腫瘤微環(huán)境響應(yīng)型藥物遞送系統(tǒng)研究進(jìn)展

楊錦昱，謝錦珊，白菁鈺，周宏磊，程迪，朱維平*（.華東理工大學(xué)藥學(xué)院制藥工程系，上海0037；.華東理工大學(xué)藥學(xué)院 藥物化工研究所，上海市化學(xué)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 0037）

隨著人們生存環(huán)境的變化和生活壓力的增大，腫瘤的發(fā)病率和病亡率逐年增加。根據(jù)《2018年全球癌癥統(tǒng)計(jì)》的報(bào)道，有1810萬癌癥新病例和960萬癌癥死亡病例[1-2]。

惡性腫瘤存在易復(fù)發(fā)、易轉(zhuǎn)移和易產(chǎn)生耐藥性的特點(diǎn)[3]，導(dǎo)致其臨床治療難度較大。手術(shù)、放療和化療對腫瘤起到一定的治療效果，但它們也會(huì)對人體產(chǎn)生傷害。目前，靶向給藥系統(tǒng)憑借其定位濃集、高效低毒的作用特點(diǎn)成為了研究熱點(diǎn)。其中納米級(jí)的靶向給藥系統(tǒng)，包括聚合物膠束、脂質(zhì)體、碳納米管和樹枝狀聚合物等（見圖1），能增加藥物溶解性、改變藥物體內(nèi)分布、提高藥物靶向性，從而提高治療效果，降低不良反應(yīng)發(fā)生率。但由于其體內(nèi)穩(wěn)定性差、腫瘤部位蓄積少、腫瘤穿透性差、細(xì)胞攝取率低和藥物釋放不完全，納米遞藥系統(tǒng)仍需不斷完善，以滿足臨床需求[4]。

圖1 用于癌癥治療中藥物輸送系統(tǒng)的不同類型的納米載體Fig 1 Different types of nanocarriers for drug delivery systems in cancer treatment

對此，研究者們根據(jù)腫瘤微環(huán)境設(shè)計(jì)了靶向納米遞藥系統(tǒng)，以增加對腫瘤的穿透作用，提高細(xì)胞攝取，加速藥物胞內(nèi)釋放，實(shí)現(xiàn)腫瘤部位的高效遞藥，顯示出良好的治療效果。腫瘤組織中的細(xì)胞通過多種機(jī)制協(xié)作，來維持有利于腫瘤細(xì)胞生存和發(fā)展的微環(huán)境。與正常組織相比，腫瘤組織的特征在于其獨(dú)特的病理生理指標(biāo)（見圖2），例如低氧或還原性微環(huán)境，細(xì)胞內(nèi)高谷胱甘肽（GSH）的濃度，低pH值，酶的特異性過表達(dá)以及高活性氧（ROS）水平等，這些都可以作為前藥的內(nèi)源性觸發(fā)因素，在不損害正常組織的情況下產(chǎn)生藥理作用[5]。而特定的聚合物納米載體能與特定的區(qū)域相結(jié)合，這些特定的區(qū)域通常表現(xiàn)出對氧化還原電位、溫度、pH和光等刺激的響應(yīng)，這些刺激響應(yīng)性聚合物納米載體由于具有增強(qiáng)疾病部位藥物生物利用度的能力，在靶向藥物遞送應(yīng)用中顯示出巨大的潛力[6]。本文將對目前研究報(bào)道的一些腫瘤微環(huán)境刺激響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行總結(jié)，包括腫瘤區(qū)域的乏氧、腫瘤細(xì)胞中H2O2大量積累、內(nèi)涵體和溶酶體的低 pH 環(huán)境及腫瘤細(xì)胞內(nèi)的高濃度GSH等。

圖2 正常和腫瘤細(xì)胞的不同微環(huán)境[5]Fig 2 Different microenvironments for normal and tumor cells[5]

1 基于腫瘤微環(huán)境響應(yīng)型藥物遞送系統(tǒng)

1.1 pH響應(yīng)

正常情況下，組織外基質(zhì)中pH值接近7.4，但腫瘤細(xì)胞大多通過低效的糖酵解途徑來獲取能量，而乳酸和質(zhì)子作為糖酵解的主要產(chǎn)物被泵出細(xì)胞，導(dǎo)致了腫瘤細(xì)胞外環(huán)境的酸化，一般pH為6.2～6.9[7]。與此同時(shí)，腫瘤細(xì)胞內(nèi)早期內(nèi)涵體pH在6.0左右，晚期內(nèi)涵體pH一般在5.0左右；溶酶體pH在4.0～5.0[8]。由于大多數(shù)化療藥物的作用靶點(diǎn)在細(xì)胞核內(nèi)，藥物在腫瘤細(xì)胞內(nèi)容易被隔離在酸性囊泡（如內(nèi)涵體、溶酶體）內(nèi)，難以到達(dá)作用靶點(diǎn)。利用這些pH的差異，可以構(gòu)建pH響應(yīng)性的藥物遞送釋放系統(tǒng)，其主要策略包括設(shè)計(jì)聚合物載體隨pH改變發(fā)生化學(xué)鍵斷裂、構(gòu)象或溶解性變化、電荷反轉(zhuǎn)或質(zhì)子海綿作用[4]。

