基于中性粒細(xì)胞的多功能納米載體研究進(jìn)展及應(yīng)用

趙雨萱，張高瑞，于德新

（1.山東大學(xué)齊魯醫(yī)院放射科，山東 濟(jì)南 250012；2.濰坊醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像學(xué)院，山東 濰坊 261000）

炎癥反應(yīng)是機(jī)體應(yīng)對(duì)感染和組織損傷的適應(yīng)性反應(yīng)，以免疫細(xì)胞的募集、血管反應(yīng)和分子介質(zhì)的釋放為特征。炎癥反應(yīng)的目的是當(dāng)機(jī)體受到有害刺激時(shí)，能夠迅速激活免疫系統(tǒng)以消除病原體，清除壞死細(xì)胞和受損組織，并啟動(dòng)組織修復(fù)過程［1］。若炎癥刺激長(zhǎng)期存在或炎癥調(diào)控機(jī)制失控，將導(dǎo)致一系列相關(guān)疾病的發(fā)生，如類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、動(dòng)脈粥樣硬化及癌癥等［2-4］。因此，針對(duì)這些炎癥反應(yīng)進(jìn)行靶向診斷和治療為這些疾病提供了新的希望。

隨著納米醫(yī)療的不斷發(fā)展，基于細(xì)胞的療法逐漸引起了研究人員的關(guān)注，其可模仿參與炎癥反應(yīng)的免疫系統(tǒng)的自然機(jī)制，克服傳統(tǒng)納米顆粒生物相容性低、循環(huán)時(shí)間短和免疫原性差的局限性，為炎癥靶向提供了一個(gè)新的平臺(tái)［5］。中性粒細(xì)胞作為在感染和癌癥發(fā)展過程中募集到炎癥部位的第一類白細(xì)胞，占人體循環(huán)系統(tǒng)的50%～70%，并在腫瘤微環(huán)境內(nèi)大量存在［6］。因此，基于中性粒細(xì)胞的納米載體在炎性疾病和癌癥診療上有廣闊的應(yīng)用前景。

1 中性粒細(xì)胞在炎性疾病和癌癥發(fā)病機(jī)制中的作用

1.1 炎性疾病 在炎癥發(fā)生過程中，血管內(nèi)皮細(xì)胞首先被激活，開始合成選擇素（selectin，SEL）。SEL可以“抓住”血液中快速流動(dòng)的中性粒細(xì)胞，使其沿著血管內(nèi)表面慢速滾動(dòng)并探測(cè)補(bǔ)體片段C5a 和脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）等炎癥信號(hào)，進(jìn)而快速表達(dá)整合素（integrin，INT）。INT 與內(nèi)皮細(xì)胞表面表達(dá)的細(xì)胞間黏附因子（intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1）相互作用，導(dǎo)致中性粒細(xì)胞停止?jié)L動(dòng)，追尋趨化因子的信號(hào)穿過血管內(nèi)皮并遷移到炎癥部位［7］。中性粒細(xì)胞通過血管內(nèi)皮進(jìn)入炎癥組織的過程是先天免疫系統(tǒng)對(duì)抗感染和敗血癥、創(chuàng)傷、缺血再灌注等急慢性炎性疾病的重要防御機(jī)制［8］。因此，靶向中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)的途徑可能是改善炎癥相關(guān)疾病治療現(xiàn)狀的一種有效手段。

1.2 癌癥 在腫瘤進(jìn)展過程中，腫瘤細(xì)胞分泌腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF-α）及白介素（interleukin，IL）-6、8 等細(xì)胞因子和趨化因子，機(jī)體通過募集大量炎癥細(xì)胞誘導(dǎo)腫瘤炎癥性微環(huán)境（tumor microenvironment，TME）的形成，這些炎癥細(xì)胞包括中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、髓樣抑制細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞［9］。其中中性粒細(xì)胞可分化為2 個(gè)亞型，具有抗腫瘤功能的N1 型中性粒細(xì)胞和具有促腫瘤功能的N2 型中性粒細(xì)胞，這些炎癥細(xì)胞均對(duì)循環(huán)系統(tǒng)中中性粒細(xì)胞的持續(xù)募集產(chǎn)生積極影響［10］。因此，基于中性粒細(xì)胞的納米載體為炎癥和癌癥中的診斷和藥物輸送提供了巨大機(jī)會(huì)。

