肿瘤靶向性生物膜纳米载药系统的研究进展

黄洁,章真，何小芳，杨觅，胡静，李丽，刘宝瑞，钱晓萍

(1.东南大学 医学院, 江苏 南京 210009；2.南京大学医学院附属鼓楼医院 肿瘤中心，江苏 南京 210008；3.南京中医药大学中西医结合鼓楼临床医学院 肿瘤中心，江苏 南京 210008；4.南京医科大学鼓楼临床医学院 肿瘤中心，江苏 南京 210008)

·综述·

肿瘤靶向性生物膜纳米载药系统的研究进展

黄洁1,2,章真3，何小芳4，杨觅2，胡静2，李丽2，刘宝瑞2，钱晓萍1,2

(1.东南大学 医学院, 江苏 南京 210009；2.南京大学医学院附属鼓楼医院 肿瘤中心，江苏 南京 210008；3.南京中医药大学中西医结合鼓楼临床医学院 肿瘤中心，江苏 南京 210008；4.南京医科大学鼓楼临床医学院 肿瘤中心，江苏 南京 210008)

纳米载药系统的应用一定程度上解决了肿瘤药物治疗时所面临的药物毒副作用大、药物体内选择性差等问题。随着对靶向纳米药物递送系统的不断深入研究和探索，将具有良好生物相容性的天然生物材料与人工合成高分子材料相结合，构建新型复合仿生物纳米载体系统，该系统包含性质不同的两种材料能够相互优化各自的药物投递功能，弱化各自应用上的不足。作者以生物膜纳米靶向药物递送系统为主题，总结了近年来相关文献，旨在为纳米药物载体系统的进一步研究及临床运用提供思路。

生物膜； 纳米粒子； 药物载体； 综述

传统的恶性肿瘤化疗是通过不同给药方式让抗肿瘤药物在人体内分布并达到有效的血药浓度，从而起到杀伤癌细胞的作用。但这种治疗方法选择性较差，会导致药物体内分布不均、毒副反应大等多种问题。因此，药物递送系统(drug delivery system,DDS)的研究成为热点，DDS可通过多学科手段将药物有效地递送到靶组织、靶器官、靶细胞内, 从而调节药物的代谢动力学、药效、毒副作用、免疫原性和生物识别能力。

目前所熟知的药物载体可以被分为人工合成型和天然生物型两大类。人工合成的纳米药物递送系统以载药率高、控释能力好、靶向性强等优势获得很多关注[1]。但在应用过程中仍存在一些缺陷，比如载药纳米粒子易被网状内皮系统摄取并清除，生物相容性和长期的安全性也有待考查。天然细胞作为药物递送载体也有多年的研究探索基础，随着生物科技和纳米技术的不断发展，研究者将具有安全性、生物可降解性及生物相容性好等优势的天然细胞膜与纳米载药系统相结合，制备出适应个体化医疗趋势的新型DDS[2]。本文中作者就不同类型生物膜纳米载药系统的特点、优势及其应用进行综述。

1 生物膜纳米载药系统

生物膜是细胞的重要组成部分，它不仅为细胞活动提供相对稳定的内环境，而且承担细胞间物质交换、信息传递等重任。生物膜在形态上多呈双分子层结构，厚度5～10 nm。其组成成分主要是脂质和蛋白质，另有少量糖类通过共价键结合。随着对生物膜认识的不断深入，研究者已经成功利用生物膜制备出不同类型的生物膜纳米药物载体[3]。

1.1 红细胞膜纳米载药系统

红细胞是人体血液中数量最多的细胞，成熟的红细胞呈双凹圆盘形，无细胞核及细胞器，这种特殊的形态结构利于红细胞最大程度地与外界进行物质交换。红细胞膜作为红细胞的基础屏障，不仅维持了红细胞的基本形态，也保障了红细胞的生理功能[4]。红细胞膜还可以在不同浓度梯度渗透压下实现可逆的膨胀和回缩，研究者利用该特性制备出相应的红细胞药物载体，具有如下优势[5]：(1)生物相容性好，安全可降解；(2)提高药物安全性和机体耐受性；(3)延长药物体内循环时间，发挥药物缓释作用，维持血液内药物浓度。

