抗肿瘤药物纳米给药系统研究进展*

罗小林，易丹丹

(1.湖北省宜昌市第三人民医院药剂科，宜昌 443000；2.华中科技大学同济医学院药学院，武汉 430030)

·药学进展·

抗肿瘤药物纳米给药系统研究进展*

罗小林1，易丹丹2

(1.湖北省宜昌市第三人民医院药剂科，宜昌 443000；2.华中科技大学同济医学院药学院，武汉 430030)

纳米给药系统指粒径为10～100 nm的微粒分散体系，具有体内较长循环时间、肿瘤靶向、易被细胞摄取、调节药物释放、改善药物溶解度、增加药物稳定性等特点。该文对纳米给药系统的肿瘤靶向机制及临床应用进展进行综述，以期为抗肿瘤药物纳米给药系统的深入研究提供参考。

纳米；给药系统；靶向；肿瘤

世界卫生组织(WHO)发布的一份全世界癌症统计报告显示：2012年全世界癌症病例1 400万例，估计20年后每年癌症病例总数将上升至2 200万例[1]。化学治疗(化疗)是目前治疗恶性肿瘤的主要手段之一，但传统化疗药物制剂缺乏肿瘤选择性，药物进入体循环后迅速向全身各组织、器官分布，只有少量药物可随机到达肿瘤组织，因此临床治疗中存在毒副作用大、治疗效果差等问题。

纳米技术的出现为药物向肿瘤组织的靶向输送提供机遇。纳米给药系统是指粒径10～100 nm的微粒分散体系，该系统具有良好的肿瘤靶向性，较长的体内循环时间，易被细胞摄取，可控制药物释放以及改善药物溶解度，增加药物稳定性等特点，近年来成为肿瘤治疗的热门研究领域。与正常组织相比，恶性实体瘤内微环境存在血管新生、低氧、低pH、高组织间隙压力以及代谢异常等特点，这些特点与抗肿瘤药物纳米给药系统的设计密切相关，尤其以血管形态和pH的异常影响最大。笔者介绍肿瘤微环境的研究现状，并对纳米给药系统的肿瘤靶向机制及临床应用进展进行综述。

1 肿瘤微环境

1.1 血管新生 肿瘤直径超过2 mm后，局部出现缺血缺氧，刺激多种组织细胞，特别是肿瘤细胞分泌促进血管生成的细胞因子。在血管生长促进因子的刺激下，内皮细胞转移至肿瘤部位并大量增殖形成毛细血管和不成熟的血管壁，这种不成熟的血管是肿瘤不断恶变和发生转移的重要原因[2]。

1.2 实体瘤的高通透性和滞留效应(enhanced permeability and retention，EPR) 肿瘤血管的生成是一种失去正常控制的无序状态，主要表现为：①血管增生多且血管网分布紊乱；②血流异常；③缺乏平滑肌细胞、周细胞及完整的基底膜结构；④内皮细胞间存在100～600 nm的缝隙[3]。这些特点导致肿瘤血管的通透性增大，大分子和纳米粒等的渗漏增加，同时肿瘤组织内缺乏淋巴管结构，静脉回流缓慢，造成大分子和纳米粒等在组织内的滞留时间延长，该现象称为实体瘤的高通透性和滞留效应(EPR)[4]。

1.3 酸性微环境 肿瘤细胞内pH和正常组织相近，但细胞外pH比正常组织低。正常组织细胞外液pH约为7.4，大多数肿瘤组织pH为6.0～7.0[5]。这是因为肿瘤细胞在缺氧环境下无氧酵解增加，产生大量酸性代谢产物，如乳酸和碳酸等，导致肿瘤组织呈现酸性状态。

