納米技術在子宮內(nèi)膜異位癥中的應用探索

孫欽坤,陳瓊華

子宮內(nèi)膜異位癥(endometriosis，EMs)以子宮腔外存在異常生長的子宮內(nèi)膜樣腺體和間質為特征,該疾病影響10%～15%的育齡期婦女,最常見的癥狀是疼痛和不孕癥[1]。EMs明確診斷依賴有創(chuàng)性腹腔鏡手術，缺乏高效的早期診斷方法,治療以激素調(diào)控、手術切除和長期管理為主[2]。然而，激素相關不良反應限制了藥物療法的長期使用。手術的5年復發(fā)率超過一半[3]。此外，深部浸潤型EMs發(fā)生部位解剖結構復雜，手術風險增大且治療效果不佳。因此，探索新的診斷和治療策略極其重要。

二十年來，納米技術在多種疾病中的應用得到廣泛探索，尤其是腫瘤領域。一方面，許多報告表明，納米技術具有改善常規(guī)治療(例如化療)和成像[例如磁共振成像(MRI)]的潛力[4]。納米材料可作為藥物或成像劑的遞送載體，提高利用率并明顯降低毒副作用[5-6]。另一方面，許多納米材料存在理化刺激下的特殊反應。當存在適當光、熱或酸堿刺激時，納米材料形態(tài)或性質產(chǎn)生劇烈變化，稱為材料的光、熱或酸堿響應性。據(jù)此開發(fā)出了納米技術中獨特的治療方法，包括光聲成像(photoacoustic imaging，PAI)、光熱治療(photothermal therapy，PTT)和基因治療(gene therapy)等[7]。

近年來，已有文獻報道納米顆粒在EMs疾病模型中的研究[5，8-16]，尚未發(fā)現(xiàn)相關的臨床試驗。然而多種證據(jù)表明，納米技術有潛力為這種難治性的疾病提供新穎的診斷和治療策略，值得更深入全面的研究?，F(xiàn)就納米顆粒的類型、靶向性特點及治療方式進行詳細介紹。

1 納米顆粒的類型

常見的納米顆粒一般分為4類，即脂質體(liposomes)、聚合物納米顆粒(polymeric nanoparticles)、枝狀聚合物(dendrimers)和無機納米顆粒(inorganic nanoparticles),見圖1。

圖1 常見納米顆粒

脂質體是由類似細胞膜的雙層磷脂組成的球狀體，其研發(fā)歷史久遠且應用最為廣泛。最早于1995年，美國FDA批準脂質體Doxil上市，用于治療多種腫瘤[17]。近年，mRNA脂質體用于開發(fā)新冠肺炎疫苗。目前，與EMs相關的脂質體鮮有報道。

聚合物納米顆粒是由可生物降解或者天然存在的聚合物組成的有機納米顆粒，如聚乳酸-羥基乙酸(polylactic-co-glycolic acid，PLGA)或者殼寡糖(chitosan oligosaccharide)納米顆粒[5-6，9-10]。聚合物納米顆粒的主要優(yōu)點是以較低的工程化設計難度實現(xiàn)包括響應環(huán)境信號(例如酸堿、溫度、酶)和表面配體修飾等的復雜功能[18]。EMs相關文獻已報道應用殼寡糖-硬脂酸(chitosan oligosaccharide-stearic acid，CSO-SA)[6]、聚乙二醇-聚己內(nèi)酯(polyethylene glycol-polycaprolactone，PEG-PCL)[15]和PLGA聚合物[9]等包載質粒、siRNA和抗體。

枝狀聚合物是一種較大的聚合物納米顆粒，因分支多，呈樹枝狀而得名。枝狀聚合物擁有非常大的表面積，因而負載能力強。由于分支的單體容易定制，開發(fā)特定藥代動力學性質的藥物相對簡單。目前聚酰胺-胺枝狀聚合物(polyamidoamine，PAMAM)可與抗體結合以進行靶向治療[12]。

無機物納米顆粒已用于EMs診斷與治療的研究[8，19]。一方面，無機物納米顆粒擁有性質穩(wěn)定、功能多樣等優(yōu)點，良好的光熱轉化性能通常用于MRI和光熱治療。另一方面，無機物納米顆粒不可生物降解，對機體損傷性大。因此，亟需進一步研究來探索低毒性或無毒性的無機納米顆粒。