1.1.1 pH響應(yīng)的化學(xué)鍵斷裂 通過酸敏感的基團(tuán)（如縮醛鍵、腙鍵、亞胺鍵等）在酸性條件下斷裂，使載體和藥物分離，加速藥物的釋放和被攝取。

Kang等[9]將多柔比星（DOX）和樹狀多輪烷用腙鍵共價(jià)相連，形成兩親性pH敏感的PR-g-DOX膠束。這種膠束微粒在pH為5.0和6.0的微酸性環(huán)境中時(shí)，釋放DOX的速度明顯加快，而在正常生理?xiàng)l件下，幾乎沒有突釋的現(xiàn)象。特別是在針對A549癌細(xì)胞的治療中，PR-g-DOX膠束展現(xiàn)出更好的耐藥性和更高的體內(nèi)療效。

Zhang等[10]探索出一種擁有高腫瘤靶向性和腫瘤細(xì)胞內(nèi)化能力的藥物遞送系統(tǒng)。靜脈注射裝載紫杉醇的pH敏感Cl-Lip脂質(zhì)體。該脂質(zhì)體由R8肽修飾，用pH敏感的腙鍵連接長鏈聚乙二醇衍生物來提高選擇性。當(dāng)脂質(zhì)體通過高滲透長滯留效應(yīng)（EPR）效應(yīng)到達(dá)腫瘤細(xì)胞間液時(shí)，低pH環(huán)境使腙鍵斷裂從而暴露R8肽，在R8肽的介導(dǎo)作用下，藥物被腫瘤細(xì)胞攝取從而發(fā)揮作用。

1.1.2 pH響應(yīng)的構(gòu)象或溶解性改變 通過聚合物上可解離的基團(tuán)（如氨基、羧基）隨pH的改變發(fā)生構(gòu)象或溶解性的變化，使載體系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，促進(jìn)藥物的釋放。

Liu等[11]探索出一種具有pH敏感的近紅外熒光成像功能的新型聚合物膠束。該膠束以聚乙二醇甲基丙烯酸酯（PEGMA）為親水外殼，以PMAA/DOX 復(fù)合物作為膠束內(nèi)核。在酸性環(huán)境下聚甲基丙烯酸（PMAA）的羧基質(zhì)子化，改變了其在水溶液中的溶解度和形態(tài)，導(dǎo)致內(nèi)核解離，膠束崩塌并快速釋放出DOX，表現(xiàn)出對HeLa細(xì)胞的有效細(xì)胞毒性。

1.1.3 pH響應(yīng)的電荷反轉(zhuǎn) 通過能發(fā)生電荷反轉(zhuǎn)的兩性聚合物在酸性環(huán)境下的表面電性調(diào)節(jié)，使外層載體因同種電荷相斥而體積膨脹或掉落，加速藥物的釋放和被攝取。

Ju等[12]設(shè)計(jì)了一種核-殼交聯(lián)結(jié)構(gòu)的納米凝膠，由N-賴氨?；?N'-琥珀酰基殼聚糖（NLSC）、N-異丙基丙烯酰胺（NIPAM）和牛血清蛋白（BSA）構(gòu)成。其中，NLSC具有酸觸發(fā)的電荷反轉(zhuǎn)能力，能在中性條件下存在的NIPAM構(gòu)造了納米凝膠的聚電解質(zhì)核心，而帶負(fù)電荷的BSA通過在聚電解質(zhì)核心上交聯(lián)形成衣殼狀的殼，在系統(tǒng)循環(huán)和pH響應(yīng)溶脹-收縮過程中保留了納米凝膠的穩(wěn)定性。低pH時(shí)，NLSC中的氨基迅速質(zhì)子化，產(chǎn)生靜電排斥力，觸發(fā)N-賴氨?；?N'-琥珀?；鶜ぞ厶羌{米凝膠（NLSC-NG）聚電解質(zhì)核心的溶脹而釋放藥物，隨后NLSCNG被轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)，恢復(fù)原有大小，從死細(xì)胞中排出，再被周圍的腫瘤細(xì)胞攝取，發(fā)生類似病毒感染的過程。這種連續(xù)的遞送系統(tǒng)，具有作為深層滲透抗癌藥物的潛力（見圖3）。

圖3 可逆溶脹-收縮納米凝膠（NLSC-NG）的細(xì)胞間遞送系統(tǒng)示意圖[12]Fig 3 Intercellular delivery system of reversible swelling-shrinking nanogel（NLSC-NG）[12]

