天然膜仿生遞藥系統(tǒng)在腫瘤治療中的應(yīng)用進(jìn)展*

田然 王智勇 牛瑞芳

作者單位：天津醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院公共實(shí)驗(yàn)室，國(guó)家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津市“腫瘤防治”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市惡性腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心（天津市300060）

惡性腫瘤嚴(yán)重威脅人類健康，據(jù)統(tǒng)計(jì)全球每年新增確診病例超過(guò)1 800 萬(wàn)[1]。目前，早期癌癥患者的治療通常以手術(shù)切除為主，術(shù)后行輔助化療和放療[2]，中晚期患者一般采用化療、放療和免疫治療等聯(lián)合療法[3-4]。其中，化療作為全身性治療手段，在殺傷癌細(xì)胞的同時(shí)產(chǎn)生不良反應(yīng)，患者長(zhǎng)期應(yīng)用會(huì)引發(fā)耐藥，影響治療效果。因此，開發(fā)與生理微環(huán)境相適應(yīng)、腫瘤亞類型相匹配的藥物遞送載體，實(shí)現(xiàn)藥物在腫瘤部位的靶向遞送，降低不良反應(yīng)，克服常規(guī)治療的局限性，并結(jié)合新型診療手段，是提高腫瘤治療效果的關(guān)鍵。

納米藥物遞送載體在腫瘤治療方面的應(yīng)用研究已經(jīng)相當(dāng)深入，主要是利用高滲透和長(zhǎng)滯留效應(yīng)（enhanced permeability and retention effect，EPR）的被動(dòng)靶向和配體，識(shí)別腫瘤表面抗原所介導(dǎo)的主動(dòng)靶向?qū)崿F(xiàn)藥物載體對(duì)腫瘤組織的高效遞送。研究提示，納米藥物載體及配體作為外源性物質(zhì)進(jìn)入機(jī)體后，會(huì)引發(fā)免疫系統(tǒng)的防御和清除[5-6]，阻礙藥物的長(zhǎng)效遞送。目前，聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）修飾是應(yīng)用于藥物載體體內(nèi)長(zhǎng)循環(huán)遞送最成功的策略，已被美國(guó)食品藥物管理局批準(zhǔn)作為臨床的長(zhǎng)循環(huán)制劑，多種PEG 類修飾藥物已獲批上市，如pegfilgrastim、lipegfilgrastim 等。但在臨床應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，PEG 有加速血液清除的現(xiàn)象，即在第1 次注射后，體內(nèi)逐漸產(chǎn)生能夠識(shí)別PEG 的IgM，在第2 次注射后，PEG 修飾的納米粒會(huì)快速與IgM 相互作用，加速巨噬細(xì)胞對(duì)PEG 的識(shí)別與代謝[7]。

隨著天然仿生技術(shù)的發(fā)展，利用機(jī)體內(nèi)源性細(xì)胞膜（如紅細(xì)胞、免疫細(xì)胞、干細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞和外泌體）對(duì)功能性納米材料進(jìn)行仿生修飾，獲得天然膜仿生遞藥系統(tǒng)，降低人體排異響應(yīng)成為研究熱點(diǎn)。仿生載藥系統(tǒng)有效地將細(xì)胞膜的天然屬性與納米載體的高載藥性能相結(jié)合，具有優(yōu)異的生物相容性，極大程度地降低了免疫原性，有利于躲避巨噬細(xì)胞和網(wǎng)狀內(nèi)皮細(xì)胞的捕獲，從而提高了血液循環(huán)時(shí)間；同時(shí)由于膜結(jié)構(gòu)的包裹，也可以減少遞送過(guò)程中的藥物滲漏，一定程度上降低藥物毒性，提高了治療的有效性[8-11]。本文根據(jù)天然膜的來(lái)源不同，分類介紹仿生遞藥系統(tǒng)在腫瘤治療方面取得的階段性進(jìn)展。

1 紅細(xì)胞膜仿生納米遞藥系統(tǒng)

紅細(xì)胞是血液中含量最多、壽命最長(zhǎng)的細(xì)胞，易于獲得，體循環(huán)時(shí)間為100～120 天；其膜表面高表達(dá)CD47 分子，可減少網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的吞噬；且成熟的紅細(xì)胞遺傳背景簡(jiǎn)單、細(xì)胞內(nèi)容物少，易于實(shí)現(xiàn)膜分離，因此被視為最有開發(fā)前景的天然運(yùn)輸載體之一?；诩t細(xì)胞生物相容性好、免疫原性低、體循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)和易于實(shí)現(xiàn)膜分離等特點(diǎn)，以紅細(xì)胞為膜材料的仿生遞藥載體在腫瘤治療上展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用潛力。

