納米技術(shù)在惡性腫瘤治療中的應(yīng)用進(jìn)展

趙文萃，趙慶蘭，梁玲玲

中國(guó)人民解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第九六四醫(yī)院藥劑科，長(zhǎng)春 130061

惡性腫瘤的治療一直是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域竭力攻克的難題，雖然近年來(lái)其治療取得了一定的進(jìn)展，但療效仍不盡如人意。目前認(rèn)為，可自我更新、不斷分化、刺激腫瘤生長(zhǎng)的腫瘤干細(xì)胞是導(dǎo)致惡性腫瘤難以根治的一個(gè)重要因素。常規(guī)手術(shù)切除、放療、化療等方法雖然可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，抑制腫瘤生長(zhǎng)，但對(duì)腫瘤干細(xì)胞的殺滅效果不理想。腫瘤干細(xì)胞多位于腫瘤內(nèi)部，且往往處于細(xì)胞分裂的靜止期，耐藥性較強(qiáng)。因此，臨床治療惡性腫瘤的關(guān)鍵是采取積極措施抑制腫瘤干細(xì)胞的生長(zhǎng)。納米技術(shù)是多種基礎(chǔ)理論、專業(yè)工程理論、當(dāng)代高新技術(shù)的結(jié)晶，屬于跨學(xué)科的邊緣科學(xué)技術(shù)。目前，隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外專家對(duì)惡性腫瘤的防治研究逐漸從細(xì)胞水平發(fā)展至分子、原子水平。特別是經(jīng)納米技術(shù)制備的納米藥物、基因載體，在靶向性藥物治療、基因治療中發(fā)揮著重要作用，對(duì)腫瘤組織具有較強(qiáng)的靶向性，且可高選擇性地到達(dá)腫瘤細(xì)胞，對(duì)腫瘤細(xì)胞內(nèi)外小分子或基因產(chǎn)生作用，抗腫瘤效果理想。本文就納米技術(shù)在惡性腫瘤治療中的應(yīng)用進(jìn)展作一綜述。

1 納米技術(shù)在惡性腫瘤常規(guī)治療中的應(yīng)用

惡性腫瘤的常規(guī)治療方法包括手術(shù)、放療、化療，可挽救患者生命，提高患者的生存率。但手術(shù)創(chuàng)傷大，術(shù)后轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)較高；化療、放療的選擇性較差，可導(dǎo)致正常細(xì)胞出現(xiàn)損傷，不良反應(yīng)較多。近年來(lái)，臨床中越來(lái)越多地關(guān)注惡性腫瘤常規(guī)治療中具有靶向性、緩釋性特點(diǎn)的納米技術(shù)的應(yīng)用，且以納米藥物為主。納米藥物主要是采用納米技術(shù)制造的、粒徑為1～1000 nm的藥物及作為載體的納米粒，兩者均具有一定的靶向性，可為惡性腫瘤的治療提供新的選擇。具體來(lái)說(shuō)，納米藥物實(shí)現(xiàn)靶向性的原理與其生物學(xué)特征有關(guān)，可實(shí)現(xiàn)組織靶向、細(xì)胞靶向甚至分子靶向的藥物特異性遞送模式，納米藥物進(jìn)入血液循環(huán)后，大多數(shù)被巨噬細(xì)胞吞噬，使藥物富集于肺、肝、淋巴結(jié)、骨髓等器官，這些器官為納米藥物的天然靶器官，因此臨床多根據(jù)納米藥物的這一特點(diǎn)治療轉(zhuǎn)移性腫瘤[1]。納米?？蓪?duì)親水性或疏水性藥物進(jìn)行溶解或包裹，具有靶向、緩釋、增強(qiáng)療效、降低毒性等特點(diǎn)。將一些難溶性藥物制作成納米粒，可促使藥效增加，延長(zhǎng)藥物在體內(nèi)的循環(huán)時(shí)間。Luo等[2]合成、表征了一種基于葉酸-聚乙二醇-二硫化-聚醚酰亞胺聚合物包裹的超順磁性氧化鐵納米粒基因遞送系統(tǒng)，并順利將程序性死亡受體1（programmed cell death 1，PDCD1，也稱 PD-1）-干擾小RNA（small interfering RNA，siRNA）遞送至特定的胃癌組織，其抑癌作用較為理想。吳兆勇等[3]在前列腺癌的治療中，應(yīng)用基于二硫鍵交聯(lián)合成的精氨酸-組氨酸（HRss）陽(yáng)離子聚合物構(gòu)建了新型納米復(fù)合物 HRss/微小 RNA（microRNA，miRNA）-15a，發(fā)現(xiàn)其轉(zhuǎn)染效率較HRss1/miRNA-15a和HRss3/miRNA-15a更高，對(duì)前列腺癌干細(xì)胞運(yùn)動(dòng)能力的影響更大。納米藥物緩釋性的原理是納米藥物進(jìn)入血液循環(huán)后被吞噬細(xì)胞吞噬，經(jīng)溶酶體作用，降解載體，緩釋入血，可增加血藥濃度，延長(zhǎng)血藥濃度的維持時(shí)間。納米藥物緩釋治療可延長(zhǎng)藥物在惡性腫瘤內(nèi)的存留時(shí)間，抑制腫瘤生長(zhǎng)。此外，惡性腫瘤組織的血管具有較大的通透性，故靜脈途徑給予納米藥物可實(shí)現(xiàn)腫瘤內(nèi)有效輸送，增強(qiáng)療效，且能控制給藥劑量，減少不良反應(yīng)的發(fā)生。目前，臨床常用的納米粒子緩釋抗腫瘤藥物包括半乳糖化多柔比星白蛋白納米粒子、5-氟尿嘧啶聚乳酸載藥納米粒子、三氧化二砷白蛋白納米粒子等[4]。