Yuan等[13]設(shè)計(jì)合成了具有電荷翻轉(zhuǎn)能力的兩性離子聚合物聚己內(nèi)酯-聚（磷酸丙基乙烯-巰基乙胺-琥珀二氯）[PCL-P（AEP-g-TMA/DMA）]。生理?xiàng)l件下，在微觀范圍內(nèi)具有陰離子和陽離子基團(tuán)的親水性兩性離子嵌段可以通過靜電相互作用形成水合層，保持恒定的表面電荷。通過EPR效應(yīng)在相對酸性的腫瘤組織中積累后，納米顆粒通過減少陰離子部分而帶正電，與帶負(fù)電的細(xì)胞膜結(jié)合，有助于細(xì)胞攝取藥物，增強(qiáng)治療效果。

1.1.4 pH響應(yīng)的質(zhì)子海綿作用 陽離子聚合物[如聚乙烯亞胺（PEI）、聚組氨酸（p-His）、聚L-賴氨酸（PLL）等]的質(zhì)子緩沖能力可以促進(jìn)載體的內(nèi)涵體/溶酶體逃逸，從而促進(jìn)核酸的釋放。內(nèi)涵體和溶酶體的酸性環(huán)境對弱堿性的藥物有蓄積作用，也可能使藥物分解而失去活性。因此，進(jìn)入內(nèi)涵體和溶酶體的藥物必須盡快從內(nèi)涵體和溶酶體中逃逸到細(xì)胞質(zhì)，這就需要使內(nèi)涵體或溶酶體膜破裂。如PEI分子在生理?xiàng)l件下有15%～20%的胺質(zhì)子化，在很寬的pH范圍內(nèi)對周圍環(huán)境有緩沖作用[14]。當(dāng)溶酶體內(nèi)的 pH 下降時(shí)，PEI能夠大量捕獲質(zhì)子，從而中和溶酶體的凈電荷并引起氯離子內(nèi)流，導(dǎo)致溶酶體內(nèi)滲透壓升高，最后溶酶體破裂，將內(nèi)吞的藥物/載體釋放到細(xì)胞質(zhì)中。

核酸可高精度地調(diào)節(jié)細(xì)胞功能，但其穿越細(xì)胞保護(hù)膜的效果較差，限制了其到達(dá)細(xì)胞內(nèi)作用位點(diǎn)的能力。Chiper等[15]選擇分子量在10～30 kDa的PEI作為合成載體。陽離子聚合物PEI與核酸的聚陰離子主鏈發(fā)生靜電相互作用，并形成包裹核酸的陽離子顆粒，被細(xì)胞表面結(jié)合、內(nèi)化。在腫瘤組織的酸性條件下，PEI發(fā)揮“質(zhì)子海綿”效應(yīng)，發(fā)生內(nèi)涵體逃逸，促進(jìn)核酸釋放。

為了將siRNA全身性遞送至實(shí)體瘤，Kim等[16]用載有20 kDa siRNA的單聚體聚離子復(fù)合物（uPIC）和20 nm金納米顆粒（AuNP）構(gòu)建了大小可調(diào)節(jié)且可逆穩(wěn)定的納米結(jié)構(gòu)。其中，uPIC是通過電荷匹配的聚（乙二醇）-b-聚（L-賴氨酸）（PEG-PLL）共聚物的電荷匹配聚離子絡(luò)合物制備的，利用PLL的質(zhì)子緩沖能力逃離內(nèi)涵體/溶酶體進(jìn)入胞質(zhì)，再被胞質(zhì)中高濃度的GSH還原，使硫-金鍵斷裂而快速釋放出 siRNA，提高了 siRNA 的基因沉默效率。

1.2 氧化還原響應(yīng)

腫瘤微環(huán)境的一個(gè)顯著特點(diǎn)是高氧化還原水平。腫瘤細(xì)胞中，包括H2O2在內(nèi)的ROS產(chǎn)生增加，處于高氧化水平[17]。由于高濃度的ROS會(huì)對細(xì)胞產(chǎn)生破壞作用，腫瘤細(xì)胞通過上調(diào)抗氧化系統(tǒng)來抵抗ROS的破壞作用，從而適應(yīng)氧化應(yīng)激，維持ROS的適當(dāng)平衡[17-18]。因此，腫瘤組織中存在較多的高還原性物質(zhì)（例如GSH、還原酶等），具有高還原水平?；诟哐趸€原的腫瘤微環(huán)境，研究者設(shè)計(jì)了多種高ROS響應(yīng)及高GSH響應(yīng)的藥物遞送系統(tǒng)。

1.2.1 乏氧響應(yīng) 乏氧是實(shí)體瘤的特征之一。腫瘤細(xì)胞無節(jié)制生長，且凋亡速度低，導(dǎo)致它對氧及其他能量物質(zhì)如葡萄糖等的需求增加；腫瘤體積高速膨脹，一部分腫瘤組織由于遠(yuǎn)離血管導(dǎo)致血液供應(yīng)不足出現(xiàn)乏氧。乏氧微環(huán)境會(huì)對藥物輸送造成巨大障礙，影響化療、放療和光動(dòng)力治療等需氧療法的效果。目前基于腫瘤乏氧微環(huán)境的治療方法主要有三種，即向乏氧腫瘤輸送氧氣；原位生成氧氣；靶向腫瘤乏氧微環(huán)境[19]。