基于对红细胞药物载体的不断认识，研究者发现红细胞膜表面存在的CD47分子可作为一种自识标记，避免红细胞被巨噬系统内吞，延长红细胞载体在人体内循环时间[6]。自2011年起，张良方团队尝试将红细胞膜包裹在聚乳酸- 羟基乙酸共聚物(PLGA)纳米粒表面制备出了一种新型红细胞膜药物输送系统(RBC- NPs)[7]。低渗环境下红细胞膜孔打开将内容的血红蛋白释出，得到的红细胞膜经过纳米级大小孔隙的膜挤压形成纳米红细胞小体，纳米红细胞小体和聚合物纳米粒子再共同经反复挤压形成直径约为80 nm的RBC- NPs。该RBC- NPs载体不仅保留了高分子纳米材料良好的稳定性和高效载药能力，其外层覆盖的红细胞膜具有较好的生物相容性，可逃避自体免疫的识别攻击，达到延长纳米载体体内循环时间的目的。该团队将抗肿瘤药物多柔比星[8]分别负载入RBC- NPs以及用聚乙二醇(PEG)修饰的NPs内，与单纯的多柔比星裸药相比，无论是在药物释放率还是药效方面，RBC- NPs载体较PEG- NPs及裸药都显示出其优越性。传统的PEG修饰纳米粒能提高载体的亲水性以及在体液内的稳定性，却会在二次给药时出现加速血流清除现象(accelerated blood clearance,ABC)[9]，该现象考虑与体内免疫系统在初次接触PEG后产生了相应抗体有关，而RBC- NPs能很好规避这一问题。

基于肿瘤组织血管异常和易渗漏的特点，纳米药物载体通常可通过被动靶向，即增强渗透和滞留效应(enhanced permeability and retention,EPR)到达肿瘤组织。为进一步提高药物载体的靶向效率，主动靶向递药系统的研究受到关注。Fang等[10]在RBC- NPs模型的基础上利用脂质嵌插的原理，在其表面连接能与肿瘤表面受体特异性结合的配体，包括短链的叶酸和长链的核仁素，以获得更好的肿瘤靶向性。

1.2 单核- 巨噬细胞膜纳米载药系统

白细胞作为免疫细胞，包括单核细胞、淋巴细胞、嗜中性粒细胞、嗜酸粒细胞、嗜碱粒细胞。它们从造血干细胞分化后具备不同的能力，可向特定组织趋化并与炎症部位发生反应。研究者利用白细胞的这些特点将其作为药物载体运用到肿瘤、内分泌疾病、心血管疾病等多种疾病的治疗中。

因为肿瘤组织代谢环境中脉管系统错杂、间质高压、组织缺氧、酸中毒[11]等情况，这在一定程度上阻碍了化疗药物的有效渗入和扩散，降低了药物杀伤肿瘤细胞的效能。而白细胞载体可以通过识别肿瘤脉管系统中相关炎性分子标记物克服上述障碍将药物靶向投递到肿瘤部位[12]。单核- 巨噬细胞系统包括血液中的单核细胞和组织中固定或游走的巨噬细胞，是目前研究最多的白细胞药物载体。通过单核- 巨噬细胞细胞膜上的α整联蛋白和肿瘤细胞上的血管细胞黏附分子1(VCAM- 1)连接，实现了巨噬细胞作为运输药物“特洛伊木马”与肿瘤细胞的高效结合[13]。Choi等[14]制备出巨噬细胞携带脂质体多柔比星载药系统(macrophage- LP- Dox)，该系统同时保留了巨噬细胞活性以及多柔比星的化学毒性，在裸鼠肺癌皮下瘤模型中有效抑制肿瘤的生长。近年来开发出的各类抗肿瘤疗法包括化疗、放疗、靶向药物治疗、免疫疗法等，其最终的效应大多是通过肿瘤相关巨噬细胞(tumor associated macrophages，TAM)功能实现的[15]。因此TAM也可成为载药纳米粒子的递送载体，并对耐药的肿瘤干细胞发挥重要治疗作用[16]。