目前認(rèn)為，惡性腫瘤較難根治的主要原因是腫瘤組織由異質(zhì)性細(xì)胞群體組成，其中除可快速增殖的腫瘤細(xì)胞外，還存在少量的腫瘤干細(xì)胞。既往常規(guī)手術(shù)切除、放化療雖然可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，促使腫瘤細(xì)胞數(shù)量減少，但較難完全殺滅處于腫瘤內(nèi)部的腫瘤干細(xì)胞，而腫瘤干細(xì)胞可自我更新、增殖、分化，刺激腫瘤生長(zhǎng)。腫瘤細(xì)胞、腫瘤干細(xì)胞的殺滅機(jī)制存在差異，前者包括破壞腫瘤組織血管、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡等，后者包括逆轉(zhuǎn)多藥耐藥以提升藥物敏感性、逆轉(zhuǎn)腫瘤干細(xì)胞高表達(dá)抗凋亡基因以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、抑制DNA修復(fù)等。而納米藥物可通過(guò)改變腫瘤部位環(huán)境，利用實(shí)體瘤的高通透性、滯留效應(yīng)聚集于腫瘤部位，控制藥物在腫瘤部位釋放，促使腫瘤部位的藥物含量升高，且可增強(qiáng)生理?xiàng)l件下疏水性藥物的溶解性和穩(wěn)定性，延長(zhǎng)藥物作用的持續(xù)時(shí)間，特異性殺滅腫瘤干細(xì)胞[5]。其作用表現(xiàn)為：①納米藥物可增強(qiáng)傳統(tǒng)藥物殺滅腫瘤干細(xì)胞的效能，臨床可通過(guò)合理構(gòu)建的納米藥物傳送系統(tǒng)，負(fù)載傳統(tǒng)化療藥物，殺滅腫瘤干細(xì)胞。以化療藥物紫杉醇為例，負(fù)載紫杉醇的納米粒子可提高紫杉醇對(duì)腫瘤干細(xì)胞的抑制作用。Shabani Ravari等[6]制作了多烯紫杉醇靶向載藥納米粒子，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相較于單獨(dú)應(yīng)用多烯紫杉醇，應(yīng)用多烯紫杉醇靶向載藥納米粒子可有效降低4T1、MCF7細(xì)胞的半數(shù)抑制濃度（50%inhibitory concentration，IC50）；治療期間采用共焦顯微鏡進(jìn)行觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞對(duì)多烯紫杉醇靶向載藥納米粒子的攝取能力顯著提升。Choi等[7]在負(fù)載紫杉醇的聚乳酸納米粒子表面連接葉酸，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其可增強(qiáng)紫杉醇對(duì)卵巢癌干細(xì)胞的殺傷作用，提高抑瘤作用。超順磁性氧化鐵納米顆粒為直徑達(dá)到單疇這一臨界值的單疇晶體顆粒，具有良好的表面修飾性，可結(jié)合靶向配體，發(fā)揮腫瘤靶向性。Bakhtiary等[8]研究認(rèn)為，超順磁性氧化鐵納米顆?？蓪?shí)現(xiàn)精準(zhǔn)靶向治療，輔助惡性腫瘤的早期診斷，且能夠提高放療、化療等常規(guī)治療對(duì)腫瘤組織的殺傷效應(yīng)。②納米載體負(fù)載雙藥可通過(guò)不同的作用機(jī)制發(fā)揮協(xié)同作用，抑制腫瘤細(xì)胞和腫瘤干細(xì)胞的生長(zhǎng)，改善惡性腫瘤的治療效果。以鹽霉素為例，該藥是一種羧酸聚醚類抗生素，可抑制腫瘤干細(xì)胞的生長(zhǎng)，但也具有水溶性較差的弊端。將表面修飾聚乙二醇的聚乳酸納米粒子分別負(fù)載鹽霉素、多烯紫杉醇后，可形成兩種載藥量高、藥物可持續(xù)釋放的納米粒子。Li等[9]研究發(fā)現(xiàn)上述兩種納米粒子聯(lián)用可提高對(duì)胃癌細(xì)胞和胃癌干細(xì)胞的殺傷作用，與單一應(yīng)用納米粒子或鹽霉素、多烯紫杉醇雙藥治療相比，兩種納米粒子聯(lián)用能夠獲得更為顯著的抑瘤效果，可達(dá)到治療惡性腫瘤的目的。Gong等[10]制備了分別負(fù)載鹽霉素、多柔比星、鹽霉素和多柔比星的納米脂質(zhì)體，發(fā)現(xiàn)兩種藥物脂質(zhì)體聯(lián)合應(yīng)用，對(duì)肺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)具有較好的抑制作用。