① 向乏氧腫瘤輸送氧氣：馬寅初課題組[19]設(shè)計(jì)了一個(gè)獨(dú)特的DNA-dual-targeting nanodroplet多功能智能納米載藥系統(tǒng)NDr（Au＋PFOB＋O2）。一方面該系統(tǒng)負(fù)載的超小粒徑的high-Z元素的金納米顆粒能利用其離子化能量集中于腫瘤部位，提高放療增敏特性；另一方面，包載的液態(tài)氟碳（PFOB）負(fù)載氧氣進(jìn)行輸送，有效改善腫瘤乏氧微環(huán)境，從而提高放療效果。

② 原位生成氧氣：借助MnO2催化腫瘤中的H2O2產(chǎn)生氧氣是最常見的原位生成氧氣策略[20]；此外，過氧化氫酶也被發(fā)現(xiàn)能夠催化腫瘤部位的H2O2產(chǎn)生氧氣[21]，有效改善腫瘤乏氧微環(huán)境，從而提高需氧療法的治療效果。

Chen等[20]通過基于白蛋白的Mn2＋的生物礦化，設(shè)計(jì)了智能的多功能pH / H2O2響應(yīng)的以人血清白蛋白（HSA）為涂層的HSA-MnO2-Ce6＆Pt（HMCP）納米顆粒（Ce6為一種光敏劑，Pt代表一種順鉑前藥），其二氧化錳外殼可以響應(yīng)性地被腫瘤組織內(nèi)H2O2分解釋放出氧氣，改善腫瘤內(nèi)乏氧環(huán)境。同時(shí)，在酸性的腫瘤微環(huán)境下，HMCP納米顆粒將逐漸降解為小尺寸（＜10 nm）的單個(gè)治療性白蛋白-藥物復(fù)合物，使腫瘤內(nèi)通透性大大增強(qiáng)，可在光動(dòng)力和化學(xué)療法的結(jié)合中進(jìn)一步改善治療效果。

③ 靶向腫瘤乏氧微環(huán)境：光動(dòng)力治療（PDT）過程消耗氧氣，乏氧激活前藥（hypoxia-activated prodrugs，HAPs）本身無毒性，但可選擇性殺死乏氧腫瘤細(xì)胞，因此可以基于此設(shè)計(jì)HAPs與PDT聯(lián)合治療，即PDT治療過程消耗氧氣，導(dǎo)致腫瘤環(huán)境乏氧惡化，將進(jìn)一步促進(jìn)HAPs被激活從而發(fā)揮抗腫瘤協(xié)同作用[22]。

Feng等[23]利用脂質(zhì)體作為載體，用其同時(shí)負(fù)載光敏劑Ce6和親水性乏氧激活前藥巴諾蒽醌（AQ4N），再用聚乙二醇（PEG）對該脂質(zhì)體表面進(jìn)行修飾，最后利用Ce6與64Cu同位素螯合，制備成具有成像作用的AQ4N-64Cu-hCe6脂質(zhì)體。該脂質(zhì)體表面的親水性PEG能夠避免納米體系在體內(nèi)被降解，提高體系的血液穩(wěn)定性，使該體系能夠蓄積于腫瘤組織。給予激光照射后，體系中Ce6與周圍氧氣反應(yīng)，產(chǎn)生ROS，殺死腫瘤細(xì)胞。ROS的產(chǎn)生消耗氧氣，這一過程導(dǎo)致腫瘤乏氧環(huán)境惡化，促進(jìn)體系中乏氧激活前藥AQ4N被激活，還原成具有細(xì)胞毒性的產(chǎn)物，能夠選擇性殺傷乏氧腫瘤細(xì)胞，與Ce6產(chǎn)生協(xié)同抗腫瘤作用，從而顯著提高腫瘤治療效果。

Li等[24]先將乏氧激活前藥替拉扎明（TPZ）包埋于卟啉金屬有機(jī)框架PCN-224中，再將其與一種癌細(xì)胞膜仿生修飾的納米?；旌辖M裝成TPZ@PCN@MEM。經(jīng)靜脈注射后TPZ@PCN@MEM能夠選擇性地蓄積于腫瘤組織中。給予激光照射后，體系中的PCN-224被激發(fā)產(chǎn)生ROS，發(fā)揮PDT作用，消耗氧氣，導(dǎo)致腫瘤乏氧環(huán)境惡化，進(jìn)一步促進(jìn)TPZ激活，選擇性殺死乏氧腫瘤細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)HAPs與PDT聯(lián)合治療。

