納米遞送系統(tǒng)線粒體靶向策略在腫瘤診療中的應(yīng)用*

瞿俊 晏霜 雷龍?zhí)煅?歐陽妃君 張海濤 秦旭平

（南華大學(xué)藥學(xué)院藥物藥理研究所，湖南省分子靶標(biāo)新藥研究協(xié)同創(chuàng)新中心，南華大學(xué)衡陽醫(yī)學(xué)院，衡陽 421001）

腫瘤是一類以細(xì)胞異常生長和擴(kuò)散為特征的惡性疾病。在臨床上主要治療方案有手術(shù)治療、化學(xué)治療、放射治療等。但手術(shù)治療一般只適用于部分實(shí)體瘤，化療藥物則容易導(dǎo)致多藥耐藥以及脫靶效應(yīng)［1］，放射治療常有較強(qiáng)的毒副作用。因此，腫瘤治療仍需要發(fā)展更高效、更安全的治療策略。

納米藥物遞送載體不僅可以解決全身給藥后抗腫瘤效應(yīng)分子（如藥物、基因）溶解度小、生物利用度差和治療效應(yīng)低等問題［2］，且具有高滲透長滯留（enhanced permeability and retention，EPR）效應(yīng)，可以選擇性地分布并蓄積于腫瘤組織，從而增強(qiáng)所遞送之藥物的抗腫瘤活性［3］，減少全身毒副作用。更為重要的是，納米載體表面可利用化學(xué)結(jié)構(gòu)如羥基、氨基等進(jìn)行表面修飾使其具有主動靶向的特性，如葉酸、透明質(zhì)酸、核酸適配體等已被證明可增強(qiáng)納米載體的腫瘤分布與特定細(xì)胞的攝取［4-6］。在設(shè)計(jì)線粒體靶向納米載體時(shí)，需要先利用腫瘤組織特性，設(shè)計(jì)被動或主動靶向腫瘤細(xì)胞的納米粒，使得正常細(xì)胞對納米粒的攝取減少，從而減少正常細(xì)胞損傷。a. 被動靶向：腫瘤血管新生內(nèi)皮細(xì)胞間隙較大，加之腫瘤組織缺少淋巴管致使淋巴液回流受阻。因此設(shè)計(jì)粒徑小于200 nm的納米粒子可以方便地穿過血管壁在腫瘤組織中富集，且不被淋巴液回流帶走，從而能長期存于腫瘤組織（即EPR效應(yīng)）；b. 主動靶向：在納米載體表面偶聯(lián)腫瘤特異性親和配體，可與腫瘤細(xì)胞膜高表達(dá)的特異性受體通過配體受體相互作用結(jié)合，從而成百上千倍地提高藥物在腫瘤部位的富集。靶向性的基團(tuán)可以是小分子、抗體、核酸、肽段、多糖等。近年來，借助納米載體的這些特性，研究者已開始聚焦納米載體的細(xì)胞器靶向基團(tuán)修飾，以進(jìn)行更為精準(zhǔn)的靶向診療。

腫瘤細(xì)胞最重要的特征之一就是在有氧條件下通過糖酵解而不是線粒體氧化磷酸化產(chǎn)生三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）［7］。由于維持腫瘤細(xì)胞代謝和增殖需要充足的ATP供應(yīng)，腫瘤細(xì)胞消耗的葡萄糖遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常細(xì)胞。線粒體作為真核生物中最重要的產(chǎn)生能量和調(diào)節(jié)代謝的細(xì)胞器之一，其功能障礙對于腫瘤的發(fā)生發(fā)展及侵襲性起著不可忽視的作用［8］。故線粒體成為腫瘤治療的潛在靶點(diǎn)實(shí)屬必然，經(jīng)典線粒體靶向基團(tuán)見圖1。納米載體的線粒體靶向基團(tuán)修飾可使其進(jìn)入胞內(nèi)后選擇性靶向線粒體［9］。常用的線粒體靶向小分子基團(tuán)有三苯基膦（triphenylphosphine，TPP）、地喹氯銨、胍和雙胍、羅丹明、過渡金屬配合物，或線粒體靶向生物活性分子，如線粒體穿透肽、線粒體靶向序列、富含半胱氨酸肽、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號肽等［10］。線粒體靶向基團(tuán)的具體機(jī)理、路徑各有不同。TPP等離域親脂性陽離子因其脂溶性高的特性可穿過細(xì)胞膜和線粒體膜，而其所帶的正電荷可使其在高負(fù)電荷的線粒體膜電位的作用下進(jìn)入線粒體基質(zhì)；過渡金屬配合物具有靶向線粒體跨膜蛋白或分子伴侶蛋白（如熱休克蛋白60）的功能；線粒體靶向序列通常與線粒體膜上的特定受體結(jié)合（如線粒體外膜的轉(zhuǎn)運(yùn)酶）等。本文通過綜述線粒體靶向納米載體在腫瘤診斷與治療中的應(yīng)用，期望為進(jìn)一步研究線粒體作為腫瘤診斷和治療靶點(diǎn)的重要性起到拋磚引玉的作用。

