抗惡性腫瘤骨轉(zhuǎn)移納米藥物研究進(jìn)展*

王雅澤，秦名揚(yáng)，徐戎

(華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)系，武漢 430030)

惡性腫瘤是全球重要的公共衛(wèi)生問題之一，其發(fā)病率和死亡率呈逐年上升趨勢。腫瘤遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移是患者死亡的首要原因。世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機(jī)構(gòu)發(fā)布的《2020全球癌癥報(bào)告》顯示，癌癥患者已達(dá)1929萬例，其中死亡患者近1000萬例。預(yù)計(jì)2040年新發(fā)癌癥患者將達(dá)到2840萬例[1]。遠(yuǎn)離原發(fā)腫瘤部位發(fā)生的繼發(fā)腫瘤被稱為“轉(zhuǎn)移瘤”，腫瘤轉(zhuǎn)移是癌癥治療失敗和死亡的關(guān)鍵原因，90%的晚期腫瘤患者死于腫瘤轉(zhuǎn)移[2]。骨是腫瘤轉(zhuǎn)移的常見部位，晚期乳腺癌和前列腺癌的骨轉(zhuǎn)移率可超過70%[3]，肺癌的骨轉(zhuǎn)移率超過40%[4]。骨轉(zhuǎn)移不僅會(huì)導(dǎo)致疼痛、骨折和脊髓壓迫等骨骼并發(fā)癥，死亡率也較高。目前的臨床治療仍以姑息治療為主，常規(guī)的手術(shù)、放射治療(放療)、化學(xué)治療(化療)、激素治療等僅可在一定程度上延長患者的生存時(shí)間[5]。因此，亟需尋找新的治療策略來改善骨轉(zhuǎn)移患者的預(yù)后?？鼓[瘤納米藥物是納米技術(shù)與腫瘤治療學(xué)相結(jié)合的新興產(chǎn)物，在癌癥治療中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，與傳統(tǒng)藥物相比，具有載藥量高、腫瘤靶向性好以及釋放可控等優(yōu)勢[6]。納米藥物分為兩類：一類是納米藥物顆粒，即藥物自身納米化；一類是納米藥物載體，即借助其來攜載治療藥物[7]。目前已有多種納米材料用于骨轉(zhuǎn)移治療研究，如脂質(zhì)體(liposomes)、聚合物膠束(polymeric micelles)、聚合物納米粒子(polymeric nanoparticles)、樹枝狀大分子(dendrimers)、碳納米管(carbon nanotubes，CNTs)、氧化石墨烯(graphene oxide，GO)等[8-9]。筆者將從骨轉(zhuǎn)移瘤的特殊性入手，對(duì)抗骨轉(zhuǎn)移納米藥物的研究進(jìn)展進(jìn)行介紹。

1 骨轉(zhuǎn)移瘤概述

疼痛和骨相關(guān)事件為骨轉(zhuǎn)移的主要臨床癥狀，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量并加速患者死亡。骨轉(zhuǎn)移的發(fā)生與骨結(jié)構(gòu)的特異性密切相關(guān)[10]：骨小梁表面的竇狀隙微循環(huán)結(jié)構(gòu)為腫瘤細(xì)胞提供了最佳的轉(zhuǎn)移通道[11]；骨成分——細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)，也是癌細(xì)胞定植和生長的主要場所[12]。

骨轉(zhuǎn)移發(fā)生機(jī)制復(fù)雜，涉及骨微環(huán)境(bone microenvironment)中腫瘤細(xì)胞、成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞和鈣化骨基質(zhì)之間的協(xié)同相互作用，這一溶骨性過程通常被稱為“惡性循環(huán)”[13]。骨髓中的造血細(xì)胞、間充質(zhì)細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞使骨髓腔富含多種生長因子和趨化因子，這對(duì)轉(zhuǎn)移性腫瘤細(xì)胞的聚集和生長至關(guān)重要。腫瘤細(xì)胞也可以分泌一些作用于成骨細(xì)胞或破骨細(xì)胞的可溶性因子，刺激溶解性病變中的破骨細(xì)胞分化，繼而降解骨，釋放儲(chǔ)存的生長因子，刺激腫瘤細(xì)胞增殖[14]。其中轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)對(duì)骨轉(zhuǎn)移過程具有重要作用；腫瘤細(xì)胞和骨細(xì)胞之間Wnt和Notch信號(hào)通路的病理激活也可促進(jìn)溶骨性骨轉(zhuǎn)移[15-16]；成骨細(xì)胞粘附并在骨表面遷移，分泌核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)受體活化因子配體RANKL，與其受體RANK結(jié)合，從而控制破骨細(xì)胞的分化、活化和存活[17-18](圖1)。