癌症患者出现肿瘤远处转移往往意味其预后差、生存率低。目前针对晚期病人的治疗仍以全身化疗为主，那是否可以利用药物递送系统将治疗药物靶向至扩散位点，以期达到更好的抗肿瘤效果。中科院的研究者从能高表达α4和β1整联蛋白的小鼠巨噬细胞系(RAW264.7)中分离出细胞膜，将其包覆在已装载了抗肿瘤药物的PH敏感性脂质体纳米粒子外，构建出巨噬细胞膜包覆的曲妥珠单抗脂质体(MEL)[17- 18]。并在裸鼠乳腺癌肺转移模型中证实MEL能对肺转移灶特异性靶向，且显示出较好的抑瘤能力，为肿瘤晚期转移灶药物治疗载体的研究提供了新思路。

类比巨噬细胞，肿瘤反应性T细胞同样有较好的靶向肿瘤能力，可检测并攻击转移的肿瘤细胞。可与负载的化疗药物协同发挥细胞抑制、抗血管生成等作用。此外T细胞作为载体输入体内后可以形成自主工作系统，并且有助于长期记忆T细胞的生成[19]。

1.3 干细胞载药系统

干细胞是一类具有自我复制能力的多潜能细胞，其中间充质干细胞以及神经干细胞是研究较多的两种干细胞药物载体[20- 21]。间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)具有多向分化潜能，它易于体外获取、分离、扩增。有研究表明，肿瘤组织可以诱导MSCs向其迁移[22- 23]，这种趋化性考虑与肿瘤分泌的细胞因子和趋化因子相关。并且MSCs可以穿透血脑屏障，已被应用于脑部肿瘤治疗[24]。因此，研究者尝试用MSCs摄取纳米粒子，帮助其逃脱免疫攻击并实现对肿瘤部位的靶向递送[20]。来自霍普金斯大学的研究者采用了一种基于化疗药物毒胡萝卜内酯(thapsigargin)设计出的可被前列腺特异抗原(PSA)激活的大分子药物前体G114，将其包裹在PLGA里，形成直径约950 nm 的微球，将微球与间充质干细胞体外共孵育后纳米粒子被吞噬形成间充质干细胞包裹的纳米载药系统(G114 MP- loaded MSCs)[25]，并在CWR22肿瘤异体移植动物模型中证实其具有良好肿瘤靶向性和抗肿瘤效果。

恶性神经胶质瘤有浸润性高、生长位置特殊、对放化疗不敏感等特点，患者的预后差，复发率较高。神经干细胞(neural stem cell，NSC)对胶质瘤的亲向性迁移这一现象为胶质瘤治疗提供了思路。NSC与脑组织同源，其多向分化潜能可修复、替代因肿瘤而损伤或死亡的神经组织，以NSC作为药物载体的研究所涉及的治疗药物主要包括细胞因子、病毒颗粒、基质金属蛋白酶和抗体等等。以NSC装载肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(tumor necrosis factor- related apoptosis- inducing ligand,TRAIL)，在其他化疗药物或蛋白酶抑制剂的协同作用下，可以提高对胶质瘤细胞的抑制作用[26- 27]。

虽然围绕干细胞药物载体的研究得到广大科学家的关注并取得一些突破，但若要将其应用到临床肿瘤治疗中，还面临着许多问题。比如将抗肿瘤药物负载入干细胞内是否会影响其固有特性，注射入体内的干细胞药物载体会否促进肿瘤的转移或者在一定条件下向肿瘤方向分化，这些难题亟待进一步探索解答。