Fig. 1 Schematic diagram of mitochondrial targeting units圖1 線粒體靶向基團(tuán)示意圖

1 線粒體靶向納米遞送系統(tǒng)在腫瘤治療中的應(yīng)用

1.1 抑制腫瘤細(xì)胞增殖

此外，靶向線粒體可在對周圍正常細(xì)胞沒有明顯影響的情況下，在腫瘤細(xì)胞中表現(xiàn)出抗增殖和細(xì)胞毒性作用［15］。且相較于正常細(xì)胞的線粒體（-140 mV），腫瘤細(xì)胞的線粒體具有更強(qiáng)的負(fù)電荷（-220 mV）［16］，陽離子化合物會優(yōu)先在腫瘤細(xì)胞中積累。因此，線粒體靶向陽離子藥物使選擇性靶向癌細(xì)胞成為可能，從而能減少對正常細(xì)胞的損傷，降低藥物的有效濃度，提高生物利用度，用于精確腫瘤治療。如以TPP為靶頭的多種線粒體靶向陽離子抗氧化劑都具有抑制腫瘤細(xì)胞增殖和抑制腫瘤生長的作用，這歸功于這類載體均具有清除ROS以及選擇性靶向腫瘤細(xì)胞線粒體的能力［17］。如Meng等［18］研究設(shè)計(jì)了一種線粒體靶向納米顆粒（TOS-PDA-PEG-TPP），該納米粒將聚多巴胺（polydopamine，PDA）作為光熱劑、TPP+作為線粒體靶向陽離子基團(tuán)，將α生育酚琥珀酸酯（alpha-tocopherol succinate，α-TOS）作為化療藥物和抗氧化劑精確遞送到腫瘤細(xì)胞的線粒體中，通過化療和光熱協(xié)同治療抑制腫瘤生長。Yuan等［19］采用殼聚糖（chitosan，CS）和TPP作為內(nèi)核和交聯(lián)劑，通過乳化溶液揮發(fā)法將CS和TPP包載到抗氧化劑原花青素（proanthocyanidins，PHL）/聚（乳酸-羥基乙酸）共聚物（poly（lactic-co-glycolic acid），PLGA）中，制備得到陽離子CS-PLGAPHL納米體系。該納米體系對口腔鱗狀細(xì)胞癌的增殖、侵襲和遷移具有顯著抑制作用。TPP作為線粒體靶向性常用基團(tuán)，除了具有正電荷可以利用高負(fù)電荷的線粒體膜電位選擇性靶向腫瘤細(xì)胞外［20］，還是一種親脂性陽離子，可以與疏水性的線粒體內(nèi)膜相互作用，促進(jìn)藥物滲透進(jìn)線粒體［21］。

線粒體呼吸作用受到抑制也會影響腫瘤細(xì)胞的增殖。例如，Marloye等［22］制備了一種新型兩親性釕-鋨配合物，該配合物可自組裝成納米藥物，因其具有C16烷基鏈，可利用其親脂性進(jìn)行線粒體靶向，通過抑制線粒體呼吸起到抑制腫瘤細(xì)胞增殖的作用。

線粒體解偶聯(lián)也是抑制細(xì)胞增殖的有效策略之一，這點(diǎn)在解偶聯(lián)蛋白2基因敲除的細(xì)胞中得到了驗(yàn)證［23］。Zunica等［24］報(bào)道了一種可以選擇性降低生物能量偶聯(lián)效率的口服線粒體納米靶向制劑——BAM15，實(shí)驗(yàn)證明，BAM15能減少M(fèi)DA-MB-231和EO771癌細(xì)胞株的增殖、遷移和ATP的產(chǎn)生。