Wang等[25]合成了以iRGD肽修飾表面的納米粒，并負(fù)載光敏劑吲哚菁綠（ICG）和乏氧激活前藥TPZ。該iRGD肽能夠靶向到腫瘤組織并提高納米粒的腫瘤組織穿透能力。給予近紅外激光照射后，ICG發(fā)揮PDT作用，消耗氧氣導(dǎo)致腫瘤乏氧環(huán)境惡化，激活TPZ的抗腫瘤活性，從而實(shí)現(xiàn)抗腫瘤的協(xié)同作用。

Chen等[26]將低毒性的兼性厭氧菌菌株VNP20009作為生物治療劑及藥物載體，使其吸附光熱劑聚多巴胺，用于腫瘤靶向治療。該藥物遞送系統(tǒng)通過一次注射給藥和激光照射后，使VNP20009能夠選擇性蓄積于腫瘤組織，不僅消除了原位腫瘤，同時(shí)可避免腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移的產(chǎn)生，取得了顯著的腫瘤靶向治療效果。

有關(guān)WDR62在大腦發(fā)育過程中的功能和作用機(jī)制研究，以及WDR62基因突變?nèi)绾螌?dǎo)致小頭畸形的致病機(jī)制尚不清楚。現(xiàn)有研究認(rèn)為WDR62通過調(diào)控JNK1的活性參與腦發(fā)育過程中神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)育，敲除WDR62或JNK1的表達(dá)可引起神經(jīng)干細(xì)胞發(fā)育的提前分化，神經(jīng)元譜系建立及神經(jīng)元遷移異常[5, 6]。

Kulkarni等[27]以偶氮苯結(jié)構(gòu)作為連接臂，將聚乳酸和PEG共價(jià)結(jié)合，合成乏氧敏感的二嵌段共聚物。該聚合物在水溶液中自組裝形成囊泡，可用于包載抗腫瘤藥物吉西他濱和厄洛替尼。在常氧條件下，該聚合物囊泡包封的藥物可維持50 min不釋放；而在乏氧條件下偶氮鍵（AZO）還原斷裂，導(dǎo)致聚合物囊泡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性被破壞，從而快速釋放吉西他濱和厄洛替尼，實(shí)現(xiàn)協(xié)同抗腫瘤作用。

Thambi等[28]將疏水性的2-硝基咪唑與親水性的羧甲基葡聚糖共價(jià)結(jié)合，形成乏氧敏感的納米粒，并負(fù)載抗腫瘤藥物DOX。在腫瘤乏氧微環(huán)境中，載體中疏水性的2-硝基咪唑被還原成親水性產(chǎn)物，導(dǎo)致載體結(jié)構(gòu)被破壞，促進(jìn)DOX釋放，進(jìn)而發(fā)揮抗腫瘤作用。體外研究顯示，在常氧條件下該納米體系中DOX釋放緩慢，但在乏氧條件下，DOX釋放顯著增加。

Ahmad等[29]利用酰胺反應(yīng)，將6-（2-硝基咪唑）己基胺（NID）結(jié)合到甲氧基聚（乙二醇）-b-聚（谷氨酸）上，制備了乏氧敏感的納米粒，并負(fù)載化療藥物。該體系的親水性外殼PEG能夠增強(qiáng)納米體系在體內(nèi)的循環(huán)穩(wěn)定性；NID作為體系的疏水部分，促進(jìn)材料膠束化，提高材料的載藥能力，且其在乏氧條件下結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致整個(gè)納米體系結(jié)構(gòu)被破壞，從而促進(jìn)藥物釋放，提高靶點(diǎn)藥物濃度，增強(qiáng)其抗腫瘤作用。

Liu等[30]設(shè)計(jì)了一種乏氧敏感的前藥膠束，以偶氮鍵為連接臂，將己硫醇化的PEG（PEG-C6）與化療藥物康普瑞汀（CA4）共價(jià)結(jié)合，形成兩親性分子PEG-C6-AZO-CA4。該兩親性分子在水中自組裝成膠束，可負(fù)載化療藥物DOX；由于實(shí)體瘤組織的高通透性和EPR效應(yīng)，膠束在腫瘤組織中蓄積，并在腫瘤乏氧微環(huán)境促使體系中乏氧敏感的偶氮苯結(jié)構(gòu)還原斷裂，導(dǎo)致載體結(jié)構(gòu)被破壞，引起膠束解體，促進(jìn)藥物DOX釋放，實(shí)現(xiàn)DOX 與CA4的協(xié)同抗腫瘤作用。

1.2.2 GSH響應(yīng) 腫瘤細(xì)胞內(nèi)的GSH濃度（2～10 mmol·L－1）很高，高于正常細(xì)胞[31]；而細(xì)胞外區(qū)域（如血漿和其他體液）中的GSH濃度僅為2～20 μmol·L－1。因此可以利用GSH濃度的巨大差異來實(shí)現(xiàn)藥物在腫瘤細(xì)胞內(nèi)的快速釋放，從而大大提高藥物的生物利用度，增強(qiáng)治療效果[32]。