2 納米顆粒的靶向性

相較于傳統(tǒng)藥物，靶向性是納米技術的獨特優(yōu)勢。在腫瘤領域，一般認為，通過利用增強的通透和保留效應(enhanced permeability and retention effect，EPR)，可將納米顆粒被動靶向(passive targeting)至實體瘤。多數(shù)腫瘤組織存在大量隔膜未封閉的新生血管以及淋巴管缺陷。因此，適當尺寸的納米顆粒通過腫瘤血管微孔泄露滲入腫瘤組織，由于淋巴引流減少而在腫瘤微環(huán)境中蓄積[20],見圖2。

研究表明，EMs病灶血管豐富并處于炎癥狀態(tài)。在腹腔鏡檢查過程中，經(jīng)常觀察到EMs病變周圍的血管增加[21-23]。其中，未成熟血管數(shù)量是其他組織的數(shù)倍[21]。同樣，血管抑制劑可抑制EMs的生長[24]。此外，在實體腫瘤中涉及的血管通透性和EPR效應的各種因素[例如血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、緩激肽、活性氧(ROS)、一氧化氮(NO)、前列腺素(PGs)]也與EMs相關[22]。異位病變還可通過產(chǎn)生細胞因子、趨化因子和PGs等引起局部炎癥反應和免疫細胞改變，尤其巨噬細胞受到關注[23](圖2)。由此可見，EMs與實體瘤的微環(huán)境相近，可假設全身注射的納米顆粒同樣經(jīng)未成熟的高滲透性血管滲出并在子宮內(nèi)膜異位病變中蓄積。

圖2 納米顆粒被動靶向至腫瘤組織圖示

利用熒光染料標記納米顆粒，并通過熒光成像方式追蹤納米顆粒在動物體內(nèi)的分布，現(xiàn)有幾篇文獻描述了子宮內(nèi)膜異位組織中納米顆粒的積累和保留情況[6，15-16]，但納米顆粒在子宮內(nèi)膜異位組織中分布的研究仍相對較少。

在被動靶向的基礎上，通過應用靶向配體(例如肽，抗體，小分子等)修飾納米顆粒實現(xiàn)更強的保留和積累[25]，稱為主動靶向(active targeting)。全身注射的納米顆粒必須首先通過被動靶向到達表達靶受體的組織，進而配體與受體組織結合[26]。Guo X等[16]的研究表明，工程化金納米顆粒表面的TNYL 多肽標記通過與EMs病灶過度表達的酪氨酸蛋白激酶受體B4(EphB4)受體結合實現(xiàn)更高效的蓄積。

3 基于納米顆粒的治療方式

多種形式的納米顆粒具有治療EMs的潛力，它既可單獨用作治療劑，又可用作其他藥物的遞送載體。同時，納米顆粒的另一個優(yōu)勢是將不同的治療分子封裝在同一遞送載體中并作用于疾病的多個治療靶點。文獻表明，針對EMs治療現(xiàn)已開發(fā)了多種基于納米顆粒的策略，包括傳統(tǒng)藥物治療、基因治療、光療和免疫療法，并在動物模型中驗證了方法的可行性。

3.1 傳統(tǒng)靶點

EMs是一種激素依賴性疾病，另外氧化應激通過在盆腔內(nèi)引起炎癥反應而促進子宮內(nèi)膜異位的發(fā)病和發(fā)展。炎癥反應可能連同局部芳香酶和雌激素形成炎癥-激素的正反饋[27]。氧化應激可誘導VEGF mRNA的過表達和血管生成的增加[28]。Chaudhury K等[8]發(fā)現(xiàn)氧化鈰無機納米顆粒可清除自由基并發(fā)揮EMs治療作用，治療組小鼠觀察到血清氧化應激標志物下調(diào)與病灶腺體減少。Singh AK等[14]提出了一種基于兩種治療劑沒食子酸和強力霉素的組合療法。沒食子酸的抗炎促凋亡特性以及強力霉素的基質金屬蛋白酶抑制活性共同作用于病灶。相較于單藥組，組合治療組小鼠病灶腺體數(shù)量更少。納米顆粒還被用于減輕EMs相關性疼痛。Yuan M等[10]應用一種包載疼痛受體拮抗劑A-317491的納米顆粒治療疼痛,通過熱痛覺測試發(fā)現(xiàn)治療組大鼠痛覺敏感性下降。