1.2 促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡是細(xì)胞受基因調(diào)控進(jìn)行自主有序的死亡過程，對生物體的進(jìn)化、發(fā)育、維持機(jī)體自身環(huán)境穩(wěn)定起著關(guān)鍵作用。線粒體作為細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵調(diào)控中心，其自身結(jié)構(gòu)、形狀和許多內(nèi)部發(fā)生的變化等都與細(xì)胞凋亡息息相關(guān)。如嵴連接的破壞是細(xì)胞凋亡中一個重要步驟，當(dāng)線粒體失去嵴連接，響應(yīng)整合應(yīng)激反應(yīng)，會加速凋亡進(jìn)程［25］。另外，線粒體外膜通透化會導(dǎo)致包括細(xì)胞色素C（cytochrome C，Cyt C）在內(nèi)的膜間隙蛋白釋放到細(xì)胞質(zhì)中，從而激活含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶（cysteinyl aspartate specific proteinase，caspase）級聯(lián)并啟動凋亡過程［26］。再加上細(xì)胞凋亡是一個依賴能量的過程，因此與作為細(xì)胞能量工廠的線粒體更是有著密不可分的關(guān)聯(lián)。體外研究表明，由于線粒體介導(dǎo)的caspase等信號通路的激活，能量消耗會引發(fā)細(xì)胞凋亡［27］。此外，有文獻(xiàn)表明，ATP/AMPK途徑可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［28］。也有研究發(fā)現(xiàn)，將ATP隔離以及線粒體內(nèi)復(fù)合物大聚集體的形成會造成癌細(xì)胞物理應(yīng)激和代謝紊亂，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。如Choi等［29］報(bào)道了一種將ATP隔離在線粒體內(nèi)形成大的膠束，從而引起線粒體損傷和Cyt C的釋放，導(dǎo)致癌細(xì)胞凋亡的治療方案。在該方案中用到的線粒體靶向核肽（mitochondria-targeting nucleopeptide，MNP）由堿基、能與ATP相互作用的交替帶正電的胍基和線粒體穿透肽組成。MNP具有選擇性地將ATP與二磷酸腺苷（adenosine diphosphate，ADP）結(jié)合的能力，由于其本身的高正電荷特性，MNP對癌細(xì)胞和正常細(xì)胞都有毒性，將MNP和ADP絡(luò)合形成MNP/ADP納米復(fù)合物后，通過ADP的兩個負(fù)電荷磷酸基團(tuán)屏蔽MNP中的正電荷，使MNP/ADP納米復(fù)合物對癌細(xì)胞的選擇性細(xì)胞毒性高于正常細(xì)胞。通過線粒體穿透肽基團(tuán)靶向線粒體后，MNP/ADP納米復(fù)合物會和線粒體中豐富的ATP分子形成MNP/ADP-ATP復(fù)合物大膠束，導(dǎo)致線粒體損傷和Cyt C的釋放，引發(fā)腫瘤細(xì)胞凋亡。

與低濃度ROS的效應(yīng)不同，ROS過量時(shí)會導(dǎo)致嚴(yán)重的細(xì)胞損傷甚至細(xì)胞凋亡［30］?；诖耍鈩恿Ο煼ǎ╬hotodynamic therapy，PDT）已經(jīng)取得了很好的效果，它是在特定波長下激活光敏劑，將細(xì)胞和組織中的分子氧轉(zhuǎn)化為ROS，在ROS濃度較高時(shí)，會導(dǎo)致線粒體膜通透性轉(zhuǎn)運(yùn)孔開放，引起線粒體跨膜電位降低，Cyt C釋放，繼而激活一系列caspase酶，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的發(fā)生。線粒體是PDT產(chǎn)生ROS的重要亞細(xì)胞靶點(diǎn)，線粒體靶向PDT也已被證明比非靶向PDT更有效，具有更強(qiáng)的特異性以及更小的有效藥物劑量［31］。

然而傳統(tǒng)PDT的照射光無法照射到體內(nèi)深層部位，一般只能用于淺表皮膚腫瘤治療。近期，Deng等［32］將X射線輻射和PDT結(jié)合起來，使得PDT在深部腫瘤中也能起到治療效果。該課題組制備了線粒體靶向PLGA納米載體，修飾TPP作為線粒體靶向部分，包載光敏劑維替泊芬和輻射增強(qiáng)劑金納米粒。在X射線照射下，納米載體在線粒體內(nèi)產(chǎn)生單線態(tài)氧，并誘導(dǎo)線粒體膜電位的變化和腫瘤細(xì)胞凋亡，有效地控制了結(jié)直腸腫瘤小鼠模型中腫瘤的生長。

另有研究人員制備了具有腫瘤微環(huán)境響應(yīng)性電荷逆轉(zhuǎn)和線粒體靶向功能的新型當(dāng)歸多糖納米粒子［33］，沒食子酸-殼寡糖-二硫代丙酸-黃連素正電荷聚合物（GA-CDB）通過自組裝負(fù)載姜黃素（curcumin，Cur）得到陽離子膠束內(nèi)核GACDB@Cur，將其與帶負(fù)電的外殼當(dāng)歸多糖-苯基硼酸（AS-PBA）結(jié)合形成As-PBA/GA-CDB@Cur納米粒。該納米粒中用到的的烷基化黃連素衍生物是一種新型線粒體靶向物質(zhì)，可以增強(qiáng)納米顆粒的線粒體靶向能力［33］，苯硼酸（phenylboronic acid，PBA）可選擇性靶向腫瘤細(xì)胞表面的唾液酸表位，PBA的引入提高了納米載體靶向腫瘤細(xì)胞的能力。結(jié)果表明，該納米粒進(jìn)入腫瘤細(xì)胞后，會將所包載的促凋亡藥物姜黃素遞送到線粒體，導(dǎo)致細(xì)胞毒性增強(qiáng)，線粒體膜電位降低，激活細(xì)胞凋亡途徑。