2 基于中性粒細(xì)胞的納米載體

2.1 構(gòu)建方法

2.1.1 材料-細(xì)胞體外整合法 該方法將納米材料-藥物復(fù)合物與嗜中性粒細(xì)胞在體外共同孵育，利用中性粒細(xì)胞的吞噬作用，將納米復(fù)合物吞噬到細(xì)胞中，形成納米-中性粒細(xì)胞復(fù)合物，后注入哺乳動(dòng)物體內(nèi)。Xue 等［11］從小鼠骨髓中分離純化的成熟中性粒細(xì)胞，內(nèi)吞紫杉醇陽離子脂質(zhì)體（PTX-CL）后從血管遷移至腫瘤和炎癥部位。該方法制造簡(jiǎn)便且具有生物相容性，能夠延長(zhǎng)納米顆粒在體內(nèi)的循環(huán)時(shí)間，十分有效。

2.1.2 受體-配體相互作用法 該方法利用中性粒細(xì)胞在炎癥過程中高表達(dá)的受體，如免疫球蛋白Fc部分的受體（FcγRⅢ），設(shè)計(jì)對(duì)該受體具有高親和力的納米顆粒，使其進(jìn)入體內(nèi)后通過受體-配體相互作用結(jié)合活化的中性粒細(xì)胞。Chu 等［12］將制備得到的白蛋白NPs 與急性炎癥過程中中性粒細(xì)胞上高表達(dá)的FcγRⅢ受體特異性結(jié)合，并證明該納米載體能跨血管屏障進(jìn)行藥物遞送。該方法合成的納米顆?？芍苯咏Y(jié)合血液中的白細(xì)胞，但缺點(diǎn)是注入人體的納米材料會(huì)被迅速識(shí)別為異物并被單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng)清除［13］。

2.1.3 膜衍生的細(xì)胞外囊泡或膜包裹納米顆粒法該方法從中性粒細(xì)胞中分離并純化細(xì)胞膜或細(xì)胞外囊泡，然后將其涂覆到納米材料表面。常用的分離方法有密度梯度離心法和氮?dú)饪栈āang 等［14］通過Percoll 梯度離心法分離中性粒細(xì)胞，再經(jīng)一系列離心、超聲等處理制得中性粒細(xì)胞膜包裹的載卡非佐米（Carfilzomib，Cfz）的納米顆粒（NM-NP-CFZ），并證明該納米制劑能選擇性地消耗血液中的四氯化碳，防止腫瘤早期轉(zhuǎn)移。Gao 等［15］利用氮?dú)饪栈谇皇覂?nèi)產(chǎn)生機(jī)械力破壞細(xì)胞膜，破裂的膜自發(fā)形成納米級(jí)別囊泡，隨后將抗感染藥白皮杉醇裝載到納米囊泡中，可顯著減輕脂多糖誘導(dǎo)的急性肺部炎癥和敗血癥。該方法制得的仿生納米材料既保留了納米材料的理化性質(zhì)，又利用膜涂層增強(qiáng)了納米材料的穩(wěn)定性和靶向性。