2011年有研究[12]首次完成了紅細(xì)胞膜仿生載體的構(gòu)建，其利用梯度離心法獲得紅細(xì)胞，并通過(guò)低滲溶血法去除血紅蛋白，獲得純凈的紅細(xì)胞膜；利用多孔膜擠壓的方法將完整的紅細(xì)胞膜包裹至納米載體表面，獲得紅細(xì)胞仿生遞藥系統(tǒng)。上述研究結(jié)果表明，該系統(tǒng)兼具了紅細(xì)胞膜的長(zhǎng)循環(huán)性能和納米載體的高載藥能力，紅細(xì)胞仿生載體在血液中的半衰期是PEG 表面修飾載體的2.5 倍。此方法開辟了利用生物膜提高藥物載體生物相容性的新思路。在此基礎(chǔ)上，Xuan等[13]利用紅細(xì)胞膜對(duì)具有診療一體化功能的磁性介孔硅納米載體進(jìn)行修飾，增強(qiáng)了載體的生物相容性，延長(zhǎng)了其在體內(nèi)循環(huán)時(shí)間，由于磁靶向的共同作用，藥物載體在腫瘤部位的滯留時(shí)間延長(zhǎng)了1.5 倍，治療組腫瘤體積縮小60%，該藥物載體對(duì)乳腺癌的實(shí)驗(yàn)性治療效果明顯。Li 等[14]利用紅細(xì)胞膜修飾含硫化銀（Ag2S）的量子點(diǎn)，構(gòu)建了具有超聲相應(yīng)特性的紅細(xì)胞遞藥系統(tǒng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，紅細(xì)胞膜的修飾使治療型聲動(dòng)力載體的半衰期延長(zhǎng)至5.4 h，經(jīng)過(guò)聲動(dòng)力治療后，腫瘤體積縮小75%，小鼠生存期從15 天延長(zhǎng)至40 天，該系統(tǒng)對(duì)結(jié)腸癌有明顯的實(shí)驗(yàn)性治療效果?？傊t細(xì)胞膜仿生遞藥系統(tǒng)開辟了腫瘤藥物遞送的新范疇，用自上而下的制備方法解決了傳統(tǒng)藥物遞送系統(tǒng)所面臨的生物相容性差、表面修飾難的問(wèn)題，這將為臨床藥物轉(zhuǎn)化提供技術(shù)支持。但在進(jìn)一步的發(fā)展和轉(zhuǎn)化中也面臨新的挑戰(zhàn)，如紅細(xì)胞的離體保存，在整個(gè)保存過(guò)程中均需防止污染，及紅細(xì)胞的應(yīng)用要充分考慮血型匹配原則。

2 白細(xì)胞膜仿生納米遞藥系統(tǒng)

腫瘤的發(fā)生過(guò)程可以理解為一種組織炎癥反應(yīng)，腫瘤微環(huán)境中會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)數(shù)量的免疫細(xì)胞，白細(xì)胞就是其中的一類。白細(xì)胞在血液中大量存在，具有識(shí)別外來(lái)細(xì)菌、病毒的能力，參與機(jī)體的特異性免疫應(yīng)答。白細(xì)胞細(xì)分為淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞。其中淋巴細(xì)胞又可以分為NK 細(xì)胞、T 細(xì)胞和B 細(xì)胞。各類白細(xì)胞均對(duì)腫瘤細(xì)胞有免疫應(yīng)答響應(yīng)，因此可以考慮利用二者表面抗原-抗體的相互識(shí)別作用，構(gòu)建白細(xì)胞膜仿生遞藥系統(tǒng)用于抗腫瘤藥物的靶向遞送[15]。

中性粒細(xì)胞表面具有多種受體，對(duì)腫瘤炎癥組織具有趨化作用。Zhang 等[16]構(gòu)建中性粒細(xì)胞仿生遞藥系統(tǒng)，以中性粒細(xì)胞膜作為修飾，同時(shí)負(fù)載葡萄糖氧化酶和氯過(guò)氧化酶。中性粒細(xì)胞膜與腫瘤微環(huán)境中趨化因子和黏附因子相互作用，使得藥物在腫瘤部位富集，葡萄糖氧化酶消耗腫瘤組織的營(yíng)養(yǎng)和氧氣，氯過(guò)氧化酶釋放次氯酸從而殺傷腫瘤，通過(guò)一系列級(jí)聯(lián)反應(yīng)，殺傷腫瘤，緩解腫瘤微環(huán)境中的炎癥反應(yīng)。