②論證范圍的確定是整個水資源論證中的關(guān)鍵一步，節(jié)水增糧行動項(xiàng)目取水的特點(diǎn)是分散式井群開采，論證范圍確定應(yīng)考慮項(xiàng)目所在水文地質(zhì)單元、項(xiàng)目開采的目標(biāo)含水層、計(jì)算可開采量及取水可能的影響范圍。

1.3 抑制腫瘤復(fù)發(fā)與轉(zhuǎn)移

惡性腫瘤轉(zhuǎn)移是導(dǎo)致患者死亡的重要原因之一。有研究報(bào)道證實(shí)，針對腫瘤線粒體代謝調(diào)節(jié)和能量消耗的線粒體靶向治療可有效減少腫瘤轉(zhuǎn)移［34］。如Huo等［34］合成了具有線粒體和細(xì)胞核雙靶向功能的雜化納米粒子Mito（T）-Pep-Nuc（T），通過能量消耗來選擇性地消除轉(zhuǎn)移的腫瘤細(xì)胞。進(jìn)入腫瘤細(xì)胞后，Mito（T）-Pep-Nuc（T）在富含組織蛋白酶B的溶酶體中破裂，釋放出具有不同亞細(xì)胞靶向功能的Mito（T）和Nuc（T）基團(tuán)，其中Mito（T）中具有TPP部分，用以靶向線粒體，Nuc（T）中具有核定位序列，用于靶向細(xì)胞核。然后，分別用633 nm和1 064 nm的激光照射觸發(fā)其中光敏劑二氫卟吩e6介導(dǎo)的PDT和核靶向W18O49納米顆粒（WONPs）介導(dǎo)的光熱療法（photothermal therapy，PTT）。腫瘤細(xì)胞中這兩個細(xì)胞器都可能被摧毀，并取消線粒體的ATP的供應(yīng)。同時(shí)，由于正常肝細(xì)胞組織蛋白酶B活性不足，多肽連接物在正常肝細(xì)胞中保持完好。在633 nm激光照射下，產(chǎn)生的單線態(tài)氧可以被WONPs消耗，從而將它們轉(zhuǎn)變?yōu)楣鉄岫栊訵O3，消除1 064 nm激光照射下的熱產(chǎn)生，因此，并不會對正常肝細(xì)胞造成破壞。

另也有文獻(xiàn)報(bào)道，線粒體抗凋亡蛋白能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞在遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和存活，而線粒體ROS失衡引起的細(xì)胞氧化應(yīng)激不僅促進(jìn)細(xì)胞凋亡，也抑制腫瘤轉(zhuǎn)移［35］，這些證據(jù)表明線粒體在腫瘤轉(zhuǎn)移中起關(guān)鍵作用。據(jù)此，有研究人員設(shè)計(jì)了一種基于N-（2-羥丙基）甲基丙烯酰胺（N-（2-hydroxypropyl）methacrylamide，HPMA）納米載藥系統(tǒng)的線粒體靶向共聚物（P-D-R8MTS）。該給藥系統(tǒng)以細(xì)胞穿透肽R8和線粒體靶向序列ALD5MTS組合得到一種新型線粒體靶向雜交肽R8MTS，以阿霉素（doxorubicin，DOX）為模型藥物，將R8MTS肽段與HPMA-DOX結(jié)合得到P-D-R8MTS納米粒。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在進(jìn)入腫瘤細(xì)胞后，P-D-R8MTS可以有效地靶向線粒體，增強(qiáng)ROS的產(chǎn)生和啟動細(xì)胞凋亡。另外，P-D-R8MTS通過破壞線粒體，不僅抑制4T1和MDA-MB-231兩種乳腺癌細(xì)胞株的增殖，也抑制其遷移和侵襲［36］。

