(shí)對多種腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)出抑制活性，且對正常細(xì)胞組織的毒副作用較低，是處于I期臨床的一類聯(lián)合抗腫瘤藥物.以漢黃芩素作為軸向配體具有不同母核結(jié)構(gòu)的四價(jià)鉑化合物8(圖3)表現(xiàn)出優(yōu)良的抗腫瘤活性[38,39].生理?xiàng)l件下，化合物具有鉑類藥物的DNA毒性，同時(shí)也表現(xiàn)了漢黃芩素對COX的抑制能力.它是通過引起ROS的積累降低線粒體膜電位，激活P53通路，將細(xì)胞周期阻滯在S期，誘導(dǎo)凋亡.化合物8d-e(圖3)能抑制CK2介導(dǎo)的NF-κB信號(hào)通路，增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞對鉑類藥物的敏感性，有效克服鉑類藥物的耐藥性.在腫瘤荷瘤小鼠模型實(shí)驗(yàn)中，化合物8d活性優(yōu)于參考藥物順鉑，且具有毒性低的優(yōu)勢，是極具開發(fā)潛力的化合物.炎癥因子靶向片段與四價(jià)鉑的結(jié)合產(chǎn)物具有DNA及炎癥因子雙重作用機(jī)制，兩種機(jī)制發(fā)揮較好的協(xié)同抗腫瘤效果，具有高效低毒的特點(diǎn)，值得進(jìn)一步深入研究與開發(fā).

香豆素(Coumarin)存在于黑香豆、香蛇鞭菊、野香莢蘭、蘭花等多種植物中，具有開發(fā)為COX抑制新型非甾體類抗炎藥的潛力.將4-羥基和7-羥基香豆素衍生物與鉑(IV)結(jié)構(gòu)鍵連制備的化合物9-11(圖4)表現(xiàn)出優(yōu)異的抗腫瘤活性[40,41].4-羥基香豆素鉑(IV)化合物對測試的細(xì)胞系具有中等至高效的抗腫瘤活性，高活性化合物9和10的體外抗腫瘤與參考藥物活性相當(dāng).機(jī)制研究表明目標(biāo)化合物易被還原釋放二價(jià)鉑，并對腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生DNA毒性.同時(shí)，香豆素基團(tuán)賦予其環(huán)氧化酶(COX)抑制能力，抑制腫瘤相關(guān)炎癥.兩種機(jī)制協(xié)同發(fā)揮抗腫瘤作用.此外，香豆素鉑(IV)復(fù)合物可通過上調(diào)caspase3和caspase9的表達(dá)，誘導(dǎo)SKOV-3細(xì)胞凋亡.7-羥基香豆素引入鉑(IV)類化合物同樣具有DNA損傷和COX抑制雙重抗腫瘤能力，腫瘤抑制活性顯著，篩選得到的高活性目標(biāo)化合物11，在腫瘤細(xì)胞中的聚集能力優(yōu)于二價(jià)鉑，在克服鉑(Ⅱ)藥物耐藥性方面表現(xiàn)出巨大潛力.

1.3 多肽鉑(IV)類藥物的研究

甲酰肽受體FPR1/2促進(jìn)炎癥因子生成，增強(qiáng)炎癥免疫反應(yīng)，與腫瘤、免疫反應(yīng)、炎癥有關(guān)，在免疫細(xì)胞及遷移性腫瘤細(xì)胞表面高表達(dá)，是腫瘤治療的潛在靶標(biāo).FPR1/2靶向肽可以靶向腫瘤細(xì)胞，同時(shí)刺激細(xì)胞產(chǎn)生免疫自噬反應(yīng).以具有FPR1/2靶向能力的多肽Annexin1(2-12)，Annexin1(2-26)，WKYMVm(m: D-Met)，fMLFK(f: formyl)為軸向配體設(shè)計(jì)合成化合物12(圖5)[42].對FPR1/2高表達(dá)的細(xì)胞株MCF-7、MDA-MB-231、PBMCs和高遷移性細(xì)胞U-87MG的活性研究發(fā)現(xiàn)，除具有fMLFK配體的化合物以外，其它化合物均具有與順鉑相當(dāng)甚至優(yōu)于順鉑的體外活性.炎癥因子TNF-α和IFN-γ是免疫反應(yīng)的兩個(gè)關(guān)鍵介質(zhì).具有WHYMVm和乙?；潴w的化合物12e能夠顯著促進(jìn)PBMCs細(xì)胞中TNF-α和IFN-γ的分泌，引發(fā)細(xì)胞抗炎免疫反應(yīng)，從而與鉑類藥物片段共同引起細(xì)胞凋亡.

2 基于藥物遞送系統(tǒng)的鉑(IV)藥物

納米藥物遞送系統(tǒng)(Nano-DDS)具有緩控釋放、提高靶向能力等諸多優(yōu)點(diǎn)，是新型藥物遞送系統(tǒng)研究的熱點(diǎn).納米?？梢匝娱L藥物在血液中的循環(huán)時(shí)間，促進(jìn)藥物的控釋[43].并且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)顆粒不易透過血管壁，而腫瘤組織中血管豐富、血管壁間隙較寬、結(jié)構(gòu)完整性差，淋巴回流缺失，造成大分子類物質(zhì)和脂質(zhì)顆粒具有選擇性、高通透性和滯留性，納米粒相對于腫瘤細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生一種被動(dòng)靶向作用(也稱EPR效應(yīng)).因此，納米藥物可以進(jìn)一步改善藥物療效和減少毒副作用.

