新型碘油制劑及肝癌介入治療研究進展

張洪瑞，陳 虎，朱 靖，毛景松，劉 剛

(1．廈門大學公共衛(wèi)生學院 分子影像暨轉化醫(yī)學研究中心，福建 廈門 361102) (2．廈門大學附屬翔安醫(yī)院 介入科，福建 廈門 361102)

1 前 言

肝癌是全世界發(fā)病率和病死率最高的癌癥之一，也是全球第6大常見癌癥和第3大致死性癌癥[1]。我國是全球肝癌高發(fā)國家之一，肝癌已成為我國第2大致死性癌癥，對人民生命健康造成嚴重危害，其有效診治是亟待研究和解決的問題[2]。肝細胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)是原發(fā)性肝癌中最常見的組織學類型[3]。手術切除和肝移植治療是早期肝細胞癌的最佳治療手段，但是由于疾病起病隱匿，大部分患者被發(fā)現(xiàn)時已經(jīng)處于中晚期，失去了手術治療的最佳時機。并且，肝移植價格昂貴且肝源稀少，能夠接受肝移植治療的患者十分有限[4]。對于不能手術切除、多病灶型或肝外擴散的中晚期肝細胞癌患者，經(jīng)肝動脈化療栓塞(transcatheter arterial chemoembolization, TACE)已成為國際各大診療指南的一線推薦治療方法[5, 6]。碘油是目前TACE使用最廣泛的栓塞劑，與各類抗腫瘤藥物物理混合，制備成互不相溶的新型碘油復方藥物乳劑是最主要的應用方式。

2 碘油應用于肝細胞癌診療的理論基礎

2.1 肝細胞癌特殊的血供

大多數(shù)肝細胞癌是典型的富血管腫瘤，微血管生物標志物的表達與疾病的發(fā)展和進展有關[7]。正常肝臟組織受肝動脈和門靜脈的雙重血供，其中75%左右的血供來自門靜脈，約25%來自肝動脈[8]。但原發(fā)性肝細胞癌主要是依靠肝動脈供血，僅有約10%的肝細胞癌存在門靜脈供血[9]。正是由于肝細胞癌特殊的血供特點，經(jīng)肝動脈開展介入治療已經(jīng)成為治療非手術切除肝癌的重要手段之一。

2.2 碘油的特性

碘油能長期積聚于肝細胞癌組織中，而在正常組織中卻很少積聚或很快被排泄掉[10]。碘油出現(xiàn)以上特性的原因尚不完全明確，目前多數(shù)學者認為，這與肝細胞癌組織血管豐富、血流量大、血管管壁彎曲，以及碘油粘度大、難排泄有關，肝細胞癌組織內淋巴系統(tǒng)的不完整及吞噬細胞的缺乏，也可能是碘油得以長時間滯留的原因[11-13]。根據(jù)肝臟腫瘤的血供特點和碘油在肝癌組織中的特異性分布，碘油常被用于肝動脈的栓塞治療。碘油經(jīng)肝動脈進入腫瘤靶血管之后，進入主要栓塞末梢血管并滯留，從而使腫瘤組織缺血、缺氧而壞死[13]。

碘油還具有不透X射線的特性，因此富集于腫瘤區(qū)域的碘油不僅可用于腫瘤的治療，還可以應用于早期腫瘤的電子計算機斷層掃描(computed tomography, CT)成像，協(xié)助診斷腫瘤在體內的位置和大小[7]。Liu等[14]研究發(fā)現(xiàn)，利用碘油做CT造影可以有效診斷直徑≤1 cm的肝癌病灶。

在碘油的介入治療中，碘油不僅發(fā)揮栓塞劑的作用，而且還承擔載體的角色[7, 11]，因其特異性滯留于肝細胞癌組織內的性質，可以在碘油中混入各類抑制腫瘤細胞生長的化療藥物、放射性核素等制成碘油混合乳劑，使藥物在病灶局部長時間滯留，從而提高藥物的療效，并減少藥物對其他正常組織細胞的毒副作用[7]。

