間充質(zhì)干細(xì)胞膜修飾納米粒在腫瘤治療中的研究進(jìn)展

許曉燕，衛(wèi)旭東，呂睿

(1.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，蘭州 730000； 2.甘肅省人民醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科，蘭州 730000)

間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cell，MSC)是一類具有自我更新和多向分化潛能的多能祖細(xì)胞。國(guó)際細(xì)胞治療學(xué)會(huì)定義：MSC表面表達(dá)CD90、CD105、CD73，但不表達(dá)CD14、CD34、CD45等造血和內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)志物[1]。干細(xì)胞治療在各生物治療領(lǐng)域研究逐漸深入，其中MSC被證實(shí)除可以通過特異性靶向損傷部位抑制炎癥進(jìn)行免疫調(diào)節(jié)外，還可以通過趨化作用靶向腫瘤組織。近年來仿生膜研究逐漸增多，不同細(xì)胞膜的受體不同，包括生長(zhǎng)因子受體、趨化因子受體、細(xì)胞因子受體等，其中趨化因子對(duì)MSC靶向腫瘤部位具有重要作用[2]。納米粒一般由天然高分子物質(zhì)或合成高分子物質(zhì)合成。功能性納米粒可以提高抗腫瘤藥物的傳遞效率[3]。在腫瘤治療中，傳統(tǒng)手術(shù)只能切除病變部位，而化療存在腫瘤耐藥和異質(zhì)性等問題，為進(jìn)一步解決上述問題，有研究將MSC膜涂抹于納米粒上，結(jié)果可以降低免疫原性，避免納米復(fù)合物過快被單核吞噬細(xì)胞清除，保護(hù)其攜帶的化療藥物及其他配體分子不被體內(nèi)肝臟等清除。另外，MSC修飾后的納米粒具有良好的組織相容性，不僅能增強(qiáng)腫瘤被動(dòng)靶向性，還可主動(dòng)靶向腫瘤組織或損傷組織[2]。MSC膜修飾納米粒被認(rèn)為是一種更簡(jiǎn)單、與臨床密切相關(guān)的負(fù)載方法?，F(xiàn)就MSC膜修飾納米粒合成納米復(fù)合物在抗腫瘤中的應(yīng)用進(jìn)展予以綜述，為腫瘤的臨床治療轉(zhuǎn)化提供理論依據(jù)。

1 MSC在腫瘤治療中的作用

MSC是一類具有再生性和多能性的異質(zhì)成纖維細(xì)胞樣細(xì)胞，存在于骨髓、臍帶血、脂肪組織、胎盤組織中。在一定條件下，MSC可分化為多種功能細(xì)胞，如在骨髓中主要分化為骨、軟骨和脂肪細(xì)胞；在神經(jīng)組織中，神經(jīng)干細(xì)胞可以產(chǎn)生神經(jīng)細(xì)胞和支持細(xì)胞；在造血系統(tǒng)中，造血干細(xì)胞則可以形成各種血液細(xì)胞等[4]。MSC在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起雙向作用，一方面可以分泌外泌體，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞與周圍基質(zhì)的相互作用，通過刺激微環(huán)境、促進(jìn)血管生成，阻止腫瘤細(xì)胞凋亡和免疫反應(yīng)的發(fā)生[5-8]。同時(shí)MSC對(duì)新增組織表現(xiàn)出明顯的趨向性，其分泌的外泌體通過刺激促炎癥因子和生長(zhǎng)因子在腫瘤部位釋放，參與腫瘤間質(zhì)的構(gòu)建和相關(guān)炎癥反應(yīng)的發(fā)生。另一方面，MSC分泌的外泌體具有抑制腫瘤的作用，研究發(fā)現(xiàn)臍帶MSC源外泌體在MCF-7腫瘤細(xì)胞中有良好的抗癌作用[9]。腫瘤的發(fā)生從正常細(xì)胞到惡性腫瘤細(xì)胞需至少經(jīng)歷4～7次突變[10]。MSC具有自我更新和分化的能力，在體內(nèi)分布廣泛，不斷分裂增殖，導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生率及增殖錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)增大，能夠在腫瘤治療中起到識(shí)別和靶向作用[11]。另外，由于MSC缺乏共刺激分子的表達(dá)，免疫原性相對(duì)較低，在同種異體移植中不需要過多考慮免疫抑制因素[12]。近年來，MSC廣泛應(yīng)用于腫瘤治療，其中納米粒結(jié)合MSC方面取得突破性進(jìn)展[13-15]。綜上所述，MSC可以提高腫瘤的靶向性以高效殺滅腫瘤細(xì)胞，且免疫原性低，在抗腫瘤的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)治療中廣泛應(yīng)用。