缺乏選擇性的線粒體靶向?qū)λ幬锏挠行院桶踩杂泻艽笥绊懀M(jìn)一步研究更具有腫瘤選擇性靶向的藥物實(shí)屬必要。Du等［37］利用腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移過程的基質(zhì)降解酶——β葡萄糖醛酸苷酶在腫瘤微環(huán)境和腫瘤細(xì)胞內(nèi)溶酶體和內(nèi)體中高表達(dá)的特點(diǎn)，開發(fā)了一種酶敏感、電荷可逆轉(zhuǎn)的納米藥物（GluAcNa-Lip），用于多階段腫瘤線粒體的靶向。GluAcNa-Lip是一種帶有β葡萄糖醛酸的陰離子脂質(zhì)納米材料，與傳統(tǒng)脂質(zhì)體相比，它在血液中的循環(huán)時(shí)間更長，在腫瘤組織中的蓄積更多。在腫瘤微環(huán)境中，GluAcNa-Lip被β葡萄糖醛酸苷酶激活，開始水解，進(jìn)入溶酶體后，剩余的GluAcNa繼續(xù)水解并轉(zhuǎn)換為正電荷多胺，通過質(zhì)子海綿效應(yīng)實(shí)現(xiàn)溶酶體逃逸并選擇性地與線粒體相互作用，從而阻斷線粒體的代謝，增強(qiáng)抗腫瘤活性，有效抑制腫瘤肺轉(zhuǎn)移。

1.4 誘導(dǎo)細(xì)胞自噬

自噬是一種“自我吞噬”的過程。在這個過程中，受損的細(xì)胞內(nèi)成分被溶酶體降解，同時(shí)，降解的分子產(chǎn)物也為細(xì)胞新合成必要生命分子提供原料。營養(yǎng)應(yīng)激（生物能量應(yīng)激、營養(yǎng)缺乏或饑餓）可促發(fā)自噬過程，這對于維持組織內(nèi)環(huán)境平衡和細(xì)胞生存具有重要意義。目前認(rèn)為自噬對腫瘤是一把“雙刃劍”，既可對腫瘤起抑制作用，也可起促進(jìn)作用，這取決于腫瘤類型、腫瘤發(fā)展階段、腫瘤微環(huán)境和遺傳背景。一般認(rèn)為自噬可以在腫瘤形成的早期階段限制腫瘤的發(fā)展，但在已經(jīng)惡化的腫瘤細(xì)胞中會促進(jìn)腫瘤的生長與侵襲［38］。

正如前面提到的，大多數(shù)腫瘤細(xì)胞與正常分化的細(xì)胞不同，主要依賴糖酵解而非線粒體氧化磷酸化來產(chǎn)生細(xì)胞所需的能量［39］。通過抑制糖酵解來切斷腫瘤細(xì)胞的能量供應(yīng)是一種干擾細(xì)胞活動從而使腫瘤細(xì)胞饑餓的有效策略，糖酵解途徑中的關(guān)鍵酶是潛在的治療靶點(diǎn)。如線粒體中的己糖激酶和電子傳遞鏈復(fù)合體通過糖酵解提供大量ATP。線粒體靶向藥物可以通過抑制線粒體復(fù)合體和誘導(dǎo)抗增殖氧化還原信號機(jī)制來增加線粒體中ROS的水平，從而通過抑制雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）的表達(dá)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞自噬［40］。如，Deng等［41］構(gòu)建了一種pH敏感的線粒體靶向納米藥物載體，用以精確遞送一氧化氮作為ATP抑制劑，可通過促進(jìn)線粒體膜通透性增加和下調(diào)ATP水平來增強(qiáng)癌癥治療效果。

此外，有課題組采取了一種有效的措施來增強(qiáng)代謝抑制和自噬［42］。首先將線粒體靶向部分TPP和線粒體代謝抑制劑氯硝胺接枝到聚賴氨酸上，將這種功能化的聚賴氨酸自組裝后包載二茂鐵和葡萄糖氧化酶。在該納米粒給藥后，在耐藥腫瘤細(xì)胞中觀察到了有效的線粒體靶向和代謝抑制，增加了線粒體的通透性，促進(jìn)Cyt C的釋放，進(jìn)而導(dǎo)致高水平的自噬并抑制了腫瘤細(xì)胞增殖。

1.5 克服耐藥性

耐藥是腫瘤細(xì)胞在藥物作用下不斷選擇進(jìn)化的過程，是腫瘤細(xì)胞的固有屬性?；熌退幨怯绊懟颊哳A(yù)后改善的關(guān)鍵因素。目前認(rèn)為耐藥與腫瘤細(xì)胞上藥物外排轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白表達(dá)增加有關(guān)。阿霉素是一種廣譜抗腫瘤藥，在缺乏藥物外排蛋白的情況下，將DOX輸送到線粒體是克服DOX耐藥性的方法之一。有研究人員通過靜電作用，將可pH響應(yīng)的聚陰離子PEⅠ-DMMA（Pd）包覆在正電荷脂質(zhì)-聚合物雜化納米粒子（DOX-PLGA/CPT）表面，制備得到納米粒子DOX-PLGA/CPT/Pd［43］。DOXPLGA/CPT/Pd被MCF-7/ADR細(xì)胞吞噬后，納米粒中的TPP暴露出來靶向線粒體，再將DOX釋放出來，靶向mtDNA，誘導(dǎo)乳腺腫瘤細(xì)胞凋亡，這種方法大大降低了MCF-7/ADR乳腺腫瘤對DOX的耐藥性。