Lin等[33]設(shè)計(jì)了用透明質(zhì)酸（HA）包被的還原響應(yīng)性殼聚糖納米粒子。利用殼聚糖（CS）與銅螯合劑D-青霉胺（D-pen）共軛形成二硫鍵獲得CS-SS-D-pen共軛物，DOX和D-pen中Cu（Ⅱ）離子以Cu（Ⅱ）-DOX絡(luò)合物的形式進(jìn)行包載（見圖4）。腫瘤細(xì)胞內(nèi)高表達(dá)的GSH還原CS-SS-D-pen的二硫鍵以釋放D-pen。釋放的游離D-pen通過一系列反應(yīng)引發(fā)ROS的生成，釋放DOX，實(shí)現(xiàn)了GSH響應(yīng)性藥物釋放。

圖4 靶向CD44和氧化還原觸發(fā)的ROS產(chǎn)生和DOX釋放[33]Fig 4 CD44-targeting and redox-triggered ROS production and DOX release[33]

Wang等[34]開發(fā)了分級(jí)響應(yīng)的納米藥物（HRNM）用于化學(xué)療法的程序化遞送。HRNM是由環(huán)狀RGD肽共軛三嵌段共聚物形成的，GDPC7A-POEG-PssCPT，由疏水性PC7A鏈，親水性聚[低聚（乙二醇）單甲醚甲基丙烯酸甲酯]（POEG）片段和疏水性多還原反應(yīng)性喜樹堿（CPT）前藥（PssCPT）鏈組成。在細(xì)胞內(nèi)高水平的GSH響應(yīng)下，活性CPT藥物將迅速釋放，發(fā)揮抗腫瘤作用。

Liu等[35]通過將厚樸酚（HNK）和5，6-二甲基黃嘌呤酮-4-乙酸（DMXAA）的共軛物與GSH響應(yīng)性納米載體聚（α-硫辛酸）聚乙二醇結(jié)合，制備出一種新型的納米藥物。納米藥物在腫瘤部位高GSH水平時(shí)解體，實(shí)現(xiàn)了HNK與DMXAA在腫瘤部位的共同遞送。通過HNK的近程殺傷和DMXAA的遠(yuǎn)距離殺傷，實(shí)現(xiàn)了4T1乳腺癌的聯(lián)合治療，其腫瘤抑制率達(dá)到93%，為腫瘤治療提供了有價(jià)值的候選治療方案。

Feng等[36]開發(fā)了一種有效的分步骨肉瘤（OS）靶向脂質(zhì)體系統(tǒng)，將骨靶向部分阿侖膦酸鹽（ALN）與HA（CD44的配體）綴合。該ALNHA共軛物通過生物可還原的二硫鍵（-S-S-）與DSPE-PEG2000-COOH偶聯(lián)，獲得功能化的脂質(zhì)ALN-HA-SS-L，將其后插入裝有DOX的預(yù)制脂質(zhì)體中。一旦脂質(zhì)體被腫瘤細(xì)胞內(nèi)化，細(xì)胞內(nèi)GSH就會(huì)通過-S-S-鍵的裂解促進(jìn)聚合物從脂質(zhì)體脫落，從而使藥物從普通脂質(zhì)體中釋放出來。Li等[37]制備基于CD-PEG Azo-PCL的GSH/光雙響應(yīng)的新型超分子藥物載體（簡稱CPAP）用于DOX的細(xì)胞內(nèi)遞送。癌細(xì)胞中高濃度的GSH可以刺激藥物載體主動(dòng)釋放藥物，從而有針對性地釋放抗癌藥物。而在GSH和光同時(shí)存在的情況下，載有藥物的CPAP（CPAP @ DOX）顯示出最快的藥物釋放，其有望成為抗癌藥物的智能納米載體。Lu等[38]基于宿主-客體的相互作用，制備了一種雙重反應(yīng)性靶向納米顆粒藥物遞送系統(tǒng)，命名為DOX @ MSN-SS-N＝C-HA，用于癌癥治療。MSN分別通過pH敏感的苯胺亞胺鍵和氧化還原敏感的二硫鍵經(jīng)苯環(huán)修飾，通過載有化學(xué)治療的藥物DOX-CD負(fù)載了化學(xué)治療藥物DOX。載體進(jìn)入癌細(xì)胞后，酸性環(huán)境以及高濃度的GSH導(dǎo)致載體迅速釋放DOX用于細(xì)胞凋亡。

Yang等[39]制備了具有良好的生物相容性和可調(diào)穩(wěn)定性的雙交聯(lián)PMAABACy/Fe（Ⅲ）-co-PEGMA950納米凝膠裝載化療藥物。共價(jià)交聯(lián)結(jié)構(gòu)的引入使載體對腫瘤細(xì)胞內(nèi)高濃度的GSH敏感，誘導(dǎo)其結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)藥物的釋放，見圖5。