3.2 基因治療

異位內(nèi)膜組織存在大量異常表達的基因。納米顆粒發(fā)揮的作用類似病毒載體，可將質粒、mRNA和siRNA等包載在內(nèi)部轉染異位細胞。納米顆粒以其靶向、低毒和高效的優(yōu)點成功進行體內(nèi)轉染。納米顆粒進入細胞后形成內(nèi)吞體(endosome)，RNA從內(nèi)吞體逃逸后釋放到胞質并發(fā)揮作用[29]。在EMs領域，Zhao MD等[6]利用聚合物殼寡糖-硬脂酸包載色素上皮衍生因子(PEDF)質粒發(fā)揮抗血管作用。在大鼠模型中，治療使病灶體積減少了約50%。之后，包載水通道蛋白2(AQP2)siRNA的聚合物治療組同樣觀察到病灶大小顯著下降以及腺體間質的萎縮[5]。

3.3 光療

作為一種新的治療方式，光療利用某些納米顆粒的光響應性質。它通常分為兩類： PTT和光動力療法(photodynamic therapy，PDT)。在PTT中，吸光分子用于將光能轉換成熱能并產(chǎn)生病變的局部熱療。產(chǎn)生的熱量主要通過誘導凋亡或壞死導致細胞死亡。而PDT是一種主要通過激發(fā)光敏劑與分子氧之間的相互作用產(chǎn)生有毒的ROS來破壞病變組織的方法[30-31]。Moses AS等[15]研究出包載硅萘菁 (silicon naphthalocyanine ，SiNc)的 PEG-PCL 納米顆粒。由于近紅外光(near infrared,NIR)穿透力強，可達深部組織，經(jīng)吸光分子硅萘菁轉化為熱能。在照射15 min后，病灶局部升溫至53℃并導致猴EMs細胞95%死亡。

3.4 免疫治療

免疫治療通過激活或抑制免疫系統(tǒng)來治療疾病，已成為多種腫瘤的治療熱點。免疫療法通過刺激免疫系統(tǒng)來啟動或放大免疫反應，方法是針對特定的免疫細胞群體，例如巨噬細胞、樹突狀細胞、自然殺傷細胞、T細胞和其他淋巴細胞，或者非特異性刺激多種免疫細胞[32]。Liu Q等[9]研究了包載anti-CTLA-4抗體的PLGA納米顆粒對CD4 + CD25 + Tregs的作用。結果表明，實驗組EMs小鼠腹腔液中CD4 + CD25 + Tregs數(shù)量顯著減少；共培養(yǎng)過程中，異位內(nèi)膜間質細胞增殖與侵襲均明顯下調(diào)。

4 結論和未來展望

盡管納米藥物在EMs中應用的研究仍處于起步階段，但總結上文內(nèi)容不難發(fā)現(xiàn)，基于納米顆粒的策略在多種模型中被證明是有效的。不同類型納米顆粒富集于異位病灶，并根據(jù)各自的治療方式成功地降低了病變大小和腺體數(shù)量。由此可見，納米技術的特點和優(yōu)勢為EMs的診斷和治療打開了一扇新的大門。EMs相關癥狀是不可忽視的臨床難題，納米技術能否提供高效的對癥方法值得進一步探索。EMs病灶可累及包括卵巢、腹膜、腸管、韌帶和膀胱等多種器官，不同分型EMs發(fā)病機制存在差異，癥狀特點不同，這提示了分型對治療策略的影響。

EMs是一種良性疾病，與腫瘤相比，對治療的安全要求更高。安全性是開發(fā)有效治療策略中不可忽視的重要考量標準。探索安全高效的策略離不開對材料的優(yōu)化，而明確納米材料與EMs細胞和組織的相互作用便成為了一個關鍵的方向。

如前所述，納米顆粒在EMs動物模型中顯示出與腫瘤相似的生物分布特征和功效，這提示了借助已有的腫瘤領域研究成果發(fā)展新策略的可能。然而，EMs動物造模方式多樣且未統(tǒng)一，因此給準確評估不同藥物的性能帶來干擾和困難。

在面臨高效診斷和治療策略屈指可數(shù)的情況下，納米技術能否成為一個新的突破口，這有待于基礎和臨床的進一步探討和研究。