腫瘤細(xì)胞中藥物外排轉(zhuǎn)運(yùn)體的過度表達(dá)也會導(dǎo)致多藥耐藥。Ruan等［44］開發(fā)了線粒體溫度響應(yīng)型藥物來逆轉(zhuǎn)肺腫瘤對DOX的耐藥性。結(jié)果表明，熱響應(yīng)型納米載體可以阻止DOX外排，促進(jìn)DOX在耐藥腫瘤中的蓄積和線粒體靶向，增強(qiáng)DOX的細(xì)胞毒性，并逆轉(zhuǎn)荷瘤小鼠的耐藥性。

另外，有研究表明ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可能參與腫瘤細(xì)胞耐藥。由于這些轉(zhuǎn)運(yùn)體主要是ATP驅(qū)動的多藥外排泵（多藥耐藥蛋白、P-糖蛋白等），破壞ATP產(chǎn)生也是逆轉(zhuǎn)耐藥性的一種有效策略?；诖耍珻hen等［45］開發(fā)了一種線粒體靶向的pH敏感聚乙烯醇納米凝膠，將己糖激酶抑制劑洛尼達(dá)明和化療藥物紫杉醇（paclitaxel，PTX）結(jié)合在一起，抑制糖酵解產(chǎn)能過程，以恢復(fù)腫瘤對PTX的敏感性。

1.6 聯(lián)合治療

在腫瘤發(fā)生早期階段（腫瘤直徑≤3.0 cm），放療是首選的治療方法。然而，某些腫瘤類型產(chǎn)生的放射抵抗常導(dǎo)致放射治療失敗，且極易導(dǎo)致腫瘤的復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移。線粒體在放射抵抗的發(fā)生中扮演著重要的角色。因此，線粒體是實(shí)現(xiàn)放射增敏和增強(qiáng)治療效果的極佳治療靶點(diǎn)。Sood等［46］通過三羧酸循環(huán)中間體α酮戊二酸修飾的氧化鐵-金核-殼納米粒（GNP）主動靶向線粒體，并在GNP中裝載化療藥物4-羥苯基維胺脂進(jìn)行輔助化療，從而提高腫瘤細(xì)胞對放射治療敏感性。

PTT需要將光能轉(zhuǎn)換為熱能來起到殺傷作用，但利用PTT殺傷腫瘤細(xì)胞的同時(shí)，產(chǎn)生的高溫容易對周圍的正常細(xì)胞造成損傷。而線粒體易受溫度影響，相較于納米載體在胞漿中解散，靶向線粒體能更好地發(fā)揮光熱療效。線粒體作為熱敏感的細(xì)胞器，常被用做光熱等療法的目標(biāo)靶向亞細(xì)胞器［47］。Jin等［48］制備了由線粒體靶向片段、組織蛋白酶B反應(yīng)片段和兩性離子抗污染片段組成的多功能納米涂層，然后通過配體交換的方法對金納米棒進(jìn)行修飾，使其在酶處理前后均表現(xiàn)出優(yōu)異的光熱性能和良好的穩(wěn)定性，結(jié)果表明這種納米棒具有良好的腫瘤消融能力。也有研究人員將氣體治療和PTT結(jié)合起來，利用一氧化碳?xì)怏w抑制熱休克蛋白后，可在較低的溫度下，殺滅腫瘤細(xì)胞且不損傷正常組織細(xì)胞，使PTT取得更好的療效［47］。

此外，PTT和PDT協(xié)同運(yùn)用可以提高治療效果，并減少不良反應(yīng)的發(fā)生。He等［49］利用金納米顆粒（AuNPs）、介孔二氧化硅納米顆粒、TPP、DOX和碳納米點(diǎn)構(gòu)建了線粒體靶向給藥系統(tǒng)。其中，AuNPs可以被細(xì)胞內(nèi)的谷胱甘肽通過配體交換誘導(dǎo)刻蝕過程，將DOX釋放到胞內(nèi)，獲得抑瘤效果。該給藥系統(tǒng)主要通過線粒體膜去極化誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡達(dá)到抗腫瘤效果，且可以用作熒光探針，用于近紅外熒光靶向成像活細(xì)胞中的線粒體。