圖5 PMAABACy / Fe（Ⅲ）-co-PEGMA950的制備（A）及其GSH誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化和藥物釋放（B）示意圖[39]Fig 5 Illustration of the preparation of PMAABACy/Fe（Ⅲ）-co-PEGMA950（A）and its GSH-induced structural transformation and drug release（B）[39]

Guo等[40]通過原位還原法用AuNPs修飾介孔二氧化硅納米粒子，并引入了巰基修飾的聚乙二醇作為還原反應(yīng)型“守門員”構(gòu)建了MSN-Au-PEG納米平臺(tái)。體外數(shù)據(jù)表明，響應(yīng)細(xì)胞間較高的GSH濃度，可以使MSN-Au-PEG @ DOX可控地釋放負(fù)載的DOX。此外，修飾的AuNPs在550 nm處照射后可產(chǎn)生ROS，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。結(jié)合化學(xué)療法和光動(dòng)力療法，MSN-Au-PEG @ DOX表現(xiàn)出增強(qiáng)的抗腫瘤效果，顯示了未來聯(lián)合療法的巨大潛力。

夏穎等[32]設(shè)計(jì)合成了一種由肝癌細(xì)胞膜包覆的氧化還原敏感脂質(zhì)體納米粒，利用肝癌細(xì)胞膜的靶向作用準(zhǔn)確到達(dá)腫瘤部位，并在腫瘤細(xì)胞內(nèi)高濃度GSH 的作用下迅速斷裂，釋放所載藥物。Maggini等[41]設(shè)計(jì)了含有二硫鍵（ss-NPs）的氧化還原反應(yīng)性介孔有機(jī)硅納米粒子，腫瘤細(xì)胞中高濃度的GSH可選擇性激活細(xì)胞內(nèi)的分解過程，有利于藥物的釋放。

1.2.3 高ROS響應(yīng) ROS包括超氧化物、過氧化氫和羥基自由基。ROS是癌癥的重要信號(hào)分子，相比于正常細(xì)胞，在許多癌細(xì)胞系中，ROS水平升高[18]。腫瘤細(xì)胞中ROS代表性成分H2O2大量積累[42]，因此，科學(xué)家們設(shè)計(jì)了多種基于H2O2響應(yīng)的納米載藥系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)腫瘤靶向治療，以減輕化療的副作用，或增強(qiáng)其他療法的治療效果，如光動(dòng)力療法、氧化療法等。除此以外，H2O2及其他腫瘤微環(huán)境特征雙響應(yīng)的納米載藥平臺(tái)也是研究的熱點(diǎn)。

He等[43]開發(fā)了一種細(xì)胞特異性的，可激活H2O2并生成O2改善PDT治療的納米顆粒（HAOP NP），它具有高度選擇性，并且可以有效治療癌癥。納米粒子裝載光敏劑和過氧化氫酶，包裹含淬滅劑的聚合物外殼，并用腫瘤靶向配體c（RGDfK）進(jìn)行修飾。當(dāng)HAOP NP被富含αvβ3整聯(lián)蛋白的腫瘤細(xì)胞選擇性吸收后，細(xì)胞內(nèi)的H2O2進(jìn)入納米粒子，由過氧化氫酶催化生成O2，從而導(dǎo)致外殼破裂并釋放光敏劑，實(shí)現(xiàn)PDT治療，同時(shí)HAOP NP在PDT過程中連續(xù)產(chǎn)生O2，大大提高了PDT在乏氧腫瘤中的療效。

Ge等[44]報(bào)道了一種新型的過氧化氫響應(yīng)的納米藥物平臺(tái)。棕櫚酸抗壞血酸酯（PA）是一種氧化強(qiáng)化劑。將喜樹堿（CPT）聚合物前藥膠束與PA共聚，在腫瘤細(xì)胞環(huán)境內(nèi)響應(yīng)產(chǎn)生H2O2，不僅能上調(diào)腫瘤內(nèi)H2O2水平，增強(qiáng)腫瘤內(nèi)氧化應(yīng)激、實(shí)現(xiàn)氧化治療，隨后還可以實(shí)現(xiàn)自給自足的H2O2反應(yīng)性藥物釋放，觸發(fā)喜樹堿釋放實(shí)現(xiàn)化療，從而實(shí)現(xiàn)新型的協(xié)同氧化療法。

Xu等[45]設(shè)計(jì)了對過氧化氫及過氧亞硝酸鹽響應(yīng)的治療急性髓系白血?。ˋML）的前藥（SAHA）。通過用芳基硼酸基團(tuán)修飾結(jié)構(gòu)中的辛異羥肟酸部分，得到化合物5-82?；衔?-82在AML細(xì)胞內(nèi)及病灶周圍H2O2或過氧亞硝酸的活化作用下，形成酚中間體，隨后通過1，6-消除作用釋放出游離的SAHA和短壽命的化學(xué)反應(yīng)性醌甲基化物（QM），達(dá)到治療的目的，見圖6。