2 骨轉(zhuǎn)移瘤的臨床治療

骨轉(zhuǎn)移瘤可根據(jù)腫瘤類型、轉(zhuǎn)移位置、轉(zhuǎn)移程度以及患者整體健康情況來選擇合適的治療方案[18]。骨轉(zhuǎn)移的治療策略主要包括：①殺滅癌細(xì)胞，避免骨轉(zhuǎn)移性病變的進(jìn)展；②靶向骨微環(huán)境，避免產(chǎn)生“惡性循環(huán)”；③姑息療法，緩解骨轉(zhuǎn)移相關(guān)癥狀[19]?；谝陨喜呗?，骨轉(zhuǎn)移治療的主要方法包括手術(shù)、放療、化療、內(nèi)分泌以及包括鎮(zhèn)痛藥在內(nèi)的支持治療。

雙磷酸鹽類藥物(bisphosphonates，BPs)可抑制破骨細(xì)胞分化、骨黏附及溶解酶的產(chǎn)生和分泌，是治療惡性腫瘤骨轉(zhuǎn)移的主要藥物。BPs雖可在一定程度上抑制骨轉(zhuǎn)移，但其常伴有高血鈣、腎功能損害、頜骨壞死等副作用，單獨(dú)使用有較大的臨床局限性[20]。RANKL抑制藥地諾單抗(denosumab)是一種人源化的單克隆抗體，通過與RANKL高親和力結(jié)合，減少破骨細(xì)胞的形成和活性[21]。但停用地諾單抗后，骨溶解反彈可能會(huì)加速骨丟失，且少數(shù)患者在停止治療后出現(xiàn)椎體骨折[22]。

骨基質(zhì)致密、骨微環(huán)境特殊使藥物難以在轉(zhuǎn)移部位滲透和積累。常規(guī)藥物治療存在骨靶向困難、毒性強(qiáng)、易耐藥等問題。因此，迫切尋找新技術(shù)來克服上述困難，納米藥物便是最新發(fā)展的治療策略之一。

3 抗骨轉(zhuǎn)移的納米藥物研究

納米顆粒具有顆粒小、比表面積大、表面反應(yīng)活性高、活性中心多及吸附能力強(qiáng)等特性，有利于攜載藥物，是抗腫瘤藥物的良好載體。納米材料可通過增強(qiáng)的通透和滯留效應(yīng)(enhanced permeability and retention effect，EPR)介導(dǎo)被動(dòng)靶向作用，或在納米顆粒表面修飾選擇性配體實(shí)現(xiàn)主動(dòng)靶向，從而提高藥物的骨吸收率，實(shí)現(xiàn)腫瘤高效靶向遞送[12]，并減少對(duì)正常組織的毒副作用(圖2)。

①侵入周圍組織；②內(nèi)滲到血液循環(huán)系統(tǒng)和淋巴系統(tǒng)；③通過血液循環(huán)轉(zhuǎn)移到骨骼，滲出并存活于骨髓；④最終定植在骨骼形成骨轉(zhuǎn)移瘤。圖1 惡性腫瘤發(fā)生骨轉(zhuǎn)移的過程 ①invade into surrounding tissue；②intravasate into blood circulatory and lymphatic systems；③translocate through bloodstream to bones，extravasate and survive in bone marrow；④ eventually colonize to form a bone metastatic tumor.Fig.1 The process of bone metastasis in malignant tumors

圖2 納米材料結(jié)合化療藥物治療骨轉(zhuǎn)移 Fig.2 Nanomaterials combined with chemotherapy drugs in the treatment of bone metastases

3.1脂質(zhì)體 脂質(zhì)體是粒徑為1～100 nm的脂質(zhì)雙分子層形成的內(nèi)部為水相、外部為油相的閉合性膠體結(jié)構(gòu)，是目前最成熟的納米藥物制劑[8]。脂質(zhì)體介導(dǎo)的藥物傳遞由于效率高、生物相容性好、無免疫原性、全身毒性低等優(yōu)勢，在腫瘤治療中應(yīng)用廣泛[23]。有研究采用腫瘤穿透肽功能化脂質(zhì)體作為抗雄激素受體的反義寡核苷酸載體，用于前列腺癌骨轉(zhuǎn)移治療。腫瘤穿透肽脂質(zhì)體顯著提高了雄激素受體反義寡核苷酸對(duì)皮下移植瘤和脛骨內(nèi)轉(zhuǎn)移瘤的生長抑制效果[24]。有研究利用阿侖膦酸鹽(alendronate，ALN)和低分子量肝素雙重修飾的脂質(zhì)體遞送阿霉素治療骨肉瘤和乳腺癌骨轉(zhuǎn)移瘤，其中阿侖膦酸鹽可作為骨靶向和骨質(zhì)疏松治療劑，低分子量肝素可延長脂質(zhì)體的血液循環(huán)時(shí)間。結(jié)果表明，該系統(tǒng)能顯著抑制骨轉(zhuǎn)移瘤生長[25]。