PTT還能和免疫聯(lián)系起來協(xié)同治療腫瘤。Wei等［50］開發(fā)了一種近紅外光激發(fā)的核殼納米粒（NP4），可以通過順序激活納米藥物實(shí)現(xiàn)具有高時(shí)空精度和效率的雙級聯(lián)靶向。納米粒子靜脈注射到小鼠體內(nèi)后，會在腫瘤部位有效積聚。在近紅外光（near infrared，NⅠR）照射下，NP4誘導(dǎo)產(chǎn)生大量ROS，伴隨著聚乙二醇和電荷為負(fù)的聚合物殼的脫離，電荷翻轉(zhuǎn)，帶正電的內(nèi)核部分靶向線粒體。之后，在連續(xù)NⅠR照射下，線粒體中產(chǎn)生的ROS通過PDT殺死腫瘤細(xì)胞。此外，PDT還可誘導(dǎo)免疫原性細(xì)胞死亡，從而激活獲得性免疫，達(dá)到最大限度地發(fā)揮光動力和免疫聯(lián)合治療的效果。

綜上所述，線粒體靶向納米載體可從抑制腫瘤細(xì)胞增殖、促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡、抑制腫瘤復(fù)發(fā)與轉(zhuǎn)移等方面起到治療腫瘤的目的（表1，圖2）。加入靶向功能后，納米載體可以增強(qiáng)對腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒性，克服耐藥性，與非靶向藥物相比，效果更佳。

Table 1 Applications and action mechanisms of mitochondrial targeted nanocarriers in tumor therapy表1 線粒體靶向納米載體在腫瘤治療中的應(yīng)用與作用方式

Fig. 2 Mechanism of anti-tumor effect of nanocarrier targeting mitochondria圖2 納米載體靶向線粒體后發(fā)揮抗腫瘤作用的機(jī)理圖

2 線粒體靶向納米遞送系統(tǒng)在腫瘤診斷中的應(yīng)用

大多數(shù)癌癥治療探針只有短波發(fā)射和單通道成像能力，應(yīng)用于生物系統(tǒng)時(shí)，很少有有機(jī)化合物同時(shí)滿足水溶性好、線粒體靶向能力強(qiáng)、NⅠR生物成像效果好、腫瘤治療效果好等要求。Zhang等［51］設(shè)計(jì)了兩個基于部花青染料和TPP的有機(jī)分子（HTPP和DTPP），這兩種有機(jī)分子具有極好的水溶性，在水中可以自組裝形成納米顆粒。進(jìn)入腫瘤細(xì)胞后，該納米顆粒通過增加胞內(nèi)活性氧水平和Cyt C含量，降低線粒體膜電位和ATP水平，經(jīng)線粒體途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，因此在成像的基礎(chǔ)上也可用作線粒體靶向化療藥物。

熒光成像相對于磁共振、超聲等腫瘤影像檢查技術(shù)具有更好的成像分辨率，且靈敏度高，在臨床上具有廣泛的應(yīng)用潛力。Le等［52］報(bào)道了一種靶向線粒體且能準(zhǔn)確可視化腫瘤組織的新型納米熒光探針V-M1，該探針通過監(jiān)測黏度這一影響細(xì)胞凋亡、自噬等功能的重要參數(shù)來反映腫瘤位置。對線蟲的熒光成像實(shí)驗(yàn)表明，V-M1具有檢測活的多細(xì)胞動物黏度波動的能力。在對乳腺癌細(xì)胞4T1的體外生物分布成像測試中，通過V-M1熒光在不同組織中特異性地識別到了腫瘤位置，顯示了其具有指導(dǎo)腫瘤手術(shù)切除的潛力。

此外，線粒體內(nèi)源性產(chǎn)生的H2O2是一種重要的活性氧。選擇性監(jiān)測活細(xì)胞中的H2O2對于了解腫瘤的診斷和發(fā)病機(jī)制也具有重要意義?；诖?，Qiao等［53］構(gòu)建了一種可以檢測活細(xì)胞中外源性和內(nèi)源性線粒體H2O2變化的納米探針。該納米探針以自組裝聚合物膠束為載體，四苯乙烯為給體，熒光硼酸酯為H2O2受體，TPP為線粒體靶向部分，可以避免高濃度給藥引起的熒光猝滅，具有較高的光穩(wěn)定性。且這種生物相容性納米探針可以有效地檢測線粒體內(nèi)外源性和內(nèi)源性H2O2的比例變化。另外，Ma等［54］發(fā)現(xiàn)NⅠR熒光載體半花菁（hemicyanine，CyNH2）在激活后可降低腫瘤細(xì)胞線粒體膜電位，提高細(xì)胞內(nèi)ROS水平，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。因此，該課題組基于CyNH2與乙?；嚢彼峄鶊F(tuán)的偶聯(lián)制備了一種具有掩蔽熒光和細(xì)胞毒性的納米探針——PLCy，該探針在激活前幾乎無熒光和毒性，通過腫瘤細(xì)胞過表達(dá)組蛋白去乙?；负徒M織蛋白酶L等的依次激活可進(jìn)行腫瘤細(xì)胞線粒體靶向成像和治療［54］。