3 碘油乳劑在肝細胞癌治療中的研究進展

當前碘油乳劑在肝細胞癌治療中的研究熱點主要集中于以下2個方面：① 研究碘油作為載體與各類藥物制成碘油乳劑的治療效果；② 研究如何提高碘油乳劑的穩(wěn)定性以取得更好的療效。

3.1 與各類藥物制成碘油乳劑

將碘油與各類藥物混合制成的用于肝細胞癌治療的碘油乳劑主要有細胞毒性化療藥物、藥物洗脫微球(drug-eluting microspheres, DEBs)、放射性元素標記物、多功能納米材料等乳劑(圖1)。本文按上述分類選取了一些有代表性的研究進行了闡述。

3.1.1 碘油細胞毒性藥物乳劑

目前經(jīng)肝動脈化療栓塞常用的細胞毒性藥物有阿霉素、伊達比星、絲裂霉素C、順鉑等。細胞毒性化療藥物制成的碘油乳劑已被廣泛應用于臨床肝細胞癌的降期治療和姑息療法，并且已被眾多臨床試驗證明能夠有效抑制肝細胞癌的進展，延長患者的生存時間[15-17]。抗腫瘤的細胞毒性化療藥物與碘油在注射前經(jīng)簡單混合制成乳劑，經(jīng)肝動脈注入，與單純的靜脈化療相比，碘油和藥物的混合乳劑能長期滯留在肝動脈，并且隨血流進入腫瘤微血管內，藥物在病灶處濃度更高、緩釋時間更長，抑制、殺傷腫瘤的效果顯著優(yōu)于單純靜脈化療，而且由于大部分藥物都聚集于病灶處，化療藥物對正常組織細胞的影響減小，病人更少出現(xiàn)毒副作用[15, 17]。Lo等[16]開展了一項隨機對照臨床試驗，試驗選取了80名不能手術切除的肝細胞癌患者隨機分為2組，試驗組的40名病人采用TACE(順鉑碘油乳劑)，對照組的40名病人采用一般對癥治療，結果分析顯示，試驗組的平均生存時間要顯著長于對照組。目前臨床上主要存在2個限制碘油化療藥物有效治療肝細胞癌的因素。第1個因素是肝細胞的化療栓塞尚未有統(tǒng)一規(guī)范化的定量標準[18]，臨床醫(yī)師沒有可參考的化療藥物種類及劑量標準，不同醫(yī)院采用不同的方案和劑量，甚至同一科室的不同醫(yī)師采用的方案也不相同。如何在標準不同的情況下比較療效，以及如何依據(jù)不同的臨床證據(jù)制定規(guī)范統(tǒng)一的量化標準是亟待解決的問題。第二個因素是簡單混合的化療藥物碘油乳劑穩(wěn)定性很差。臨床上化療藥物和碘油的混合乳劑往往是在手術前用三通閥簡單混合制成，由于許多化療藥物是水溶性的，無法穩(wěn)定存在于碘油中，簡單混合后僅數(shù)分鐘便分層析出，這種藥物突釋作用嚴重影響了TACE治療效果(圖2)[19]。因此，改善碘油化療藥物混合乳劑的穩(wěn)定性是提高TACE療效的重要研究方向，本文后面章節(jié)將進行論述。

圖2 超穩(wěn)定均相混合配方技術及傳統(tǒng)碘化配方技術制備的碘油阿霉素配方在0，3，12 h和21 d的穩(wěn)定性情況[19]Fig.2 The stability of lipiodol doxorubicin (DOX) formula prepared by super-stable homogeneous intermixed formulation technology (SHIFT) and traditional iodinated formulation technology (TIFT) at 0, 3, 12 h and 21 days[19]