3.2聚合物納米顆粒 聚合物納米顆?？蓮姆肿铀皆O(shè)計(jì)、制備、合成，尺寸大小和粒子均一、易控制。其生物降解性和生物相容性好、無毒、長循環(huán)、易于控制釋放[26]。具有骨歸巢特性的阿侖膦酸來錨定生物可降解聚合物膠束，可用于骨轉(zhuǎn)移的靶向治療。這些膠束具有骨保護(hù)能力，可調(diào)控破骨細(xì)胞的募集、分化和吸收。多西他賽(docetaxel，DTX)是治療轉(zhuǎn)移性乳腺癌的一線化療藥物，將其封裝在ALN修飾的膠束中，可實(shí)現(xiàn)緩釋和改善藥動(dòng)學(xué)的目的。在晚期彌散性乳腺癌骨轉(zhuǎn)移瘤模型中，DTX膠束可抑制腫瘤生長，顯著延長動(dòng)物存活時(shí)間[27]。還有研究表明pH和谷胱甘肽(glutathione，GSH)雙敏感磷酸鈣-聚合物雜化納米顆粒(DTX@Cap/HP)共載唑來膦酸(zoledronic acid，ZOL)和DTX，可顯著減少前列腺癌PC-3細(xì)胞增殖和骨轉(zhuǎn)移所致骨損傷[28]。

3.3樹狀大分子 樹狀大分子是一種高度枝化、對(duì)稱、輻射狀的新型納米高分子。它由內(nèi)部的核心和多個(gè)枝化官能團(tuán)以及外部的表面基團(tuán)三部分組成，具有獨(dú)特的單分散性?？蔀榕c樹狀聚合物結(jié)合的藥物提供長循環(huán)時(shí)間、高穩(wěn)定性、水溶性，并降低免疫原性和抗原性[29]。ALN與聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)偶聯(lián)的PAMAM樹枝狀聚合物(PEG-PAMAM-ALN)共價(jià)結(jié)合，可顯著抑制黑色素瘤骨轉(zhuǎn)移的生長[30]。

3.4碳納米管 碳納米管又名巴基管，具有比表面積大、載藥量高、易穿透細(xì)胞膜、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等性質(zhì)，可與多種生物分子相連，提高靶向性。多壁碳納米管(multi-walled carbon nanotubes，MWCNT)是一種優(yōu)良的骨組織修復(fù)材料，具有生物相容性好、韌性好、強(qiáng)度大、機(jī)械性能佳等特點(diǎn)[31]。研究表明，MWCNT聯(lián)合近紅外照射，可有效治療乳腺癌骨轉(zhuǎn)移，并且安全性良好[32]。還有研究發(fā)現(xiàn)將雙膦酸鹽共軛到MWCNT上，BPs分子量增加，這樣可以防止游離BPs擴(kuò)散至血液循環(huán)中，使其不會(huì)提前釋放[33]。

3.5氧化石墨烯 具有極高比表面積的氧化石墨烯(GO)可以與各種生物分子相互作用，因此也可用于抗腫瘤藥物遞送[34]。有研究表明GO納米顆粒、水合磷酸鈰(cerium phosphate，CePO4)納米棒和生物活性殼聚糖(chitosan，CS)可結(jié)合形成生物活性多功能CePO4/CS/GO支架，具有光熱效應(yīng)、促進(jìn)巨噬細(xì)胞極化及血管形成、誘導(dǎo)骨形成等特點(diǎn)。GO修飾的CePO4納米棒能夠有效治療乳腺癌骨轉(zhuǎn)移，并提高骨再生能力。多功能CePO4/CS/GO支架有望成為治療乳腺癌骨轉(zhuǎn)移的良好平臺(tái)[35]。

