葡萄糖-黃連素納米顆粒抑制腦膠質(zhì)瘤的價(jià)值

郝志強(qiáng) 王樹斌 朱 巍

黃連素又叫鹽酸小檗堿(berberine hydrochloride，BBR)，它是從清熱解毒中藥黃連及小檗堿屬植物中提取分離得到的一種異喹啉類生物堿，在傳統(tǒng)中醫(yī)藥中廣泛應(yīng)用于大腸濕熱，赤白下痢，里急后重或暴注下瀉，肛門灼熱等。隨著現(xiàn)代藥理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，BBR具有調(diào)節(jié)免疫、消炎、殺菌、降壓、降糖、抗血小板聚集以及抗腫瘤等作用，故臨床上可用于腸炎、心血管疾病、糖尿病以及惡性腫瘤等疾患[1]。特別是在乳腺癌、前列腺癌、肝癌、腸癌、黑色素瘤和神經(jīng)膠質(zhì)瘤的研究中發(fā)現(xiàn)，BBR通過抑制細(xì)胞增殖、促進(jìn)細(xì)胞凋亡、阻止腫瘤細(xì)胞遷移和浸潤(rùn)、增加腫瘤細(xì)胞對(duì)放療射線的敏感度以及為化療藥物增敏等方面達(dá)到抗腫瘤的作用[2,3]。

一、黃連素的抗腫瘤機(jī)制以及給藥途徑

黃連素的具體抗腫瘤機(jī)制可能體現(xiàn)在以下方面，BBR通過復(fù)雜的信號(hào)通路抑制多種腫瘤細(xì)胞的惡性增殖，但對(duì)不同的腫瘤細(xì)胞的作用特點(diǎn)也不完全相同，例如在細(xì)胞周期方面，BBR能使分裂的細(xì)胞停滯于G0/G1期，抑制DNA合成[4]。另有研究表明，BBR通過影響p21蛋白表達(dá)，阻滯腫瘤細(xì)胞于G2/M期，提高放化療的敏感度，同時(shí)通過有絲分裂危象途徑殺滅腫瘤細(xì)胞；也有文獻(xiàn)報(bào)道，BBR可以直接殺死腫瘤干細(xì)胞[5]。此外，既往研究顯示，BBR可通過抑制缺氧誘導(dǎo)因子-1α (hypoxia-inducible factor-1α, HIF-1α)的表達(dá)來抑制腫瘤血管形成，阻斷腫瘤細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞及胞外基質(zhì)之間的黏附等多種途徑抑制腫瘤的生長(zhǎng)，但其是否可以通過表觀調(diào)控來影響腫瘤侵襲或血管新生等方面尚無系統(tǒng)報(bào)道。

BBR給藥途徑的差異能導(dǎo)致吸收率的顯著差異，在大鼠的多途徑BBR給藥模式研究(如口服、腹腔注射、尾靜脈注射等)中發(fā)現(xiàn)，口服途徑最為安全，無半數(shù)致死量(LD50)，腹腔注射次之(LD50為57.6103mg/kg)，靜脈給藥有著較低的LD50(9.0386mg/kg)，伴隨大鼠心率的降低[6]。在200mg/kg BBR口服給藥后，結(jié)合液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜(liquid chromatography-mass spectroscopy/mass spectroscopy，LC-MS/MS)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)BBR快速分布到肝臟、腎臟、肌肉、肺、腦、心臟、胰腺等組織，在隨后的4h，BBR能穩(wěn)定滯留于肝臟、腎臟、腦和胰腺組織，并伴隨4種代謝物的產(chǎn)生[7]。在BBR處理的小鼠、大鼠和家兔中都均沒有出現(xiàn)急性毒性，藥代動(dòng)力學(xué)及對(duì)血-腦脊液屏障(blood brain barrier，BBB)的通透性的研究中發(fā)現(xiàn)，BBR對(duì)血-腦脊液屏障的通透有兩個(gè)方向，即從血液循環(huán)入腦以及從腦到外周循環(huán)。然而，這兩個(gè)方向存在著顯著差異，藥物血液循環(huán)入腦(靜脈給藥)比從腦擴(kuò)散到外周循環(huán)(腦室內(nèi)注射)困難得多，從而表現(xiàn)為BBR在腦組織內(nèi)的累積。而關(guān)于BBR是否能直接穿透血-腦脊液屏障，少數(shù)研究認(rèn)為,BBR可以透過BBB，但缺乏對(duì)相應(yīng)的機(jī)制的進(jìn)一步研究[8]。