巨噬細(xì)胞是非特異性免疫細(xì)胞，對(duì)腫瘤細(xì)胞有吞噬作用，對(duì)腫瘤炎癥微環(huán)境具有趨化特性，可以與腫瘤表面抗原特異性結(jié)合。Xuan 等[17]利用巨噬細(xì)胞膜的這一特性，獲得具有腫瘤靶向性的巨噬細(xì)胞囊泡，將囊泡與負(fù)載光敏劑的金顆粒組裝，使遞藥系統(tǒng)具有腫瘤靶向性、光熱效應(yīng)和近紅外成像能力。該研究結(jié)果表明，巨噬細(xì)胞膜的仿生修飾，降低了藥物載體的體內(nèi)清除速率，延長(zhǎng)體循環(huán)時(shí)間，使藥物在腫瘤部位富集，顯著抑制了腫瘤生長(zhǎng)，提高治療效果。Zhao 等[18]采用巨噬細(xì)胞膜包裹負(fù)載槲皮苷的硒化鉍用于抑制乳腺癌的肺轉(zhuǎn)移。在乳腺癌所分泌的趨化因子招募下，巨噬細(xì)胞仿生載體靶向至腫瘤組織，在近紅外光的照射下，實(shí)現(xiàn)腫瘤局部的光熱治療，同時(shí)槲皮苷抑制了熱休克蛋白的活性，對(duì)光熱治療協(xié)同增效，有效抑制了乳腺癌的肺轉(zhuǎn)移。

NK 細(xì)胞是先天免疫細(xì)胞，對(duì)腫瘤細(xì)胞的識(shí)別是非特異性的，自身分泌TNF-α 等細(xì)胞因子，具有活化T 細(xì)胞、調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)的功能[19]。Deng 等[20]利用蛋白質(zhì)組學(xué)分析，確定了NK 細(xì)胞表面膜蛋白組成，發(fā)現(xiàn)NK 細(xì)胞膜具有腫瘤靶向性和誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M1型極化的功能，隨后開發(fā)了細(xì)胞膜免疫治療策略，即利用NK 細(xì)胞膜對(duì)具有光動(dòng)力治療功能的納米顆粒進(jìn)行仿生修飾，通過(guò)光動(dòng)力療法激活細(xì)胞凋亡通路，消除原位腫瘤并抑制遠(yuǎn)處腫瘤生長(zhǎng)。Wu 等[21]構(gòu)建了NK細(xì)胞膜修飾的磁納米藥物載體，在體內(nèi)外結(jié)果顯示，該系統(tǒng)對(duì)人非小細(xì)胞肺癌有顯著殺傷效果。Liu 等[22]利用NK 細(xì)胞構(gòu)建了具有光熱/光動(dòng)力/熒光成像功能于一體的診療一體化遞藥系統(tǒng)。由于NK 細(xì)胞膜的修飾，該系統(tǒng)主動(dòng)進(jìn)攻腫瘤部位，并通過(guò)對(duì)腫瘤酸性微環(huán)境的響應(yīng)，釋放光敏劑Ce6。在近紅外光的照射下，Ce6 發(fā)生能級(jí)躍遷，實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的光熱/光動(dòng)力協(xié)同治療。同時(shí)NK 細(xì)胞膜還有免疫激活功能，最終獲得對(duì)肺癌的實(shí)驗(yàn)性治療。鑒于腫瘤部位伴隨著炎癥，這為白細(xì)胞通過(guò)趨化作用聚集到腫瘤處提供了可能。在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，可改進(jìn)仿生遞藥體系的構(gòu)建方法，更加簡(jiǎn)易、高效地獲得白細(xì)胞膜仿生遞藥系統(tǒng)。

3 干細(xì)胞膜仿生納米遞藥系統(tǒng)