3.6仿生納米載體 仿生納米載體因其獨(dú)特的性能而受到關(guān)注。如被細(xì)胞膜包裹的納米顆?？梢垣@得多種生物功能，逃避清除，從而延長其在血液循環(huán)中的半衰期，更有效地靶向富集[36]。用于骨靶向的細(xì)胞膜仿生納米顆粒主要利用骨髓細(xì)胞來源的細(xì)胞系或從腫瘤細(xì)胞系分離的細(xì)胞膜，具有骨靶向和腫瘤靶向能力[37]。有研究采用來自骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞和前列腺癌細(xì)胞的混合膜包裹交聯(lián)肽-硫辛酸膠束(mixed membrane encapsulated cross-linked peptide lipoic acid micelles，LC)，合成仿生納米系統(tǒng)PB@LC，用來遞送藥物DTX和siSREBP1。該方法實(shí)現(xiàn)了前列腺癌的同源靶向和骨歸巢能力，從而準(zhǔn)確靶向前列腺癌骨轉(zhuǎn)移，具有良好的腫瘤抑制效果[38]。最近的另一項(xiàng)研究利用仿生材料構(gòu)建仿骨硒摻雜羥基磷灰石納米顆粒(bone-mimetic selenium-doped hydroxyapatite nanoparticles，B-SeHANs)。B-SeHANs中含中硒(用于化療)和羥基磷灰石(用于骨修復(fù))，在治療骨腫瘤方面具有雙重作用。結(jié)果顯示B-SeHANs可通過活性氧(reactive oxygen species，ROS)介導(dǎo)JNK通路的激活和Akt/mTOR通路的抑制誘導(dǎo)自噬和凋亡，減少骨破壞[39]。干細(xì)胞膜(stem cell membrane，SCM)偽裝聚多巴胺納米顆粒攜載多柔比星(doxorubicin，DOX)和PD-L1 siRNA(PDA-DOX /siPD-L1@SCM)協(xié)同化療/免疫治療，在前列腺癌骨轉(zhuǎn)移中療效優(yōu)異[40]。

3.7巨噬細(xì)胞載體 有研究構(gòu)建了近紅外光激活型工程化巨噬細(xì)胞-前藥載體[Oxa(IV)@ZnPc@M]，其可增強(qiáng)乳腺癌原發(fā)腫瘤和骨轉(zhuǎn)移瘤的化療/光療/免疫治療效果。Oxa(IV)@ZnPc@M可有效地靶向骨轉(zhuǎn)移瘤，促進(jìn)M1表型極化；也可以通過近紅外觸發(fā)藥物釋放，聯(lián)合光動(dòng)力療法殺滅腫瘤。聯(lián)合程序性細(xì)胞死亡蛋白配體抗體可激活特異性的抗腫瘤免疫反應(yīng)。工程化巨噬細(xì)胞遞藥載體為乳腺癌骨轉(zhuǎn)移瘤治療提供了一種協(xié)同治療的新模式[41]。

3.8金屬有機(jī)骨架納米顆粒 ZOL對(duì)功能化免疫刺激胞嘧啶鳥嘌呤二核苷酸(cytosine-phosphate-guanosine，CpG)負(fù)載金屬有機(jī)骨架化合物(metal-organic framework，MOF)納米顆粒進(jìn)行表面修飾，使其具有骨靶向能力。功能化的骨靶向免疫刺激MOF納米顆粒(BT-isMOF)在體外顯示出與磷酸鈣的強(qiáng)結(jié)合，在體內(nèi)顯示出特異靶向性和在骨組織中的積累。BT-isMOF納米顆?？赏ㄟ^誘導(dǎo)腫瘤駐留巨噬細(xì)胞的M1極化，從而有效抑制乳腺癌腫瘤生長和破骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨破壞[42]。

靶向治療骨轉(zhuǎn)移的納米藥物見表1。

表1 靶向治療骨轉(zhuǎn)移的納米藥物 Tab.1 Nanomedicine targeted therapy for bone metastasis

續(xù)表1 靶向治療骨轉(zhuǎn)移的納米藥物 Tab.1 Nanomedicine targeted therapy for bone metastasis

4 展望

本文總結(jié)了納米藥物治療骨轉(zhuǎn)移的進(jìn)展。針對(duì)傳統(tǒng)治療手段的應(yīng)用瓶頸，納米藥物憑借其獨(dú)有的生物學(xué)特性，在惡性腫瘤骨轉(zhuǎn)移治療中發(fā)揮了重要作用。隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，納米藥物的研究前景廣闊，有望解決骨轉(zhuǎn)移這一長期困擾臨床的治療難題。