2 納米技術(shù)在惡性腫瘤熱療中的應(yīng)用

熱療主要是通過(guò)加熱改變腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)的溫度、環(huán)境，促使細(xì)胞變形、壞死，達(dá)到治療的目的。腫瘤細(xì)胞對(duì)高熱敏感，與正常組織相比，腫瘤組織散熱慢，多數(shù)腫瘤細(xì)胞致死溫度的臨界點(diǎn)為42.5～43.0℃，在該溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱療，可促使細(xì)胞膜通透性增加，便于納米粒子進(jìn)入腫瘤細(xì)胞，提升細(xì)胞內(nèi)藥物的聚集率，且能對(duì)抗腫瘤藥物所致腫瘤細(xì)胞DNA雙鏈損傷的修復(fù)進(jìn)行調(diào)控，促使化療藥物充分發(fā)揮藥效。光熱治療法是一種經(jīng)納米粒子介導(dǎo)的腫瘤治療方法，以近紅外激光為外界能量源，可在人體內(nèi)轉(zhuǎn)換為熱能，提高腫瘤部位的溫度，有效殺滅腫瘤細(xì)胞。多壁碳納米管的導(dǎo)熱性能良好，且可吸收電磁輻射[11]。Behnam等[12]認(rèn)為多壁碳納米管介導(dǎo)的光熱治療法可促使腫瘤干細(xì)胞失去長(zhǎng)期增殖的能力，具有較顯著的抑瘤效果，且生物安全性良好。還有研究發(fā)現(xiàn)，在單壁碳納米管表面連接CD133單克隆抗體形成的納米管，能夠主動(dòng)靶向惡性膠質(zhì)瘤干細(xì)胞[13]。