3.1.2 碘油藥物洗脫微球乳劑

傳統(tǒng)碘油栓塞劑的治療效果雖然已在長期臨床實踐中得到證明，但是碘油在體內存在被組織降解及血液沖刷的問題，影響栓塞效果。藥物洗脫微球是近年來發(fā)展的一類血管栓塞材料，其作為一種粒徑可控的栓塞劑，可顯著改善這一短板。除此之外，微球的使用更加精細和標準化[20]，可減少治療后的不良反應及毒副作用，如惡心、嘔吐、肝區(qū)疼痛[7, 21]。然而微球本身沒有靶向腫瘤細胞的性質，且目前還沒有明確證據(jù)表明微球的療效優(yōu)于碘油。Golfieri等[22]開展的多中心隨機對照試驗對比了藥物洗脫微球和傳統(tǒng)碘油TACE在肝細胞癌中的療效，指標包括腫瘤進展時間(time to progression, TTP)、不良事件(adverse events, AEs)和2年生存率。研究結果顯示，DEBs與傳統(tǒng)碘油TACE對肝細胞癌的治療都是有效且安全的，TTP(P=0.766)和2年生存率沒有統(tǒng)計學差異(P=0.949)，唯一的不同是藥物洗脫微球的腹痛發(fā)生率低于傳統(tǒng)碘油TACE。如果能將碘油和微球混合，結合腫瘤對碘油特異攝取的優(yōu)勢和微球標準可控的優(yōu)勢，將極大提高栓塞劑性能，改善肝細胞癌介入治療的效果。李兆南等[23]研究了聚乙烯醇微球碘油乳劑的治療作用，發(fā)現(xiàn)聚乙烯醇微球碘油乳劑組的治療有效率高于碘油明膠海綿顆粒組，且毒副作用和并發(fā)癥的發(fā)生率更低。由于大部分藥物洗脫微球表現(xiàn)為親水性，因此與碘油難以實現(xiàn)穩(wěn)定的混合，這成為阻礙碘油和微球混合應用的關鍵因素。為解決以上問題，Caine等[24]制備了新型的疏水性聚乙烯醇水凝膠藥物洗脫微球，實現(xiàn)了微球與碘油的穩(wěn)定混合，為研制碘油微球栓塞劑擴寬了道路。

3.1.3 碘油放射性元素標記物乳劑

經(jīng)肝動脈放療栓塞(transcatheter arterial radioembolization, TARE)是一種內部放射療法，通過放射性高能射線的直接作用及電離輻射產(chǎn)生的氧自由基，導致DNA損傷，從而殺死癌細胞。與外部放射治療相比，TARE在腫瘤內部的放射劑量更大而且對正常組織的影響更小，適用于多發(fā)性局部病灶和門靜脈血栓形成的病例[7, 25]。根據(jù)肝細胞癌的血供特點，標記有放射性核素的碘油乳劑經(jīng)導管通過肝動脈進入腫瘤組織之后，主要栓塞腫瘤末梢血管，在使腫瘤組織缺血缺氧壞死的同時實現(xiàn)“定向放療”。這樣就使得腫瘤組織本身聚集了足夠的放射性核素，又減少了周圍正常組織的暴露放射量，極大地提高了放療效果，減小了放療對正常組織細胞的影響[13]。而放療與栓塞治療的結合，進一步提升了治療的效果。目前肝細胞癌TARE治療應用較廣泛的的核素有131I、90Y和188Re。131I標記的碘油已經(jīng)在臨床應用多年，但其療效依舊存在爭論。Dumortier等[26]進行了131I-碘油乳劑治療的前瞻性研究，對研究對象隨訪2年，發(fā)現(xiàn)131I-碘油乳劑治療組的腫瘤復發(fā)率低于單純碘油組(28%vs.56%，P=0.0449)。近年來，由于其長半衰期(8 d)及高能γ輻射，131I碘油逐漸被90Y微球和188Re碘油取代。188Re與131I都發(fā)射β和γ射線，但188Re發(fā)射的γ射線很少，半衰期只有16.9 h，因此患者在治療后僅需要短時間的隔離護理。此外，188Re輻射組織穿透深度達到4 mm，遠大于131I的0.4 mm，更有利于殺傷深部腫瘤細胞[27]。188Re碘油的研究發(fā)展迅速，已有3種用于肝細胞癌治療的188Re碘油類型：188Re-HDD、188Re-DEDC和188Re-SSS。其中188Re-HDD是研究最早和最多的，已經(jīng)在數(shù)名中晚期肝癌患者的治療中顯示出良好的腫瘤抑制作用[27]。188Re-HDD的局限性在于其低放射標記率和過快的腎臟代謝。新研發(fā)的188Re-SSS是一種更穩(wěn)定、標記效率更高的188Re碘油，目前正在進行臨床試驗[27, 28]。