2 MSC膜修飾納米粒在抗腫瘤中的應(yīng)用

MSC膜能增強(qiáng)合成藥物的生物相容性、滲透性、保留效應(yīng)及對(duì)腫瘤的被動(dòng)靶向效應(yīng)，在逃避自身免疫系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)中發(fā)揮重要作用。其中細(xì)胞膜具有良好的相容性，能減少藥物對(duì)人體組織造成的不必要刺激和損傷，且與納米粒結(jié)合后形成的載藥系統(tǒng)不僅能增加化療藥的敏感性，還能加強(qiáng)被動(dòng)靶向性和特異主動(dòng)靶向性相結(jié)合，在抗腫瘤中的治療起關(guān)鍵作用。

2.1MSC膜在腫瘤治療中的特性 近年來仿生膜修飾納米復(fù)合物的研究逐漸增多，特別是細(xì)胞膜作為自身物質(zhì)，更具自身優(yōu)勢(shì)。不同MSC膜的受體不同，受體介導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)后，參與細(xì)胞環(huán)境及細(xì)胞核間的蛋白質(zhì)合成。MSC膜的受體之一趨化因子有多種受體(如趨化因子受體1、CXC趨化因子受體4、趨化因子受體5、CC趨化因子受體1)，容易在腫瘤組織或損傷部位黏附、遷移。有實(shí)驗(yàn)證實(shí)，MSC在腫瘤組織中與靶細(xì)胞相互結(jié)合后轉(zhuǎn)移至損傷部位，將藥物或基因等負(fù)載物釋放到目標(biāo)位置[16]。用不同的細(xì)胞膜(如紅細(xì)胞膜[17]、白細(xì)胞膜[18]、血小板膜[19]、干細(xì)胞膜和巨噬細(xì)胞膜)分別包裹納米顆粒后，表現(xiàn)出的靶向組織不同。目前癌癥的治療方法包括手術(shù)治療、化療、放療和基因治療等。手術(shù)可以直接切除腫瘤病變部位，但對(duì)于遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和多器官、多組織損傷的情況，無法切除該病變區(qū)組織。另一方面化療和放療在殺死病變細(xì)胞的同時(shí)也會(huì)對(duì)正常細(xì)胞造成損傷。為解決上述問題，研究人員利用MSC膜容易獲取、在體內(nèi)分布廣泛等特性，提出用MSC膜修飾納米粒合成納米復(fù)合物，以期能結(jié)合兩者的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮最大的生物學(xué)效應(yīng)。

2.2MSC膜修飾納米粒的制備及表征 天然細(xì)胞膜的提取一般先用低滲溶液使細(xì)胞破碎，然后經(jīng)過差速離心，反復(fù)擠壓得到粒徑均一的細(xì)胞膜微囊，常見的方法有低滲法、電穿孔法，其他還有利用脂質(zhì)體直接融合、化學(xué)鍵結(jié)合和分子間的范德華力、靜電作用、氫鍵作用等物理方法獲取[20]。MSC膜的獲取方便快捷，其修飾納米粒制備常用低滲溶液先使細(xì)胞破碎，然后通過物理方法(如擠壓)得到MSC膜，利用脂質(zhì)可以相互融合的特性合成納米復(fù)合物，MSC膜修飾后的納米粒一般呈明顯的球形，其水溶動(dòng)力學(xué)微增及粒徑變大，測(cè)量Zeta電位發(fā)現(xiàn)與MSC膜相當(dāng)，則認(rèn)為細(xì)胞膜成功包覆在納米粒表面[21]。MSC膜是否成功包覆在納米粒表面是納米粒載藥系統(tǒng)成功應(yīng)用的關(guān)鍵，其可以降低納米粒在體內(nèi)的清除速度等[22]。