磁性納米顆?？稍诮蛔兇艌?chǎng)作用下實(shí)現(xiàn)靶向釋藥，順磁性或超順磁性納米鐵氧體顆粒還能夠產(chǎn)熱，提升腫瘤細(xì)胞溫度至40～45℃，經(jīng)高熱殺滅腫瘤細(xì)胞。張李鈺等[14]利用生物素和鏈霉親和素的親和作用，將上皮細(xì)胞黏附分子核酸適配體SYL3C與鐵磁納米顆粒連接，形成核酸適配體-鐵納米粒復(fù)合物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在交變電磁場(chǎng)的作用下，核酸適配體-鐵納米粒復(fù)合物對(duì)上皮細(xì)胞黏附分子陽(yáng)性的腫瘤細(xì)胞具有較強(qiáng)的熱殺傷效應(yīng)。目前，納米技術(shù)與熱療相結(jié)合的新方法——磁流體熱療也開(kāi)始越來(lái)越多地引起關(guān)注。Hensley等[15]研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞吸收納米磁粒的能力較正常細(xì)胞高8～400倍，且含納米磁粒的腫瘤細(xì)胞分裂時(shí)仍含納米磁粒，此種含納米磁粒的腫瘤細(xì)胞易受磁流體熱療的殺傷作用，經(jīng)磁流體熱療可有效地進(jìn)行靶向定位升溫，效果更穩(wěn)定。目前，磁流體熱療與其他治療方法聯(lián)合應(yīng)用已成為研究熱點(diǎn)。陳剛等[16]制備了包裹磁性納米粒子（Fe3O4）、抗腫瘤藥物（吉西他濱）的磁性白蛋白納米球，將納米球中的Fe3O4置于交變磁場(chǎng)，顯示磁響應(yīng)性良好，且吉西他濱/Fe3O4白蛋白納米球聯(lián)合交變磁場(chǎng)熱療對(duì)肝癌細(xì)胞株SMMC 7721的抑制作用更顯著，抗腫瘤作用增強(qiáng)，這對(duì)探尋更好的肝癌治療方法具有重要意義。

3 納米技術(shù)在惡性腫瘤基因治療中的應(yīng)用

惡性腫瘤的臨床治療中基因治療也發(fā)揮著重要作用，其原理是經(jīng)基因轉(zhuǎn)染技術(shù)，在靶細(xì)胞內(nèi)導(dǎo)入正?；蚧蚓哂兄委熥饔玫幕?，以發(fā)揮治療效果。近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)在惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中，基因改變發(fā)揮著重要作用[17]。腫瘤細(xì)胞特別是腫瘤干細(xì)胞內(nèi)siRNA、miRNA表達(dá)異常可降低細(xì)胞的自我更新和增殖能力。因此，臨床推薦將siRNA、miRNA作為殺滅腫瘤干細(xì)胞的工具。此外，腫瘤抑制基因也可通過(guò)調(diào)節(jié)特定酶的表達(dá)水平，抑制腫瘤細(xì)胞、腫瘤干細(xì)胞的增殖。但核苷酸類藥物也存在不足之處，如核內(nèi)釋放量少、易被核酸酶降解、組織特異性低等。因此，需采取積極的措施，探尋有效的載體，導(dǎo)入核苷酸類藥物，以改善基因治療的效果。脂質(zhì)體具有載藥量大、無(wú)毒、類型多、生物相容性高、炎癥反應(yīng)少等特點(diǎn)，脂質(zhì)體納米粒子可負(fù)載多種核甘酸類藥物，以達(dá)到治療惡性腫瘤的目的。乳腺癌干細(xì)胞中miRNA-200c的表達(dá)顯著下調(diào)，而提高miRNA-200c的表達(dá)水平后可在一定程度上提升靶向微管藥物的敏感度[18-19]。Liu等[20]基于該問(wèn)題制作了一種固體脂質(zhì)納米粒子，可促進(jìn)miRNA-200c表達(dá)上調(diào)，殺滅腫瘤干細(xì)胞。Jang等[21]研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-34a可以抑制腫瘤干細(xì)胞表面標(biāo)志物CD44的表達(dá)，并進(jìn)一步抑制腫瘤干細(xì)胞的分化、轉(zhuǎn)移；在此基礎(chǔ)上制作一種負(fù)載miRNA-34a的固體脂質(zhì)納米粒子，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該納米粒子可增加細(xì)胞對(duì)miRNA的攝取，清除胃癌干細(xì)胞。此外，納米控釋系統(tǒng)作為核苷酸載體，具有靶向輸送核苷酸、防止核苷酸降解、幫助核苷酸轉(zhuǎn)染細(xì)胞、準(zhǔn)確定位等作用，可改善惡性腫瘤的基因治療效果。Eniyan等[22]基于分支桿菌phlei DNA易被核酸酶降解的特點(diǎn)，利用分支桿菌，制作聚氨基葡萄糖分支桿菌phlei DNA納米粒子，發(fā)現(xiàn)聚氨基葡萄糖分支桿菌phlei DNA納米粒子可控制核酸酶對(duì)DNA的降解，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡。此外，近年來(lái)臨床對(duì)復(fù)合型基因載體的重視度也越來(lái)越高，部分研究取得了一定進(jìn)展。例如Chen等[23]制作介孔二氧化硅納米粒子，發(fā)現(xiàn)該納米粒子進(jìn)入細(xì)胞后，可被腫瘤細(xì)胞內(nèi)含量較多的谷胱甘肽刺激，促進(jìn)藥物釋放，發(fā)揮抑瘤作用，控制腫瘤復(fù)發(fā)。