2 纳米给药系统的肿瘤靶向性

2.1 被动靶向 纳米粒不能跨膜转运，主要通过血管内皮细胞间的间隙穿透血管壁。由于实体瘤存在EPR效应，因此纳米粒可以聚集并长时间滞留在肿瘤组织[6]，此即为纳米粒的被动靶向性。要达到理想的被动靶向，纳米载体至少有三点性质特别重要。①粒径：肿瘤血管内皮细胞间隙可允许粒径<400 nm的颗粒通过[3]，但粒径>100 nm的颗粒可在肝脏滞留，粒径<10 nm颗粒则容易通过肾脏排泄，因此粒径为10～100 nm的纳米粒最适合肿瘤靶向。另外，肿瘤组织增高的间隙压力会阻止纳米粒向组织内渗透，当纳米粒粒径较小时抵抗这一不利因素的能力增加，表现出更好的靶向性[7]。②表面电荷：正电荷能加强纳米粒与肿瘤血管内皮之间的相互作用，阻止其向循环系统的再分布或向肿瘤内部的渗透。利用这一特点，如将抗血管生成的药物包封于阳离子纳米给药系统则可用于靶向肿瘤新生血管的治疗，该系统的研究目前尚处于起步阶段[8-9]。③长循环：延长纳米粒在循环系统中的停留时间，可使更多的纳米粒聚集到肿瘤。人体内起防御功能的单核巨噬细胞系统(mononuclear phagocytic system，MPS)对外来异物的识别能力很强。MPS消除外来粒子的一个重要机制是通过识别结合于微粒上的调理素来吞噬微粒。调理素是血液中存在的一种蛋白，可以吸附到纳米粒上，调理素与巨噬细胞膜表面的相应受体结合后，可介导巨噬细胞识别并吞噬纳米粒。增加纳米粒表面的亲水性，可以减少调理素在纳米粒表面的吸附，从而减少吞噬。目前广泛采取的方法是在纳米粒表面连接聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)。由于PEG高分子亲水链在纳米粒表面可以形成一层厚厚的云层，阻止其吸附调理素，从而增加纳米粒的体内循环时间。

2.2 主动靶向 主动靶向与被动靶向的区别在于主动靶向的纳米粒表面连接有特殊的配体，能够识别并结合到相应细胞的特异性受体上[10-11]。主动靶向并不能增加药物在肿瘤部位的浓度，只有当纳米粒通过EPR效应富集在肿瘤组织之后，主动靶向才能发挥识别靶细胞、促进纳米粒细胞内转运等功能，使靶细胞内药物浓度增加，疗效增强[12]。目前研究的靶细胞主要有肿瘤细胞和肿瘤内皮细胞。

2.2.1 肿瘤细胞 主动靶向纳米粒的靶向效率受到很多因素影响，如血管通透性、肿瘤渗透性、细胞表面受体表达量、配体的亲和力以及载体体积较大时产生的“连接位点阻挡”效应(第一层肿瘤细胞结合纳米粒后将阻挡后续纳米粒向肿瘤内部渗透与未结合的受体结合)等。增加细胞对纳米粒的摄取率是选择受体和配体的关键因素[13]。要达到较好的靶向效果，配体的选择及在纳米粒表面的连接数量很重要，不但要求能大量渗透进入肿瘤组织，而且应具备较高特异性以及与细胞表面受体的亲和力[14]。研究较多的靶点主要有转铁蛋白受体、叶酸受体、去唾液酸糖蛋白受体、凝集素受体、前列腺特异性膜抗原、表皮生长因子受体等。

2.2.2 肿瘤内皮细胞 主动靶向肿瘤内皮细胞的纳米粒能够直接杀死内皮细胞，通过阻断肿瘤新生血管的生成减少肿瘤血液供应，使肿瘤细胞的生长和转移受到抑制。靶向肿瘤内皮细胞的优势在于：①纳米粒无需渗透到血管外寻找靶细胞；②静脉注射后纳米粒可直接与受体结合；③内皮细胞比肿瘤细胞的基因更稳定，出现耐药性的概率降低；④不同类型的肿瘤可表达相同的靶点等[15]。目前研究较多的靶点有表皮生长因子受体、αvβ3整合素、血管细胞黏附分子-1、基质金属蛋白酶等。

2.3 触发释药 理想的纳米给药系统应在血液循环系统中稳定，到达肿瘤部位后大量释放药物，不但能增加药效，还能减少耐药性的产生。触发释药的方式有局部响应和远程响应两种[16]。

局部响应型是通过感知肿瘤微环境(如pH和酶的改变等)来控制药物释放。利用肿瘤的酸性微环境可以设计pH敏感纳米给药系统。例如多聚β-氨基酯[poly(β-amino ester)，PbAE]具有在生理pH条件下稳定、酸性环境中很快溶解的特性。以PbAE为载体制备的多柔比星pH敏感纳米粒在pH5.5和pH6.5环境中快速释药，而在pH7.4环境下则释药缓慢，比游离多柔比星具有更高的抗肿瘤活性[17]。利用肿瘤组织中过度表达的酶也可设计酶控型纳米粒给药系统，研究较多的酶包括磷脂酶C、磷脂酶A2、碱性磷酸酶以及基质金属蛋白酶等。