圖6 芳基硼酸掩蔽的異羥肟酸前藥的設(shè)計(jì)（b）及其激活機(jī)制圖（a）（以SAHA和5-82為例）[45]Fig 6 Design of arylboronic acid-masked hydroxamic acid prodrug（b）and its activation mechanism exemplified with SAHA and 5-82（a）[45]

Wang等[46]設(shè)計(jì)并合成了ROS響應(yīng)的FAPEG-TK-PLGA共聚物。聚合物自組裝成穩(wěn)定的小尺寸DDS。DDS中的葉酸（FA）用于靶向癌細(xì)胞，ROS可以迅速裂解DDS中的TK連接子，被包裹的DOX迅速釋放到細(xì)胞質(zhì)中，從而誘導(dǎo)口腔鱗狀細(xì)胞癌（OSCC）細(xì)胞凋亡。親水性PEG殼和疏水性PLGA核，在水溶液中表現(xiàn)出高穩(wěn)定性，此外還具有足夠的載藥量和出色的ROS敏感性。該聚合物作為治療OSCC的新型藥物遞送系統(tǒng)具有巨大的潛力。

Noh等[17]報(bào)道了一種H2O2/pH雙響應(yīng)的混合抗癌藥物QCA，在癌細(xì)胞中釋放醌甲基化物和肉桂醛。QCA經(jīng)H2O2介導(dǎo)的硼酸酯氧化而釋放QM（特別是C-B鍵會(huì)迅速斷裂），并形成含有酚結(jié)構(gòu)的化合物，酚鹽會(huì)迅速自發(fā)地發(fā)生1，6-消除，形成QM。

Shu等[47]設(shè)計(jì)了一種H2O2/GSH雙響應(yīng)的硫縮酮納米顆粒（TKN），用于紫杉醇（PTX）的藥物遞送。結(jié)果表明，納米顆粒用H2O2或GSH處理后，藥物的釋放率大大增加，證實(shí)了納米顆粒對H2O2及GSH的響應(yīng)降解。而TKN降解所得的產(chǎn)物為硫辛酸和丙酮，具有生物可降解性。由此得到的雙響應(yīng)藥物遞送系統(tǒng)不僅可以提高生物利用度，同時(shí)也可減輕化療的不良反應(yīng)。

Shi等[48]合成了新型氧化還原雙響應(yīng)的基于兩親嵌段共聚物（ABP）并負(fù)載DOX的納米顆粒（BSN-DOX）。結(jié)構(gòu)中含有聚環(huán)氧乙烷的親水性嵌段和帶有二硫鍵連接的苯基硼酸酯基作為側(cè)基的疏水性嵌段。苯基硼酸酯的自消去離去基團(tuán)被腫瘤細(xì)胞外較高濃度的過氧化氫激活，隨后通過1，6-消除反應(yīng)迅速分解為對醌甲基化物，促使納米顆粒的降解，使DOX從BSN-DOX中快速釋放，達(dá)到可控治療的目的。

2 結(jié)論

傳統(tǒng)納米遞藥系統(tǒng)存在著諸多問題，多年來，研究人員為改善納米遞藥系統(tǒng)存在的諸如體內(nèi)穩(wěn)定性差、生物利用度低、代謝不穩(wěn)定等問題，不斷設(shè)計(jì)開發(fā)可實(shí)現(xiàn)靶向可控給藥的納米遞藥系統(tǒng)，如針對腫瘤微環(huán)境的特異性，對納米載藥系統(tǒng)或已有的治療藥物進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的修飾或優(yōu)化，希望在腫瘤部位或腫瘤細(xì)胞內(nèi)響應(yīng)性降解為生物小分子，減少毒性；同時(shí)可控地釋放出藥物，實(shí)現(xiàn)靶向治療的目的。此外，研究人員結(jié)合腫瘤微環(huán)境也設(shè)計(jì)了雙響應(yīng)或多響應(yīng)的納米載藥系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)氧化療法、光動(dòng)力療法、化學(xué)療法等多種療法的互補(bǔ)及聯(lián)合，最終得到響應(yīng)性高、選擇性好、制備簡單、可生物降解、可控釋放的納米遞藥系統(tǒng)。當(dāng)然，目前在載藥系統(tǒng)的臨床應(yīng)用方面還有諸多挑戰(zhàn)，如納米材料在體內(nèi)的毒性及安全性依然不能確定；大部分納米載藥系統(tǒng)的制備過程復(fù)雜，不適用于商業(yè)化生產(chǎn)；載藥系統(tǒng)的質(zhì)量、可靠性、穩(wěn)定性不能保證等等。不過，也有一些納米藥物已經(jīng)上市或是處于臨床試驗(yàn)階段，例如，NCT02043756、NCT00080418等，證明了納米藥物遞送系統(tǒng)的可行性和重要性，相信在更多研究人員的努力下，納米藥物遞送系統(tǒng)將能很好地應(yīng)用到臨床醫(yī)學(xué)上，幫助解決一些治療難題。