干細(xì)胞是多潛能細(xì)胞，具有自我復(fù)制能力，在特定條件下，可以分化為多種功能性細(xì)胞。目前，研究較多的是間充質(zhì)干細(xì)胞和神經(jīng)干細(xì)胞，二者被證實(shí)具有明顯的腫瘤靶向功能，且間充質(zhì)干細(xì)胞還具有免疫調(diào)節(jié)功能和跨血腦屏障的能力，因此有成為新型腦腫瘤靶向載體的潛質(zhì)。間充質(zhì)干細(xì)胞易于獲取，可在體外大量培養(yǎng)和純化，組學(xué)研究表明其表面存在與腫瘤細(xì)胞相互識(shí)別的重要位點(diǎn)[23]。Gao 等[24]將干細(xì)胞膜直接偽裝在負(fù)載上轉(zhuǎn)換粒子的介孔硅球表面，將相應(yīng)光敏劑載入介孔硅的孔道中，獲得注射型的光動(dòng)力抗腫瘤模型，體內(nèi)結(jié)果顯示，該仿生系統(tǒng)擁有特異性腫瘤靶向能力，在腫瘤組織中富集明顯，同時(shí)有明顯的抑瘤效果。Cao 等[25]設(shè)計(jì)了干細(xì)胞膜納米遞藥系統(tǒng)用于乳腺癌的治療，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)干細(xì)胞膜修飾的硅顆粒具有良好的穩(wěn)定性和腫瘤靶向性，且在腫瘤組織的保留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)7 天。干細(xì)胞膜由于具有跨血腦屏障的特性，因此在腦腫瘤的治療過(guò)程中具有很好的應(yīng)用前景。Roger 等[26]證實(shí)了間充質(zhì)干細(xì)胞可通過(guò)血腦屏障，預(yù)見其可被開發(fā)為治療相關(guān)腦腫瘤的藥物載體的可能性，隨后以MCS 細(xì)胞囊泡為外膜，包裹負(fù)載含香豆素-6的聚乳酸脂質(zhì)體。構(gòu)建腦膠質(zhì)瘤模型，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該顆粒確實(shí)可以跨過(guò)血腦屏障，對(duì)藥物高效遞送。盡管干細(xì)胞膜修飾的納米載體展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景，但需要考慮干細(xì)胞載體是否存在促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)甚至轉(zhuǎn)移的危險(xiǎn)，因此其臨床應(yīng)用仍需要進(jìn)一步探索。

4 腫瘤細(xì)胞膜仿生納米遞藥系統(tǒng)

隨著對(duì)細(xì)胞膜仿生遞藥系統(tǒng)研究的不斷深入，基于腫瘤細(xì)胞膜的仿生遞藥系統(tǒng)有了進(jìn)一步發(fā)展。腫瘤細(xì)胞可體外傳代培養(yǎng)，具有無(wú)限的復(fù)制潛能，易于獲得大量腫瘤細(xì)胞膜；膜上存在N-鈣黏素、TF-抗原等獨(dú)特的自我靶向識(shí)別分子，有同源聚集功能，產(chǎn)生歸巢效應(yīng)，因此腫瘤細(xì)胞膜修飾的藥物載體獲得良好的同源靶向性，可實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的精準(zhǔn)治療。Sun 等[27]設(shè)計(jì)了以4T1 腫瘤細(xì)胞膜包裹的遞藥系統(tǒng)用于乳腺癌的治療，結(jié)果發(fā)現(xiàn)同源4T1 細(xì)胞對(duì)于仿生顆粒的攝取效率是WML2 和RAW264.7 的5.1 倍，這表明經(jīng)腫瘤細(xì)胞膜仿生的納米顆粒具有強(qiáng)烈的同源歸巢效應(yīng)。與上述研究一致的結(jié)果在多種腫瘤膜上得以驗(yàn)證，Chen等[28]利用MCF-7 的細(xì)胞膜包裹吲哚菁綠（indocyanine green，ICG），也發(fā)現(xiàn)MCF-7 細(xì)胞對(duì)其攝取率明顯高于其他腫瘤細(xì)胞和免疫細(xì)胞。之后又將腫瘤細(xì)胞膜引入腫瘤的診療一體化研究方向，以腫瘤膜囊泡攜帶具有成像和治療功能的納米顆粒，得到兼具近紅外成像功能又有光熱/光動(dòng)力治療效果的納米顆粒，由于外膜的同源靶向性能，顆粒在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)了良好的治療效果。除去作為遞送載體，腫瘤膜還具有進(jìn)一步發(fā)展為治療性腫瘤疫苗的可能性。

5 外泌體仿生納米遞藥系統(tǒng)