Cyt C在正常生理情況下存在于線粒體膜間隙，Cyt C從線粒體中釋放是細(xì)胞凋亡中的重要事件。因此，Han等［55］設(shè)計(jì)了一種可以實(shí)時(shí)監(jiān)測活細(xì)胞中Cyt C釋放的納米傳感器（GO-HA/Cou-DHA/Apt）。該納米傳感器利用Cy5標(biāo)記的Cyt C DNA適配體（aptamer，Apt）檢測活細(xì)胞中的Cyt C，同時(shí)利用7-（二乙氨基）香豆素-3-羧酸修飾的雙氫青蒿素（Cou-DHA）起到靶向線粒體以及抗腫瘤作用，將Cou-DHA與Apt裝載到透明質(zhì)酸（hyaluronic acid，HA）修飾的氧化石墨烯（graphene oxide，GO）表面后可暫時(shí)掩蓋熒光。當(dāng)該納米傳感器被腫瘤細(xì)胞吞噬后，Cou-DHA從GO表面釋放出來，靶向線粒體，誘導(dǎo)胞內(nèi)ROS增加并發(fā)出綠色熒光。然后，Cyt C從線粒體轉(zhuǎn)移到胞漿，與Apt相互作用形成Apt-Cyt C復(fù)合體，使Apt從GO中釋放并發(fā)出紅色熒光，從而監(jiān)測細(xì)胞凋亡的發(fā)生情況。該納米傳感器可用來評估藥物抗腫瘤作用。

由于正常細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞在線粒體的結(jié)構(gòu)和功能方面存在差異，包括分子組成、代謝活性和線粒體DNA等。因此，腫瘤環(huán)境中線粒體的結(jié)構(gòu)和功能變化也是腫瘤發(fā)生的重要指標(biāo)［56］。例如，有研究人員設(shè)計(jì)了一種與TPP共價(jià)偶聯(lián)的磷光納米傳感器（Pt-TFPP）［57］，與大多數(shù)檢測胞內(nèi)、胞外氧氣（oxygen，O2）的策略不同，該傳感器可用于檢測腫瘤細(xì)胞線粒體中的O2，量化線粒體呼吸情況，從而監(jiān)測線粒體功能障礙情況。這一策略可用于評估候選藥物對腫瘤細(xì)胞線粒體的影響。

總之，線粒體靶向納米載體可作為熒光染料、探針、納米傳感器等應(yīng)用于腫瘤診斷（表2）。反映腫瘤發(fā)生發(fā)展的指標(biāo)（如有絲分裂異常）可用于腫瘤進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測和診斷。針對腫瘤細(xì)胞與正常細(xì)胞間的差異來設(shè)計(jì)探針等診斷工具更有利于精確、有效地診斷腫瘤發(fā)生發(fā)展的各個階段。

Table 2 Applications and action mechanisms of mitochondrial targeted nanocarriers in tumor diagnosis表2 線粒體靶向納米載體在腫瘤診斷中的應(yīng)用與作用方式

3 總結(jié)與展望

線粒體作為真核生物細(xì)胞中產(chǎn)生能量、調(diào)節(jié)代謝最重要的細(xì)胞器之一，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起著非常重要的作用。可喜的是，近年來，人們對線粒體靶向給藥在提高藥物療效、減輕毒副作用方面有了許多發(fā)現(xiàn)，并進(jìn)行了新的嘗試。如通過線粒體靶向減少藥物外排，克服腫瘤細(xì)胞耐藥，增強(qiáng)藥物療效等。目前抗腫瘤線粒體療法在臨床應(yīng)用方面仍有許多困難。如療效與安全性難以兼顧，毒副作用仍無法避免，藥物對腫瘤細(xì)胞的選擇性靶向、對正常組織的毒性等問題仍是需要進(jìn)一步研究的重要課題，這需要人們進(jìn)一步對腫瘤細(xì)胞與正常細(xì)胞的差異性進(jìn)行研究，使藥物精準(zhǔn)靶向腫瘤細(xì)胞線粒體。另外，臨床應(yīng)用過程中容易出現(xiàn)個體化差異，合理利用輔助治療方法（如基因檢測）等可幫助研究人員更好地達(dá)到精準(zhǔn)或個性化治療腫瘤的目的。雖然目前對抗腫瘤線粒體療法還缺乏高效、精準(zhǔn)、低毒的方案，但我們堅(jiān)信，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對腫瘤的精準(zhǔn)治療目標(biāo)一定會早日實(shí)現(xiàn)。