二、惡性腦膠質(zhì)瘤的治療現(xiàn)狀和瓶頸問題

腦膠質(zhì)瘤發(fā)生率約為12/10萬，約占顱內(nèi)所有腫瘤的49%，大部分為惡性表現(xiàn)，容易發(fā)生腫瘤播散及復(fù)發(fā)，且有難治性的特點(diǎn)，惡性腦膠質(zhì)瘤的5年生存率為6%[9]。腦膠質(zhì)瘤在腦實(shí)質(zhì)內(nèi)呈彌漫浸潤(rùn)性生長(zhǎng)，肉眼很難分辨腫瘤的組織學(xué)邊界，且由于腦功能區(qū)的限制，僅依靠經(jīng)驗(yàn)和肉眼判斷，切除程度難以完全切除腫瘤[10]，臨床上一般手術(shù)切除不會(huì)超過影像學(xué)上所見的腫瘤邊界。因此，盡管顯微手術(shù)技術(shù)在不斷進(jìn)步，但切除術(shù)后早期復(fù)查腦MRI結(jié)果提示仍有約40%的腦膠質(zhì)瘤存在殘留表現(xiàn)。目前臨床上仍然無法通過影像學(xué)技術(shù)來有效地確定腦膠質(zhì)瘤的具體邊界，腦膠質(zhì)瘤播散、侵襲的規(guī)律也無規(guī)律可循；在局部放射治療方面，腦膠質(zhì)瘤的放射致死量顯著高于正常腦組織的耐受量，所以腫瘤區(qū)域局部加量也無法達(dá)到腫瘤的放射致死量，不能有效殺滅腫瘤。

血-腦脊液屏障是動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)中由毛細(xì)血管壁與神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞緊致相連而形成的血漿與腦細(xì)胞組織間的屏障，以及由脈絡(luò)叢形成的血漿與腦脊液間的屏障，血-腦脊液屏障作為腦和脊髓內(nèi)的一個(gè)動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)界面，為大腦和脊髓維持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境。在臨床治療中，很多藥物不能透過BBB，這也是造成中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾患用藥在給藥途徑上的一個(gè)瓶頸。替莫唑胺(temozolomide，TMZ)是目前腦膠質(zhì)瘤治療的一線標(biāo)準(zhǔn)口服烷化劑，TMZ的耐藥是造成腦膠質(zhì)瘤化療失敗的主要原因之一，腦膠質(zhì)瘤化療耐藥的原因是多方面因素共同作用造成的結(jié)果，是一個(gè)十分復(fù)雜的互相作用的生物學(xué)過程，近年來，在腦膠質(zhì)瘤藥物治療方面選擇TMZ和生物靶向藥物聯(lián)用是比較活躍的一個(gè)研究領(lǐng)域，聯(lián)合用藥可能提高抗腫瘤療效并且降低患者的毒性反應(yīng)。另外，由于解剖結(jié)構(gòu)、神經(jīng)功能和放射抵抗等因素的限制，腦膠質(zhì)瘤局部治療的手段難以完全控制腫瘤，治療效果差，復(fù)發(fā)率高。臨床上，腦膠質(zhì)瘤的治療仍然難以取得令人滿意的效果，尋找新的藥物和靶向治療手段是目前的熱點(diǎn)。

近年來，隨著醫(yī)學(xué)科技的大踏步前進(jìn)，學(xué)科之間甚至不同領(lǐng)域的相互交叉融合，尤其是多學(xué)科協(xié)同理念的不斷強(qiáng)化以及實(shí)踐，腦膠質(zhì)瘤的臨床治療方法呈現(xiàn)多樣化且相關(guān)技術(shù)均有顯著的進(jìn)步，目前已形成了以手術(shù)切除為主，聯(lián)合放化療、靶向治療、免疫治療等其他方法的綜合治療體系，也不乏有尚在實(shí)驗(yàn)研究階段的中樞神經(jīng)系統(tǒng)靶向給藥的方法，包括頸內(nèi)動(dòng)脈注射高滲性藥物，靶向單克隆抗體偶聯(lián)藥物后系統(tǒng)途徑給藥，腦內(nèi)直接注射給藥，脂質(zhì)體技術(shù)包載藥物以增加腦脊液中的藥物濃度，病毒載體介導(dǎo)基因后直接腦內(nèi)注射，利用緩激肽拮抗劑或者穿膜肽促使毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞膜性改變BBB的通透性。但是這些方法均有其不足，表現(xiàn)在制備工藝太復(fù)雜；中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)脂質(zhì)體的攝入特異性較差，導(dǎo)致其他正常組織器官分布較多及其相應(yīng)的不良反應(yīng)；病毒載體介導(dǎo)基因和腦內(nèi)注射方式也存在安全隱患。