3.1.4 碘油多功能納米材料乳劑

隨著多功能納米材料技術的不斷突破，以碘油作為載體，結合多功能納米材料的治療策略使得納米藥物的靶向遞送性能不斷改善。這種策略通過將納米藥物分散在碘油中，來實現(xiàn)腫瘤靶向的緩控釋放，顯著提高了納米藥物的給藥效率，同時還減少了納米材料對正常細胞組織的毒副作用，成為碘油臨床應用研究的新方向[29]。Li等[30]制備了負載阿霉素的空心金納米球，與碘油混合后經(jīng)大鼠肝動脈給藥，實現(xiàn)了光熱消融和化療栓塞的聯(lián)合治療，取得了良好的治療效果。碘油多功能納米藥物不僅能在腫瘤部位實現(xiàn)多治療聯(lián)合，還可利用不同納米材料的特點，實現(xiàn)多模態(tài)成像監(jiān)測與可控的藥物釋放。Liu等[31]制備了一種有機二氧化硅包覆的磁性納米顆粒，不僅可以負載阿霉素，還可以連接Cy5.5分子，與碘油混合經(jīng)肝動脈給藥，實現(xiàn)了熒光和核磁共振多模態(tài)成像。Kim等[32]制備了一種負載阿霉素的白蛋白納米粒子碘油乳劑微泡復合物(DOX-NPs-MB)，經(jīng)肝動脈給藥后可以通過超聲監(jiān)測藥物的遞送，并通過超聲觸發(fā)藥物的釋放，有效提高了VX2兔子模型中的腫瘤殺傷效果(圖3)。多功能納米材料極大地擴展了介入治療在肝細胞癌中的應用，同時碘油又解決了納米材料的靶向性和緩釋性問題，這二者的結合應用還為肝細胞癌的介入治療拓寬了道路。目前，碘油多功能納米藥物的研究還處于臨床前研究階段，如何盡早實現(xiàn)臨床轉化還需要研究人員的更多探索。

圖3 碘油配方中采用DOX-NPs-MB復合物，以及在TACE過程中通過超聲處理(US+)增強藥物遞送示意圖(注：紅色小球：負載阿霉素的白蛋白納米顆粒，黃色小球：微泡)[32]Fig.3 Schematic illustration showing the use of DOX-NPs-MB complex in lipiodol formulation to enhance drug delivery via ultrasound irradiation (US+) during TACE procedure(PS：Red spheres ：doxorubicin loaded albumin nanoparticles, yellow spheres：microbubbles)[32]

3.2 提高碘油乳劑穩(wěn)定性

TACE的臨床療效尚不理想，可能的原因是用于治療的碘油乳劑性質不穩(wěn)定，導致能在靶點發(fā)揮作用的藥物劑量小、濃度低、清除過快[33]。碘油乳劑的穩(wěn)定性是影響其治療效果的一個重要指標，穩(wěn)定性好的碘油乳劑不易被沖刷稀釋，在靶位的濃度更高、持續(xù)時間更久，可顯著提高治療效果。目前在化療藥物協(xié)同栓塞劑的常規(guī)制備工藝中，化療藥物與碘油大都是在手術前通過三向旋塞簡單機械混合制備的。這種方式簡單快捷，但是制作的乳劑往往存在藥物分布不均、保存期短、制劑不穩(wěn)定的問題。這些問題都限制了TACE的療效?？朔熕幬镌诘庥椭械牟环€(wěn)定性是提高肝細胞癌介入治療療效的重要方向和研究熱點(表1)。