2.2 影響因素

2.2.1 納米材料的理化特性 ①納米復(fù)合材料的大小和形狀：迄今為止，關(guān)于納米材料的大小、形狀、表面化學(xué)性質(zhì)對(duì)中性粒細(xì)胞攝取的影響尚未取得共識(shí)。但部分證據(jù)表明，中性粒細(xì)胞對(duì)納米顆粒的內(nèi)化具有尺寸依賴性。Bisso 等［16］證明中性粒細(xì)胞對(duì)直徑小于100 nm 的納米顆粒的吸收比對(duì)直徑為200 nm 的顆粒吸收更多；Kelley 等［17］發(fā)現(xiàn)，中性粒細(xì)胞裝載直徑為130 nm 的牛血清白蛋白納米顆?？稍陟o脈注射后30 min 內(nèi)顯像，證明該大小的納米顆?？杀恢行粤＜?xì)胞快速吸收；Naumenko 等［18］證明中性粒細(xì)胞介導(dǎo)的途徑對(duì)立方體形納米顆粒的影響要比對(duì)簇形納米顆粒的影響大。②納米復(fù)合材料的表面化學(xué)性質(zhì)：研究［17］表明，在存在人類血漿的情況下，表面聚乙二醇化的納米顆粒會(huì)被中性粒細(xì)胞優(yōu)先吸收。Irvine 等［19］證明，帶正電荷的納米材料更易被細(xì)胞吸收，但帶正電荷的納米顆粒具有潛在的細(xì)胞毒性；Gasparri 等［20］證明，將IL-12 抗體與標(biāo)記有isoDGR金納米顆粒結(jié)合，可顯著增加中性粒細(xì)胞向腫瘤部位的浸潤(rùn)。因此，在構(gòu)建基于中性粒細(xì)胞的納米載體時(shí)，表面帶正電荷、表面涂層或靶向抗體修飾的納米復(fù)合物可能更易被細(xì)胞吸收。

2.2.2 藥物及納米材料的細(xì)胞毒性及控制釋放 已有研究證明，中性粒細(xì)胞可將載有無毒藥物（如抗感染藥）的納米顆粒輸送至患病部位。Chu 等［12］使用中性粒細(xì)胞遞送負(fù)載抗生素頭孢哌酮酸（Cefo-A）的白蛋白，治療LPS 誘導(dǎo)的急性肺部炎癥及銅綠假單胞菌所致肺部的感染。但紫杉醇和阿霉素等抗癌藥物會(huì)損害中性粒細(xì)胞的功能，即使這些抗癌藥在納米顆粒中受到保護(hù)，也很難控制藥物在細(xì)胞內(nèi)的意外釋放［21］。此外，智能響應(yīng)型納米材料作為藥物載體已受到廣泛關(guān)注，將對(duì)pH 值、氧化還原電位、酶促反應(yīng)、超聲、磁場(chǎng)敏感的納米材料與基于中性粒細(xì)胞的納米體系相結(jié)合，將會(huì)在分子成像和藥物控釋上產(chǎn)生新的應(yīng)用［22］。

3 基于中性粒細(xì)胞的納米載體在不同疾病成像或治療中的應(yīng)用

3.1 炎性疾病的成像或治療 有學(xué)者研究了基于中性粒細(xì)胞的納米載體在疾病中的應(yīng)用。在肺部炎癥中，Wang 等［23］使用Cy5-熒光分子標(biāo)記的白蛋白納米顆粒，在活體顯微鏡下觀察到納米顆粒與活化的中性粒細(xì)胞相互作用，并成功將藥物遞送到黏附于發(fā)炎血管內(nèi)皮上的中性粒細(xì)胞上；在急性胰腺炎中，Zhou 等［24］利用從中藥雷公藤中提取的NF-κB 抑制劑五環(huán)三萜，設(shè)計(jì)了中性粒細(xì)胞膜負(fù)載五環(huán)三萜的乙二醇甲基醚-嵌段-聚乳酸乙醇酸（PEG-PLGA）納米顆粒（NPs/CLT），應(yīng)用熒光成像證明該納米顆?？煽朔绕琳锨抑饕奂谝认僦校诩毙砸认傺椎拇笫竽Ｐ椭酗@著下調(diào)了血清淀粉酶和胰腺髓過氧化物酶水平；在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎中，Zhang 等［25］制備中性粒細(xì)胞膜包裹的納米顆粒（中性粒細(xì)胞-NP），證明該納米顆?？芍泻痛傺仔图?xì)胞因子、靶向軟骨基質(zhì)深處，并對(duì)關(guān)節(jié)損傷提供強(qiáng)有力的軟骨保護(hù)。這些結(jié)果證明基于中性粒細(xì)胞的多功能納米載體為炎性疾病的靶向診斷和治療提供了新的方案。