針對(duì)惡性膠質(zhì)瘤的靶向藥物在體內(nèi)的輸送是一個(gè)級(jí)聯(lián)過程，納米載體需要連續(xù)突破多重的生物屏障才能達(dá)到輸送的高效性，才能進(jìn)一步提高納米藥物的治療效果；藥物在血漿中長(zhǎng)時(shí)間保留可以實(shí)現(xiàn)在顱內(nèi)腫瘤組織中的富集以進(jìn)一步提高濃度取得更好的療效；克服腫瘤周圍的腫瘤組織代謝環(huán)境(血-腫瘤屏障)的阻礙(由組織缺氧、酸中毒、間質(zhì)高壓，以及產(chǎn)生的大量生長(zhǎng)因子和蛋白水解酶，免疫炎性反應(yīng)等形成)，滲透到腫瘤組織中的每個(gè)部分以作用于所有的腫瘤細(xì)胞，快速地進(jìn)入到各個(gè)腫瘤細(xì)胞，并且在細(xì)胞內(nèi)將藥物快速釋放以期充分達(dá)到抗腫瘤作用。若需實(shí)現(xiàn)上述多級(jí)連續(xù)的過程，目前已有的功能單一的載體材料是難以實(shí)現(xiàn)的，這就需要進(jìn)一步根據(jù)藥物輸送過程中關(guān)鍵屏障的性能和特點(diǎn)，來設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的性能的材料，多項(xiàng)功能協(xié)同克服上述藥物輸送過程中的各種生物屏障。

三、納米技術(shù)在黃連素中的應(yīng)用

隨著科技的發(fā)展，納米材料由于其獨(dú)特的理化和生物性質(zhì)在藥物制備中產(chǎn)生越來越廣泛的應(yīng)用[11]。近期初步研究顯示，納米藥物分子與傳統(tǒng)的腫瘤化學(xué)治療藥物比較，具備其獨(dú)有的生物特性，比如：納米顆?？梢愿玫赝ㄟ^生物體內(nèi)的各種生理屏障，從而充分進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，納米藥物分子的靶受體可能與傳統(tǒng)的腫瘤化學(xué)治療藥物的受體不同；特定大小的納米材料可通過逃避機(jī)體免疫系統(tǒng)的攻擊，增加了它在體內(nèi)的半衰期；同時(shí)，納米材料所產(chǎn)生的被動(dòng)靶向效應(yīng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤部位的靶向效果。這表明納米藥物的殺傷以及抑制腫瘤的具體機(jī)制可能不同于傳統(tǒng)化學(xué)治療藥物的具體機(jī)制。腦膠質(zhì)瘤由于血-腦脊液屏障的存在，導(dǎo)致水溶性藥物透過率低，難以在膠質(zhì)瘤內(nèi)形成有效的血藥濃度。

納米材料是利用納米顆粒的小尺寸以及表面效應(yīng)來改善機(jī)體對(duì)藥物的吸收效果且同時(shí)可以達(dá)到人工控制藥物的釋放的效果[12]。通過藥物的納米化組裝，提高藥物穿過血-腦脊液屏障的能力，更改其布局，提升其生物利用度等，所以納米化藥物可以在顱內(nèi)更好地發(fā)揮療效。與傳統(tǒng)的化療藥物比較，納米化藥物可以提高穩(wěn)定性以及靶向性。對(duì)擬設(shè)的組織、器官具有靶向作用，而且可以更好地進(jìn)入靶細(xì)胞或細(xì)胞器中，納米化藥物濃聚于靶細(xì)胞更加提高了治療效果，也可以顯著減輕因藥物分布廣泛而引起的相關(guān)不良反應(yīng)[13]。這正是臨床中應(yīng)用毒性不良反應(yīng)較大的抗腫瘤藥物所期待的途徑，所以對(duì)于腦膠質(zhì)瘤的治療納米化藥物具有顯著優(yōu)勢(shì)。直徑為30～100nm的納米顆粒的相關(guān)理化、生物性能優(yōu)越，容易于機(jī)體內(nèi)形成長(zhǎng)循環(huán)系統(tǒng)，可以更加有效地通過血-腦脊液屏障，進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，達(dá)到更好的靶向給藥效果。