外泌體是細(xì)胞所分泌的具有膜結(jié)構(gòu)特征，直徑為30~200 nm 的細(xì)胞外囊泡，其與細(xì)胞具有類似的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，富含蛋白質(zhì)、脂類和核酸等物質(zhì)。外泌體膜結(jié)構(gòu)上擁有與母體相關(guān)的一系列特征性膜蛋白，顯示出明顯的分子異質(zhì)性。由于外泌體的組成和機(jī)構(gòu)特征，參與重塑細(xì)胞外基質(zhì)和傳遞信號(hào)分子等多種生物學(xué)行為，有長(zhǎng)距離通信能力和出色的生物相容性?；谶@些特征，有關(guān)外泌體的研究已經(jīng)大量展開，有被發(fā)展為藥物遞送載體的潛能[29]。

隨著外泌體研究的深入，外泌體在腫瘤診斷和治療中的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。在腫瘤治療過(guò)程中，外泌體作為天然內(nèi)源性載體具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，是細(xì)胞分泌的納米級(jí)囊泡，其良好的結(jié)構(gòu)和成分均類似于細(xì)胞膜，在機(jī)體內(nèi)廣泛分布，免疫原性低具有較好的包載能力，并且可以穿越血腦屏障，這些提示了作為腫瘤治療載體的潛在價(jià)值[30]。Wei 等[31]分離了來(lái)源于間充質(zhì)干細(xì)胞的外泌體，分離所得到的外泌體大小為100～300 nm，該外泌體在分離后的96 h 形態(tài)穩(wěn)定，之后逐步被降解。利用共孵育的方法完成外泌體對(duì)化療藥物阿霉素的包封，經(jīng)過(guò)包封后的藥物載體和純品阿霉素相比，細(xì)胞毒性減低，有助于減少治療過(guò)程中的不良反應(yīng)。腫瘤細(xì)胞外泌體還具有良好的歸巢效應(yīng)，可在腫瘤微環(huán)境中與同源性腫瘤細(xì)胞形成聚集體。腫瘤外泌體已引發(fā)研究人員的廣泛關(guān)注。Yong 等[32]利用自噬的方法，收獲了腫瘤外泌體包載的納米顆粒，該治療性顆粒具有近紅外成像性能并攜帶化療藥物阿霉素（DOX）。與傳統(tǒng)方法相比，此方法的包封率提升了5 倍，并且保證了顆粒外膜的完整性。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該遞藥系統(tǒng)對(duì)于腫瘤干細(xì)胞團(tuán)具有良好的殺傷作用，對(duì)體內(nèi)實(shí)體瘤有明顯的抑瘤效果。Tian 等[33]分離了腫瘤細(xì)胞4T1 的外泌體，并獲得具有化療-光熱治療的藥物遞送系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)同源腫瘤有明顯的體內(nèi)抑瘤效果，并且發(fā)現(xiàn)該外泌體膜的應(yīng)用不會(huì)增加腫瘤轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)。外泌體作為藥物載體在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，但臨床轉(zhuǎn)化仍面臨一定的挑戰(zhàn)，其缺少標(biāo)準(zhǔn)化和量產(chǎn)的外泌體提取方案，且外泌體的產(chǎn)生和作用機(jī)制研究有待進(jìn)一步深入，這將有助于提高對(duì)外泌體尤其是腫瘤外泌體的生物安全性評(píng)價(jià)。

6 結(jié)語(yǔ)

目前，基于生物細(xì)胞的仿生藥物遞送體系的出現(xiàn)為癌癥的治療帶來(lái)了極大的便利，其有機(jī)結(jié)合了人工合成納米粒子和天然生物體系兩者的優(yōu)勢(shì)，形成了具有核殼結(jié)構(gòu)的新型藥物遞送系統(tǒng)。其中“殼結(jié)構(gòu)”天然膜，使得遞藥系統(tǒng)具有更好的生物相容性、血液循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)及腫瘤靶向的特性；“核結(jié)構(gòu)”納米顆粒，不僅可提高抗腫瘤藥物的在藥效率，同時(shí)可兼具多種功能，有望實(shí)現(xiàn)診療一體化。上述已經(jīng)開展了大量的實(shí)驗(yàn)性探索工作，相信隨著研究的進(jìn)一步深入，天然膜仿生藥物遞送系統(tǒng)必將推動(dòng)腫瘤治療邁入新的發(fā)展階段。