远程响应是利用外加刺激手段(例如热、超声和光等)控制药物释放。例如采用熔点较低的载体可制备温度敏感型纳米给药系统，与主动靶向配体联用能增加纳米粒的胞内摄取和释药[18]；利用光作为刺激手段可制备光敏型纳米给药系统；利用四氧化三铁纳米粒具有超顺磁性的特性可制备磁响应型纳米给药系统。

触发释药纳米给药系统尚无上市产品，少数品种已进入临床试验，其中最有希望上市的Thermo Dox为温度敏感型PEG化多柔比星脂质体，当局部温度升高至39～42 ℃时，脂质体熔融，药物大量释放，在肿瘤局部产生较高浓度，该产品联合射频消融术治疗肝癌已进入Ⅲ期临床试验。

3 抗肿瘤纳米给药系统临床应用进展

近年来研究较多的纳米给药系统主要有脂质体、聚合物纳米粒、聚合物胶束、药物大分子共价结合物等。目前已上市的产品均为被动靶向制剂(表1)，主动靶向纳米给药系统的临床前研究报道很多，尚无上市产品，有7个产品进入临床试验阶段(表2)。

3.1 脂质体 脂质体是由磷脂和胆固醇组成，具有类似生物膜双分子层结构的囊泡。水溶性或脂溶性药物可分别包封于内水相或脂质双分子层中。不同脂质体的大小、组成、释药速率和体内分布差异较大，对表面进行适当修饰可改善其特性[12]。

表1 国外已上市的主要抗肿瘤纳米给药系统

表2 临床试验阶段的抗肿瘤主动靶向纳米给药系统

EGFR，表皮生长因子(epithelial growth factor receptor)；scFv，单链抗体(single chain antibody fragment)；Her2，人类表皮生长因子受体2(human epidermal growth factor receptor 2)；Tf，转铁蛋白(transferrin)；PMSA，前列腺特异性膜抗原(prostate-specific membrane antigen)

目前上市的脂质体有Doxil/Caelyx、Lipo-Dox、Myocet、DaunoXome、DepoCyte、Marqibo等几个产品[19]。最早上市的Doxil/Caelyx为PEG化多柔比星长循环脂质体，半衰期从游离药物的0.2 h显著增加到55 h，心脏毒性、骨髓抑制、口腔炎、黏膜炎、恶心呕吐和脱发等不良反应发生率明显降低，临床上主要用于卡波济肉瘤、转移性乳腺癌、复发性卵巢癌及多发性骨髓瘤等的治疗。Myocet为普通多柔比星脂质体(非PEG化)，半衰期2.5 h，与其他化疗药物(环磷酰胺)联合用于乳腺癌的治疗。DaunoXome为柔红比星的普通脂质体制剂，主要用于艾滋病引起的卡波济肉瘤。DepoCyte是一种缓释型阿糖胞苷脂质体制剂，用于淋巴瘤脑膜炎的治疗。传统的阿糖胞苷注射剂通常需要预先植入导管于脊髓鞘内，每周注射两次。DepoCyte注入脊髓鞘后，药物缓慢地释放进入脑脊髓液，能够长时间维持较高的药物浓度，给药频率减少到每3周一次，不但增加用药顺应性，且能获得更佳的治疗效果。2012年美国上市的长春新碱脂质体Marqibo为每周静脉注射一次，用于一种罕见的血液及骨髓癌症的治疗。国内开发的紫杉醇脂质体(商品名：力朴素)于2010年最早批准上市。近几年国内上市的多柔比星脂质体逐渐增多，包括石家庄制药集团有限公司的多美素、上海复旦张江生物医药公司的里葆多等。除上述已上市脂质体制剂外，更多抗癌药物的脂质体处于各期临床试验阶段，如多柔比星、蒽环霉素、米托蒽醌、顺铂、奥沙利铂、喜树碱、9-硝基-20(S)-硝基喜树碱、伊立替康、勒托替康、拓扑替康、紫杉醇、长春新碱、长春瑞滨、氟脲苷等。

3.2 聚合物纳米粒 聚合物纳米粒是由高分子载体材料形成的球形固体，药物可溶解、包裹于其中或吸附于表面。高分子材料包括天然来源和合成高分子两大类。前者主要有肝素、壳聚糖、右旋糖酐、清蛋白、明胶、海藻酸盐及胶原等；后者主要有PEG，多聚谷氨酸、聚乙醇酸(polyglycolic acid，PGA)、聚乳酸(polylactic acid，PLA)，聚己酸内酯(polycaprolactone，PCL)，聚乳酸-乙醇酸共聚物[poly(D，L-lactide-co-glycolic) acid，PLGA]，聚天冬氨酸(polyaspartate，PAA)和多聚N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺[N-(2-hydroxypropyl)-methacrylamide copolymer，HPMA]等。