表1 增加碘油乳劑穩(wěn)定性的策略Table 1 Strategies for increasing the stability of lipiodol emulsions

Deschamps等[34]在VX2兔子模型上探究了碘油乳劑的穩(wěn)定性對治療效果的影響，對照組使用傳統(tǒng)的碘油阿霉素乳劑(油水體積比為1∶1)，實驗組使用提升穩(wěn)定性的碘油阿霉素乳劑(油水體積比為3∶1，增添乳化劑)。結果表明，強化穩(wěn)定型乳劑在HCC組織中的密度要高于傳統(tǒng)乳劑組，實驗組24 h后HCC組織中的阿霉素濃度也同樣高于對照組，實驗組腫瘤抑制程度更高，證明了穩(wěn)定性更佳的碘油乳劑治療效果更好。Boulin等[35]研究了4種穩(wěn)定性不同的阿霉素碘油乳劑或伊達比星碘油乳劑，對8例不能手術治療的肝細胞癌患者的治療效果，結果顯示，穩(wěn)定性最好的碘油乳劑伊達比星-碘油乳劑抗腫瘤效果最好。

還有一種改善碘油乳劑穩(wěn)定性的方法是制備Pickering乳劑，Pickering乳劑是一種以超細固體顆粒吸附在油/水界面以提高穩(wěn)定性的劑型。Deschamps等[36]在VX2兔子模型上進行了分組實驗，對照組采用傳統(tǒng)的碘油奧沙利鉑乳劑，實驗組采用聚乳酸-羥基乙酸共聚物(poly lactic-co-glycolic acid, PLGA)納米顆粒制備的Pickering碘油奧沙利鉑乳劑。實驗結果顯示，Pickering組的藥物穩(wěn)定性更好、病灶處藥物濃度更高、作用時間更長，顯示出更好的腫瘤抑制效果。Deschamps等[37]還利用納米PLGA成功制備了能穩(wěn)定負載阿霉素的Pickering油包水碘油乳劑，并驗證了其生物安全性，這種更穩(wěn)定的Pickering乳劑有望為碘油乳劑栓塞治療帶來更好的療效。

目前，提高碘油乳劑穩(wěn)定性的策略大部分是改變藥物性質或添加表面活性劑，但是這些方法可能會改變藥物原本的結構，使藥物無法發(fā)揮應有的作用，或者引入有毒基團引起毒副作用。基于此，作者課題組[38]開發(fā)了一種“超穩(wěn)定均相混合配方技術(super-stable homogeneous intermixed formulation technology, SHIFT)”，該技術可以在超臨界狀態(tài)下混合制劑，提高了藥物在碘油中的溶解度與穩(wěn)定性。超臨界狀態(tài)即壓力與溫度都超過混合物的臨界點時，該物質會處于一種特殊的流體狀態(tài)，在這種狀態(tài)下其擴散系數(shù)、密度、粘度等均會發(fā)生改變，有利于提高藥物在溶質中的溶解性[39]。并且這種混合技術是綠色物理的，沒有使用任何化學修飾，可應用于碘油與臨床上廣泛使用的多種藥物的穩(wěn)定混合，如診斷試劑、細胞毒性藥物和放射性核素等[38]。利用該技術實現(xiàn)了化療藥物阿霉素和碘油的均一穩(wěn)定混合，在取得更好療效的同時減小了化療藥物對正常組織的影響[19]。此外，基于SHIIFT技術制備的吲哚菁綠(ICG)-碘油乳劑[40]表現(xiàn)出更好的熒光性能和穩(wěn)定性，有望實現(xiàn)更精準的手術熒光導航(圖4)。