鉑(IV)表現(xiàn)出優(yōu)越的生物活性，克服了鉑(Ⅱ)的多種弊端，這為新型鉑類藥物的開發(fā)提供了新方向并成為研究熱點(diǎn)[7,44].對鉑(IV)類藥物進(jìn)行修飾，利用納米藥物遞送系統(tǒng)進(jìn)行遞送具有重要意義.

2.1 有載體包裹的納米粒的研究

四價(jià)鉑類藥物具有口服特性，目前已有三個(gè)藥物賽特鉑、依鉑、奧馬鉑先后進(jìn)入臨床試驗(yàn).然而，其經(jīng)口服吸收后在血液中穩(wěn)定性較差，因此未表現(xiàn)出令人滿意的抗腫瘤性質(zhì).劉揚(yáng)中教授課題組將阿司匹林及膽固醇與鉑(IV)鍵連，制備了化合物13(圖6)，以生物相容性好的聚乙二醇(PEG)和聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)[45-48]為載體制備了納米藥物SCANs(圖6)[22]，表現(xiàn)出良好的口服抗腫瘤活性及體內(nèi)代謝性質(zhì).該納米顆粒載藥量為10%，包封率達(dá)到90%，在37 °C模擬胃液和腸液中48 h內(nèi)保持穩(wěn)定，顆粒大小無顯著變化.鉑(IV)藥物分子負(fù)載于納米載體的疏水區(qū)域，降解速率顯著減慢.納米顆粒在血液中亦表現(xiàn)了良好緩釋效果，具有優(yōu)良的體內(nèi)藥代動(dòng)力學(xué)活性.納米粒SCANs較高的胃腸道穩(wěn)定性在小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中得到進(jìn)一步證實(shí).荷瘤小鼠模型的抗腫瘤實(shí)驗(yàn)表明，SCANs經(jīng)口服給藥活性與順鉑(尾靜脈注射)相當(dāng)，其口服生物利用度較游離藥物 asplatin(圖1) 提高了4.32倍，毒性低于游離藥物及順鉑，對小鼠體重未產(chǎn)生明顯影響.該研究為新型口服鉑(IV)納米粒的設(shè)計(jì)提供了借鑒與新思路.

2.2 無載體自組裝納米粒的研究

無載體納米粒的研究得到科研工作者們的廣泛關(guān)注.與納米載藥體系相比,無載體納米藥物的制備方法簡單、抗癌效率高、避免了載體帶來的相關(guān)毒性及免疫原性.目前，基于無載體納米載藥體系的癌癥診療藥物研究廣泛，報(bào)道較多.國家納米科學(xué)中心梁興杰教授課題組首次嘗試設(shè)計(jì)了無載體鉑(IV)化合物納米粒.其制備的氟比洛芬鉑(IV)化合物14(圖7)[49]，通過自組裝制備的無載體納米粒具有片狀納米結(jié)構(gòu)，在腫瘤組織的富集水平顯著高于游離藥物，并提高了其體外細(xì)胞毒性和凋亡誘導(dǎo)能力，體外抗腫瘤活性優(yōu)于順鉑、順鉑/氟比洛芬(1/2)混合物，對人結(jié)腸癌細(xì)胞SW480的細(xì)胞毒性是順鉑的80倍以上.該鉑(IV)納米粒進(jìn)入腫瘤組織后被還原釋放的氟比洛芬片段及順鉑發(fā)揮協(xié)同作用，對提高生物活性具有積極意義.此研究是對鉑(IV)前藥的無載體納米藥物遞送系統(tǒng)的首次嘗試，為鉑(IV)納米藥物的研發(fā)提供了新思路.

3 總結(jié)

綜上所述，近年來具有炎癥抑制能力的新型鉑(IV)類藥物的研發(fā)備受關(guān)注，發(fā)展十分迅速，并取得了一系列成果.鉑(IV)軸向配體中引入具有抗炎活性的片段制備的小分子目標(biāo)產(chǎn)物，利于提高生物活性.將納米藥物遞送系統(tǒng)應(yīng)用于抑炎鉑(IV)化合物的體內(nèi)傳輸能夠有效改善藥物代謝性質(zhì)、影響活性，是一個(gè)極具發(fā)展?jié)摿Φ难芯款I(lǐng)域，特別是無載體鉑(IV)納米粒的研究具有深遠(yuǎn)的發(fā)展前景.目前，具有炎癥抑制能力的新型鉑(IV)類藥物面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展方向可能包括3方面： (1) 靶向抗腫瘤藥物是化療藥發(fā)展的重要方向，如何對具有炎癥抑制能力的鉑(IV)類藥物進(jìn)行修飾，并有效提升其腫瘤靶向能力是該類藥物發(fā)展的重要方向.(2) 抗炎活性片段引入鉑(IV)體系，能夠通過抑制COX活性發(fā)揮抗炎能力，與鉑類片段協(xié)同抗癌，活性顯著.然而，該機(jī)制不能適用于所有該類藥物.因此，此類小分子藥物的抗腫瘤機(jī)制值得進(jìn)一步深入探討，有望為新鉑類藥物的開發(fā)提供指導(dǎo).(3) 納米藥物遞送系統(tǒng)發(fā)展極為迅速，將納米藥物遞送新技術(shù)與該類型鉑(IV)藥物的開發(fā)有效融合，是發(fā)展新型高效四價(jià)鉑藥物的有效途徑.我們相信在不久的將來，隨著研究的深入，將開發(fā)出更多毒副作用低、靶向作用強(qiáng)、生物利用度高的抑炎鉑(IV)先導(dǎo)藥物，為人類抗擊癌癥做出卓越貢獻(xiàn).