2.3納米粒的選擇 納米粒大小為1～100 nm，按化學(xué)種類不同可以分為有機(jī)納米粒、無機(jī)納米粒、金屬納米粒、高分子納米粒等，不同納米粒的優(yōu)勢(shì)不同。近年來納米粒作為精準(zhǔn)傳遞分子靶向藥和化療藥到腫瘤組織的載體，在抗腫瘤治療中的作用廣泛：①納米粒具有較強(qiáng)的表面效應(yīng)，即對(duì)目的組織有吸附力和生物活性，且可生物降解，無細(xì)胞毒性和遺傳毒性。②由于納米分子小，在化療中能夠穿過血管壁進(jìn)入血液循環(huán)到達(dá)腫瘤部位。研究表明，正常組織的新生血管與腫瘤組織新生血管的區(qū)別在于后者具有一定的滲漏性，絕大多數(shù)的腫瘤組織血管具有“小孔”，直徑一般為380～780 nm，納米粒可以穿過毛細(xì)血管、組織間隙及組織內(nèi)皮細(xì)胞，將藥物在細(xì)胞或亞細(xì)胞的水平上釋放，而正常組織的血管內(nèi)皮細(xì)胞間隙較小，納米粒不能穿過，這也為納米粒運(yùn)輸抗癌藥物靶向進(jìn)入腫瘤組織提供了可能，也是其具有腫瘤靶向性的基礎(chǔ)[3]。③納米粒作為藥物載體可避免藥物被內(nèi)源性吞噬系統(tǒng)吞噬，提高藥物在體內(nèi)的穩(wěn)定性，但未經(jīng)過修飾的納米藥物極有可能被內(nèi)皮網(wǎng)狀系統(tǒng)的巨噬細(xì)胞吞噬，只有少量的納米藥物進(jìn)入目的組織，降低腫瘤治療的有效率。作為非病毒載體，納米載體具有特殊的結(jié)構(gòu)及表面電荷，可以根據(jù)需要進(jìn)行修飾，如連接小分子物質(zhì)，保護(hù)其目的基因不受機(jī)體血漿、組織細(xì)胞中各種補(bǔ)體及酶的破壞，在保證基因轉(zhuǎn)染效率的前提下，納米修飾后的基因能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定表達(dá)，納米載體可長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)，緩慢釋放，延長(zhǎng)藥物作用時(shí)間，與傳統(tǒng)的脂質(zhì)體相比，納米修飾后的基因能在機(jī)體中穩(wěn)定表達(dá)。④除一些納米粒本身在腫瘤中有一定治療作用外，修飾后的納米復(fù)合物可以靶向和定位腫瘤部位，通過控制藥物在血液中的釋放率來提高生物利用度。納米粒在腫瘤部位的積聚作用包括主動(dòng)和被動(dòng)作用，主動(dòng)靶向方面，可以結(jié)合配體產(chǎn)生主動(dòng)靶向沉積作用，如作用于細(xì)胞核。而被動(dòng)靶向，則由于其在腫瘤部位的高通透性和滯留效應(yīng)，納米材料能夠更好地透過腫瘤組織和保留在組織中，保證所攜帶的配體及化療藥等發(fā)揮最大作用，這為納米藥物的醫(yī)學(xué)生物治療提供了理論基礎(chǔ)。Le Fèvre等[23]通過去除磁小體表面潛在的有毒物質(zhì)后，在其表面覆蓋多聚賴氨酸，在小鼠膠質(zhì)瘤中，與單純化學(xué)合成的氧化鐵納米粒相比，覆蓋多聚賴氨酸的納米復(fù)合物抗癌效果更顯著。近年來，金屬納米粒在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用越來越廣泛。納米粒除作為藥物載體具有生物相容性和靶向目的組織外，還能通過自身轉(zhuǎn)換將外部光能轉(zhuǎn)換為熱能來殺死腫瘤細(xì)胞，達(dá)到抗腫瘤的目的。Multari等[24]以單寧酸為還原劑，制備了表面包覆金納米粒的超順磁性氧化鐵納米粒，超順磁性氧化鐵納米粒將接收到的光能轉(zhuǎn)化為熱能，選擇性靶向癌細(xì)胞，從而殺傷癌細(xì)胞。另外，Yang等[25]研究表明氧化亞銅納米粒在治療腎癌時(shí)通過促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)鈣和活性氧類的積累在體內(nèi)外誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，并且能降低化療藥物的耐藥性，增強(qiáng)化療藥物的敏感性，具有較低的全身毒性。