Abraxane为紫杉醇的清蛋白结合纳米粒[20]。由于紫杉醇水溶性差，传统的紫杉醇注射剂使用聚氧乙烯蓖麻油作为溶剂，容易产生变态反应，注射前要求对患者进行抗过敏预防用药，且需缓慢注射(3 h)。Abraxane为冻干粉针，临用前分散于0.9% 氯化钠注射液中，无需抗变态反应用药，注射时间缩短为30 min，极大方便患者，临床用于乳腺癌和非小细胞肺癌的治疗。

主动靶向聚合物纳米粒BIND-014为包载多西他赛的PEG-PLGA纳米粒，靶向肿瘤细胞表面前列腺特异性膜抗原受体，目前正在进行多项Ⅱ期临床试验，考察其对晚期或转移性实体瘤、转移去势抵抗性(castration-resistant)前列腺肿瘤以及非小细胞肺癌患者的安全性和有效性。

3.3 聚合物胶束 聚合物胶束是由两亲性嵌段共聚物在水中自组装形成的一种热力学稳定的胶体溶液，粒径通常<50 nm。聚合物胶束具有内部疏水，外部亲水的特征：内部疏水区包封难溶性药物，可增加难溶性药物溶解度，外部亲水区可阻止胶束与血浆蛋白结合，增加药物在体循环的滞留时间[21]。

Genexol-PM为紫杉醇聚合物胶束，由PEG和PLA嵌段共聚物组成。Genexol-PM主要用于乳腺癌和肺癌的治疗，目前仅在韩国上市，美国和俄罗斯正在进行Ⅱ期临床试验。前期临床结果表明Genexol-PM抗肿瘤活性好，不良反应少，具良好的临床应用前景[22]。近年来，随着对聚合物胶束研究投入的加大，很多产品已进入临床试验阶段，包载的化疗药物除紫杉醇外，其他如多柔比星、顺铂、SN-38、奥沙利铂等。

3.4 药物大分子共价结合物 药物大分子共价结合物系指将药物通过化学反应与高分子载体(或蛋白)共价结合后的化合物，各种功能分子(如主动靶向配体)也能通过共价键与高分子载体结合。

Oncaspar为左天冬酰胺酶与PEG的共价结合物，是目前唯一上市产品，临床用于白血病的治疗。除PEG外，其他较为常用的载体还有HPMA、PLA、右旋糖酐、人血清清蛋白，在研药物有多柔比星、顺铂、奥沙利铂、紫杉醇、喜树碱、甲氨蝶呤、伊立替康等。

4 结束语

纳米给药系统作为新一代肿瘤治疗制剂，不但可增加化疗药物疗效，而且可减少治疗中的不良反应，是抗肿瘤药物的理想剂型，具有广阔应用前景。然而，目前制约纳米给药系统发展的问题仍有很多，主要包括以下几个方面：①工艺复杂，工业化生产难度较大；②由于人体的复杂性及其所存在的各种屏障，纳米粒对肿瘤的靶向性还有待提高；③缺乏体内安全性评价数据，如不同粒径和不同表面性质的纳米粒在体内的作用机制不同，而纳米粒是否存在体内毒性以及其毒性是否与纳米粒的性质相关，目前缺乏相应的实验数据说明。随着纳米制剂理论、技术的不断完善、新材料的不断出现，以及对肿瘤疾病研究的不断深入，相信在不久的将来，必将开发出更为安全、高效的抗肿瘤纳米给药系统。

[1] WHO.Globocan 2012，IARC[OL].http：//globocan.iarc.fr/Default.aspx.

[2] PAYNE S J，JONES L.Influence of the tumor microenviron-ment on angiogenesis[J].Future Oncol，2011，7(3)：395-408.

[3] MARUYAMA K.Intracellular targeting delivery of liposomal drugs to solid tumors based on EPR effects[J].Adv Drug Deliv Rev，2011，63(3)：161-169.

[4] DANQUAH M K，ZHANG X A，MAHATO R I.Extrava-sation of polymeric nanomedicines across tumor vasculature[J].Adv Drug Deliv Rev，2011，63(8)：623-639.