4 問(wèn)題與展望

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外高度重視采用納米技術(shù)靶向腫瘤干細(xì)胞治療惡性腫瘤，且取得了較多的研究成果。值得注意的是，雖然納米技術(shù)在惡性腫瘤的臨床治療中具有廣闊的應(yīng)用前景，但也存在一些難以忽視的問(wèn)題：①納米粒子與細(xì)胞表面靶向分子的結(jié)合效率及進(jìn)入生理環(huán)境后的穩(wěn)定性仍未具體明確；②納米藥物靶向腫瘤干細(xì)胞時(shí)，腫瘤干細(xì)胞、正常干細(xì)胞共享較多的信號(hào)通路，故治療期間可能損傷正常細(xì)胞；③針對(duì)納米技術(shù)在惡性腫瘤臨床治療中不良反應(yīng)的問(wèn)題有待研究。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，水溶性富勒烯分子可透過(guò)血腦屏障，導(dǎo)致黑鱸魚大腦損傷[24]。其他納米粒子也具有潛在的危險(xiǎn)，如樹(shù)突狀納米材料可能導(dǎo)致滲透性破壞，嚴(yán)重者甚至引發(fā)細(xì)胞膜破裂[25]。納米材料的毒理學(xué)及生物效應(yīng)研究顯示，一旦其粒徑減小到一定程度，可導(dǎo)致本來(lái)無(wú)毒性或毒性相對(duì)較小的材料表現(xiàn)出毒性或毒性增加[26]。納米技術(shù)還可引發(fā)機(jī)體內(nèi)噬菌細(xì)胞過(guò)載，降低免疫力，且因表面積極大，易吸附組織或體液中的酶及其他蛋白質(zhì)等大分子，干擾生物學(xué)反應(yīng)過(guò)程[27]。因此，在采用納米技術(shù)對(duì)惡性腫瘤進(jìn)行治療時(shí)，需加強(qiáng)其人體毒理學(xué)研究，而這是目前世界范圍內(nèi)納米技術(shù)研究領(lǐng)域所忽視欠缺的。此外，目前大多數(shù)納米技術(shù)的應(yīng)用尚處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、臨床前試驗(yàn)階段，少數(shù)藥物進(jìn)入惡性腫瘤治療的Ⅰ期和Ⅱ期臨床試驗(yàn)。但筆者可以預(yù)見(jiàn)，今后隨著臨床研究的不斷深入以及納米技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，必將更深層次了解其作用機(jī)制、毒理學(xué)特點(diǎn)等，并與其他治療方法共同發(fā)揮作用，以提升惡性腫瘤的治療效果，減少相關(guān)不良反應(yīng)的發(fā)生，改善患者預(yù)后。