3.2 癌癥的成像或治療 在腫瘤方面，Wu 等［26］利用MRI 觀察中性粒細(xì)胞吸收載阿霉素的磁性介孔二氧化硅納米顆粒（ND-MMSNs），并追蹤中性粒細(xì)胞在神經(jīng)膠質(zhì)瘤中的遷移和生物效應(yīng)；證明了被中性粒細(xì)胞吞噬的納米顆粒具有較好的藥物裝載效果，不會(huì)影響中性粒細(xì)胞的生存能力，且能顯著提高腫瘤內(nèi)藥物濃度，延遲術(shù)后神經(jīng)膠質(zhì)瘤的復(fù)發(fā)。在肺癌中，Qiu 等［27］利用腫瘤進(jìn)展過程中會(huì)募集免疫細(xì)胞形成炎癥性微環(huán)境這一特性，將成像劑釓（Gd）和熒光染料氟化硼二吡咯（BODIPY）裝載到用5，5'-二硫代雙-（2-硝基苯甲酸）（DTNB）激活的牛血清白蛋白（BSA）納米顆粒中，并使用熒光檢測(cè)和MRI 證明了該活細(xì)胞探針具有更強(qiáng)的腫瘤靶向性和聚集性。在胰腺癌中，Cao 等［28］制備了中性粒細(xì)胞膜包裹PEG-PLGA 納米粒子，并探索了中性粒細(xì)胞膜包裹的NNPs/CLT 在體內(nèi)和體外治療胰腺癌的效果。結(jié)果證明小鼠胰腺導(dǎo)管腺癌細(xì)胞（PANC02）、LPS 刺激的小鼠單核巨噬細(xì)胞白血病細(xì)胞（RAW264.7）和人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVEC）細(xì)胞對(duì)該納米顆粒（NNPs/CLT）的攝取顯著增加且抑制腫瘤生長(zhǎng)的效果十分顯著。由于腫瘤的發(fā)生過程總是伴隨炎癥，受到負(fù)載納米顆粒的中性粒細(xì)胞能夠跨血管內(nèi)皮遷移至炎癥部位的啟發(fā)［29］，通過中性粒細(xì)胞將攜帶對(duì)比劑及藥物的納米顆粒遞送至腫瘤部位是改善當(dāng)前癌癥診療的新方法。

4 結(jié)論與展望

大多數(shù)疾病的發(fā)病機(jī)制與先天性及適應(yīng)性免疫反應(yīng)密不可分，中性粒細(xì)胞在其中扮演著重要角色。與傳統(tǒng)納米診療相比，中性粒細(xì)胞介導(dǎo)的納米診療系統(tǒng)顯著增加了疾病部位的納米顆粒濃聚，可改善炎性疾病和癌癥當(dāng)前的納米療法。但其仍存在一些問題需要解決，如需設(shè)計(jì)具有合適大小、形狀、表面化學(xué)性質(zhì)的納米載體，尋找適合中性粒細(xì)胞納米診療系統(tǒng)攜帶的藥物，以及如何控制納米顆粒在疾病部位的釋放等［30］。此外，納米顆粒和中性粒細(xì)胞易被標(biāo)記，或是與熒光染料、放射性試劑結(jié)合，因此，可使用成像系統(tǒng)在體內(nèi)監(jiān)測(cè)中性粒細(xì)胞-納米顆粒復(fù)合物，同時(shí)由于可靶向疾病部位，中性粒細(xì)胞-納米顆粒復(fù)合物可用于炎癥或腫瘤診斷。目前，分子成像已用于各種疾病的診斷和治療監(jiān)控，包括分子成像探針和藥物的多功能納米材料可實(shí)現(xiàn)中性粒細(xì)胞納米治療過程的可視化［31］。

綜上所述，盡管存在許多挑戰(zhàn)和困難，基于中性粒細(xì)胞的納米診療系統(tǒng)依然具有廣闊的應(yīng)用前景，為疾病的診療一體化提供了新的方向。