[5] CARDONE R A，CASAVOLA V，RESHKIN S J.The role of disturbed pH dynamics and the Na+/H+exchanger in metastasis[J].Nat Rev Cancer，2005，5(10)：786-795.

[6] HALEY B，FRENKEL E.Nanoparticles for drug delivery in cancer treatment[J].Urol Oncol.2008，26(1)：57-64.

[7] LAMMERS T，KIESSLING F，HENNINK W E，et al.Drug targeting to tumors：principles，pitfalls and(pre-) clinical progress[J].J Controlled Rel，2012，161(2)：175-187.

[8] LOHR J M，HAAS S L，BECHSTEIN W O，et al.Cationic liposomal paclitaxel plus gemcitabine or gemcitabine alone in patients with advanced pancreatic cancer：a randomized controlled phase Ⅱ trial[J].Ann Oncol，2012，23(5)：1214-1222.

[9] FASOL U，FROST A，BUCHERT M，et al.Vascular and pharmacokinetic effects of EndoTAG-1 in patients with advanced cancer and liver metastasis[J].Ann Oncol，2012，23(4)：1030-1036.

[10] TORCHILIN V P.Passive and active drug targeting：drug delivery to tumors as an example[J].Handb Exp Pharmacol，2010(197)：3-53.

[11] BYRNE J D，BETANCOURT T，BRANNON-PEPPAS L.Active targeting schemes for nanoparticle systems in cancer therapeutics[J].Adv Drug Deliv Rev，2008，60(15)：1615-1626.

[12] ALLEN T M，CULLIS P R.Liposomal drug delivery sys-tems：from concept to clinical applications[J].Adv Drug Deliv Rev，2013，65(1)：36-48.

[13] CHO K，WANG X，NIE S，et al.Therapeutic nanoparticles for drug delivery in cancer[J].Clin Cancer Res，2008，14(5)：1310-1316.

[14] PARVEEN S，MISRA R，SAHOO S K.Nanoparticles：a boon to drug delivery，therapeutics，diagnostics and imaging[J].Nanomedicine，2012，8(2)：147-166.

[15] GOSK S，MOOS T，GOTTSTEIN C，et al.VCAM-1 directed immunoliposomes selectively target tumor vasculatureinvivo[J].Biochim Biophys Acta，2008，1778(4)：854-863.

[16] KIM C S，DUNCAN B，CRERAN B，et al.Triggered nano-particles as therapeutics[J].Nano Today，2013，8(4)：439-447.

[17] FANG C，KIEVIT F M，VEISEH O，et al.Fabrication of magnetic nanoparticles with controllable drug loading and release through a simple assembly approach[J].J Controlled Rel，2012，162(1)：233-241.

[18] SMITH B，LYAKHOV I，LOOMIS K，et al.Hyperthermia-triggered intracellular delivery of anticancer agent to HER2(+) cells by HER2-specific affibody(ZHER2-GS-Cys)-conjugated thermosensitive liposomes(HER2(+) affisomes)[J].J Controlled Rel，2011，153(2)：187-194.

[19] SLINGERLAND M，GUCHELAAR H J，GELDERBLOM H.Liposomal drug formulations in cancer therapy：15 years along the road[J].Drug Discov Today，2012，17(3-4)：160-166.

[20] MA P，MUMPER R J.Paclitaxel nano-delivery systems：a comprehensive review[J].J Nanomed Nanotechnol，2013，4(2)：100-164.

[21] FELBER A E，DUFRESNE M H，LEROUX J C.pH-sen-sitive vesicles，polymeric micelles，and nanospheres prepared with polycarboxylates[J].Adv Drug Deliv Rev，2012，64(11)：979-992.

[22] AHN H K，JUNG M，SYM S J，et al.A phase Ⅱ trial of Cremorphor EL-free paclitaxel(Genexol-PM) and gemcitabine in patients with advanced non-small cell lung cancer[J].Cancer Chemother Pharmacol，2014，DOI 10.1007/s00280-014-2498-5.

2014-03-07

2014-07-30

*国家自然科学基金资助项目(81301315)；湖北省自然科学基金资助项目(2011CDB373)

罗小林(1963-)，女，湖南长沙人，副主任药师，从事医院药学研究。电话：(0)15807204360，E-mail：569515968@qq.com。

易丹丹(1976-)，女，湖北武汉人，讲师，博士，从事药物新剂型与新制剂研究。电话：(0)13387588225，E-mail：dandanyi09@gmail.com。

R94

A

1004-0781(2015)02-0218-05