2.4MSC膜修飾納米粒在腫瘤治療中的優(yōu)勢(shì) 近年來，MSC膜修飾納米粒在臨床腫瘤治療研究中有諸多優(yōu)勢(shì)。Lai等[26]制備了低免疫原性的MSC膜，即一種新型的仿生膜，表面修飾納米粒后，不僅可以增強(qiáng)配體分子和藥物等被包載和攜帶物質(zhì)的靶向性，降低機(jī)體對(duì)納米復(fù)合物的免疫原性、提高對(duì)目的組織識(shí)別能力，且本身具有低毒性，減少對(duì)其他組織和細(xì)胞的損害。以往研究多通過表面修飾配體分子(如葉酸[27]、糖胺聚糖[28]、攜精氨酸-甘氨酸-天門冬氨酸肽)來加強(qiáng)藥物主動(dòng)靶向性，但上述配體分子除使受體密度和靶蛋白數(shù)量嚴(yán)重缺乏和影響其靶向性外，也可能會(huì)激活免疫系統(tǒng)，在一定程度上引起機(jī)體對(duì)該配體分子的過敏反應(yīng)[29]。近年來細(xì)胞膜作為載體顯示出其潛在優(yōu)勢(shì)。有報(bào)道提出，MSC可以分泌胞外小泡(一種攜帶蛋白質(zhì)、核酸和蛋白質(zhì)的膜小泡)，參與腫瘤的微環(huán)境調(diào)節(jié)、免疫及炎癥的發(fā)生[30]。