圖4 熒光引導下VX2兔子模型活體腫瘤切除的評價[40]：(a)分別用熒光強度投影系統(tǒng)和燈光下相機記錄的手術前后照片，(b)對切除的腫瘤進行熒光成像、數(shù)字化X線成像系統(tǒng)(digital radiography，DR)成像和光聲成像的照片，(c)在激光照射下抗淬滅情況Fig.4 Evaluation of living tumor resection in VX2 model rabbits guided by fluorescence[40]: (a) the fluorescence (FL) holographic projection and bright light (BL) was recorded at pre-operation and post-operation, (b) the resected tumors were measured by fluorescent, DR imaging and photoacoustic imaging, (c) the anti-quenching ability was recorded under laser exposure

4 結 語

碘油因其獨特的性質在肝細胞癌的治療中得以廣泛應用，其不僅可作為栓塞劑，還可作為載體與各類抗腫瘤藥物、放射性核素等制備成碘油藥物乳劑，使這些抗腫瘤藥物能夠在腫瘤區(qū)聚集并持續(xù)發(fā)揮作用，顯著提高治療效果[7, 11]。研究碘油乳劑的應用對治療肝細胞癌有著非常重要的意義，目前研究的熱點集中于研制新型抗腫瘤碘油乳劑和增加碘油乳劑穩(wěn)定性2大方面。隨著對肝細胞癌分子發(fā)病機制和腫瘤微環(huán)境的不斷深入研究，抗腫瘤血管生成治療和免疫治療正成為新的治療趨勢[41]。有研究報道，動脈栓塞術后會引起腫瘤內部缺氧加劇，導致HIF-α(缺氧誘導因子-1)和VEGF(血管內皮生長因子)等因子上調，引起腫瘤轉移和復發(fā)[42]。多激酶抑制劑索拉非尼、舒尼替尼等藥物能靶向阻斷多種血管內皮生長因子信號，目前索拉非尼與經(jīng)動脈栓塞的聯(lián)合治療已經(jīng)在臨床上得到應用，使患者無進展生存時間得到有效延長[43]。隨著單克隆抗體藥物被批準用于肝癌治療，特別是程序性死亡受體1(PD-1)藥物的應用，使免疫治療聯(lián)合介入治療被寄予厚望，相關臨床試驗也不斷開展起來。除此之外，還有一些腫瘤內部微環(huán)境響應的納米材料也被設計出來[44]，這些納米材料能與腫瘤內部特殊的酸性、乏氧等微環(huán)境產(chǎn)生響應，緩解腫瘤內部缺氧、糾正過酸環(huán)境，使腫瘤內部微環(huán)境正?；?，從而幫助抑制腫瘤血管的生長并激活抗腫瘤免疫。這些新型抗腫瘤藥物在肝細胞的介入治療中展現(xiàn)出驚人的潛力，有望制備成碘油乳劑，為患者帶來新的希望。另一方面，碘油乳劑的良好穩(wěn)定性是保證其抗腫瘤療效的關鍵[33]，制劑技術的突破和材料學的發(fā)展賦予碘油乳劑更加廣闊的前景，應用新型制劑技術與新型納米材料增加碘油乳劑的穩(wěn)定性，能極大地拓展碘油乳劑平臺，增強碘油被肝細胞癌特異性攝取的優(yōu)勢，不僅有利于更好地發(fā)揮藥物療效，還能顯著減少治療過程中的毒副作用和并發(fā)癥，減輕病人的痛苦[29]。特別是既不改變藥物性質，又不引入其他基團的“綠色”穩(wěn)定技術研究，有望為碘油乳劑的應用帶來新的突破。

碘油乳劑在長期治療肝細胞癌的臨床實踐中業(yè)已證明極富應用價值，其緩釋特性及對肝細胞腫瘤的超選擇性使它成為肝細胞癌治療研究道路上的“明燈”，對碘油乳劑的不斷深入研究和應用擁有光明的前景。