葡萄糖包被的黃連素/鹽酸小檗堿納米顆粒(glucose-coated berberine nanopartical，BBR-Glu NP)粒徑為238nm,較BBR-Water的475nm有顯著的生物學(xué)優(yōu)勢(shì)。腫瘤生長(zhǎng)需要消耗大量的能量和氧氣，腫瘤的失控性生長(zhǎng)使腫瘤細(xì)胞的增殖能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了為其供應(yīng)能量的滋養(yǎng)血管的增殖能力，能量供應(yīng)相對(duì)不足，而且腫瘤細(xì)胞在有氧的條件下，也主要是以糖酵解途徑獲得能量，導(dǎo)致葡萄糖大量的消耗，而ATP的生成仍不能滿足自身的需要。因此，腫瘤細(xì)胞需要通過葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(glucose transporter，GLUT)的高表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)且可以促進(jìn)糖代謝，以維持腫瘤細(xì)胞基本的葡萄糖代謝順利進(jìn)行。

腫瘤細(xì)胞和血-腦脊液屏障的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)明顯高于正常細(xì)胞，一些證據(jù)表明，GLUT1/3能夠介導(dǎo)葡萄糖包被的納米顆粒穿過血-腦脊液屏障和血-腫瘤屏障[14～17]。GLUT1/3主要是依靠細(xì)胞膜內(nèi)外葡萄糖的濃度差將其由細(xì)胞外轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)。葡萄糖包被的納米金、氧化鎂、鐵等納米顆粒已經(jīng)顯示出對(duì)腫瘤獨(dú)特的靶向性，尤其是葡萄糖包被的金納米顆粒已經(jīng)證實(shí)可以通過血-腦脊液屏障[18～21]。一般而言，腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)較正常細(xì)胞均旺盛，其能量來源主要為葡萄糖的酵解，葡萄糖包被的納米顆粒有望通過葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)途徑進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，對(duì)代謝活躍的腫瘤具有更好的組織靶向性[22]。前期工作發(fā)現(xiàn)，BBR-Glu NP對(duì)腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞的線粒體有獨(dú)特的親和性，線粒體既是細(xì)胞能量代謝的主要環(huán)境，又可以促進(jìn)細(xì)胞的凋亡，會(huì)在能量代謝途徑影響腫瘤的惡性行為。BBR-Glu NP可過線粒體途徑影響腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞的能量代謝，ROS聚集，線粒體嵴結(jié)構(gòu)的破壞甚至消失，以及促進(jìn)細(xì)胞G2/M期阻滯與細(xì)胞凋亡。同時(shí)，BBR-Glu NP對(duì)腦膠質(zhì)瘤U251和U87 G2/M期阻滯，將對(duì)放射治療具有潛在的增敏作用，可能通過有絲分裂危象提高腦膠質(zhì)瘤的放療敏感度。鑒于BBR-Glu NP對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤作用機(jī)制的研究還未見報(bào)道，因此，探索BBR-Glu NP在腦膠質(zhì)瘤的靶向治療方面具有一定的臨床意義。

四、展 望

葡萄糖包被的黃連素混合納米顆粒較水溶性黃連素具有更好的藥物攝入量和細(xì)胞殺傷性，而且體外實(shí)驗(yàn)已顯示出葡萄糖包被的黃連素/鹽酸小檗堿混合納米顆粒可以通過線粒體代謝途徑引起腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞生長(zhǎng)抑制、周期阻滯、凋亡增加，但是仍有很多問題有待于進(jìn)一步研究了解，比如該納米藥物是否能夠有效透過血-腦脊液屏障，通過血-腦脊液屏障后該藥物是否能夠準(zhǔn)確靶向至原位腦膠質(zhì)瘤模型，同時(shí)該藥物是否確實(shí)能夠協(xié)助增強(qiáng)放化療敏感度等方面仍缺乏相應(yīng)的研究。該藥物的相關(guān)藥物實(shí)驗(yàn)若能證實(shí)上述機(jī)制，將為腦膠質(zhì)瘤的治療帶來革命性的成果，甚至可以延伸至其他惡性腫瘤的治療領(lǐng)域，同時(shí)也將進(jìn)一步為中藥抗腫瘤基礎(chǔ)研究添磚加瓦，因此，探索新型納米藥物的制備在腦膠質(zhì)瘤治療中具有潛在的臨床意義。