利用MSC的特性包覆納米粒來靶向高效治療癌癥，對(duì)腫瘤有明顯的抑制作用，其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。①同源靶向性：MSC膜還具有主動(dòng)靶向性，其含有的趨化因子受體可與受損組織產(chǎn)生的因子相互結(jié)合，特異地靶向炎癥或腫瘤等病變組織。腫瘤干細(xì)胞存在于腫瘤部位的侵襲區(qū)，傳統(tǒng)的化療藥物很難靶向這一部分細(xì)胞，這也是腫瘤復(fù)發(fā)的重要原因。合理地將MSC膜涂抹于納米粒表面可以達(dá)到良好的靶向性，從而提高化療藥物利用度，減少不良反應(yīng)的發(fā)生[31]。Yang等[32]利用MSC膜易獲得、增殖能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，合成聚乳酸羥基乙酸納米粒，在其表面涂抹一層MSC膜，結(jié)果表明，MSC膜可明顯提高聚乳酸羥基乙酸納米粒的細(xì)胞攝取能力，增強(qiáng)化療藥物對(duì)肝癌細(xì)胞的殺傷作用及靶向性，表現(xiàn)為抑制腫瘤生長(zhǎng)，誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞凋亡的作用。用熒光標(biāo)記后，在共聚焦顯微鏡下可觀察到納米復(fù)合物在細(xì)胞吸收過程中完好，進(jìn)一步研究功能化質(zhì)膜對(duì)納米粒的細(xì)胞攝取情況發(fā)現(xiàn)，隨著孵育時(shí)間延長(zhǎng)，細(xì)胞攝取率高于裸納米粒，且功能化納米復(fù)合物在靶向細(xì)胞吸收后容易在酸性環(huán)境下釋放。②免疫原性低且組織相容性好，循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)：由于腫瘤血管結(jié)構(gòu)紊亂及其間隙壓力較高，大多數(shù)傳統(tǒng)的被動(dòng)載藥顆粒只能穿過部分間隙，無法到達(dá)目的部位發(fā)揮高效的藥物傳遞作用。Gao等[33]證實(shí)涂抹MSC膜后納米粒的血液循環(huán)時(shí)間增加，正常直徑>200 nm的顆粒容易激活人類自我補(bǔ)體系統(tǒng)并被內(nèi)皮網(wǎng)狀系統(tǒng)清除，但是MSC膜可以增強(qiáng)趨化、靶向與逃避巨噬細(xì)胞的免疫作用，在成功制備MSC膜修飾納米粒后并對(duì)其特性進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)MSC膜修飾的納米粒具有較好的相容性，檢測(cè)血液中的血紅蛋白未見溶血。制備MSC膜囊泡，將其懸置于磷酸鹽緩沖鹽水和胎牛血清中2周，動(dòng)態(tài)光散射法監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)顆粒大小無明顯變化，證實(shí)了其在體內(nèi)外均有長(zhǎng)期穩(wěn)定性，且在蘇木精-伊紅染色中心臟、肝臟等重要器官組織均未有明顯炎癥或壞死細(xì)胞存在，證明其納米復(fù)合物無明顯的不良反應(yīng)[33]。③減小納米粒的毒性、增加化療藥物的敏感性，發(fā)揮協(xié)同作用[21]。Liu等[34]設(shè)計(jì)包覆MSC膜的阿霉素負(fù)載超順磁氧化鐵納米粒，研究其在結(jié)腸癌治療動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中的影響，發(fā)現(xiàn)包覆MSC膜的超順磁氧化鐵納米粒載藥系統(tǒng)可降低納米粒的毒性，提高阿霉素化療藥物的敏感性并減少全身不良反應(yīng)。Mu等[35]發(fā)現(xiàn)包裹磁性納米粒不僅可加速腫瘤細(xì)胞凋亡，還可加強(qiáng)干擾小RNA基因沉默和光熱治療的協(xié)同作用。Zhang等[36]構(gòu)建了攜帶疏水抗癌藥物7-乙基-10-羥喜樹堿的干細(xì)胞膜偽裝聚多巴胺納米粒，用于惡性骨腫瘤的光熱治療。結(jié)果顯示，該納米復(fù)合物在近紅外輻射和酸性環(huán)境刺激下釋放，檢測(cè)該負(fù)載后的納米復(fù)合物發(fā)現(xiàn)仍保持了良好的光熱效應(yīng)，具有協(xié)同光熱治療的作用，是治療骨惡性腫瘤的有效方法。

3 展 望

MSC膜修飾納米聚合物在抗腫瘤中的作用使其在生物醫(yī)學(xué)中有良好的應(yīng)用前景，但MSC膜修飾納米聚合物的應(yīng)用安全性及在腫瘤中的雙向性作用帶來的不良反應(yīng)還有待探討。不同納米粒的特性不同，有些納米粒自帶抗腫瘤功能，同時(shí)大部分納米復(fù)合物有親水性和疏水性兩面，因此如何利用不同納米粒正確包封或結(jié)合藥物顯得至關(guān)重要。另外目前已報(bào)道的細(xì)胞膜修飾納米粒以單膜居多，能否通過合成雙膜來合成更高效率的膜修飾納米聚合物以達(dá)到更好的抗腫瘤效果仍具有挑戰(zhàn)性。