1.4 其他类型生物膜载体

张良方教授团队在提出红细胞膜包裹PLGA纳米载药系统后又制备出血小板膜包裹PLGA纳米颗粒新型载药系统[28]。研究者先从血液中分离出血小板，由于血小板外侧膜带负电，PLGA纳米粒子也带负电，二者混合后因为静电排斥得到“right- side- out”的结构，血小板上的各种蛋白质得以保留并朝向外侧，使最终的体系同时具备纳米粒子的载体特性以及血小板的活性[29]。血小板膜上存在高表达的P选择素，它能与肿瘤细胞表面的CD44分子特异性结合。因此，利用血小板膜制备出的药物载体具有较好的肿瘤靶向性[30]。

同样，分布于血管内壁上的内皮细胞，因其良好的血液相容性，可以作为一种天然生物载体材料[31]。研究者用细胞松弛素B(cytochalasin B)处理收集到的内皮细胞能可逆地改变其细胞膜和细胞骨架的相互作用。荧光显微镜下观察，处理后的内皮细胞细胞质发生萎缩，并于细胞周围形成了多个圆形囊泡结构，经过多次离心洗涤可获得直径约930 nm的细胞膜囊泡。1个内皮细胞可制备出50个左右的细胞膜囊泡，其表面带负电荷，保留了内皮细胞膜上原有的蛋白质、脂质等结构。同时可将具有肿瘤亲和力的核酸适配体AS1411连接于膜上，强化该载体的肿瘤靶向性。

许多肿瘤细胞表面的抗原具有同源或异源黏附性物质，如同源黏附的癌胚抗原和半乳糖凝集素3在肿瘤形成过程中发挥着聚集细胞的作用，而对微血管内皮的异源黏附和随后的同源聚集是血源性肿瘤转移的关键步骤。采用肿瘤细胞膜包裹纳米粒制成新型肿瘤靶向载体(CC- NPs)，通过细胞- 细胞之间的相互作用，CC- NPs 在肿瘤细胞的摄取量可达单纯PLGA 纳米粒的20 倍[32]。还有研究显示由肿瘤细胞产生的微囊泡也可作为药物运输载体应用在肿瘤治疗中[33]。

2 肿瘤靶向性生物膜纳米载药系统的应用

目前肿瘤的治疗多围绕“综合模式”开展，运用多种治疗手段对癌细胞实施打击，缩小瘤体，控制转移、复发，改善患者的生存质量，延长生命时间。这类综合治疗方式包括化放疗、热疗、光动力学治疗、动脉灌注化疗、射频治疗、生物免疫治疗等。因此对新型药物载体功能的开发也不应局限于单纯递送化疗药物，制备出多功能响应的药物递送载体才能为后期投入临床应用打开局面。

光动力学治疗是联合应用光敏剂及相应光源通过光动力学反应选择性破坏靶组织的一种治疗方法。负载了过渡金属用超高灵敏分光光度试剂(TPPS)的纳米粒用干细胞膜包裹后递送到骨肉瘤组织，在特定波长激发光的作用下可对局部病灶进行治疗[34]。光热治疗方面，金纳米粒子因其优异的光热转换效应，利用红细胞膜包裹的金纳米粒子载药系统，在近红外激光照射下，随着温度升高红细胞膜表面孔隙打开，一方面可以直接消融肿瘤细胞，另一方面可以实现药物在特定空间和时间的可控药物释放[35]。

纳米级的磁性材料具有优越的性能，在肿瘤的诊断、治疗过程中发挥了重要的作用。间充质干细胞修饰的磁性氧化铁纳米颗粒具有低免疫原性、高度稳定性、高肿瘤靶向性，在磁共振显像技术的作用下可对肿瘤转移进行示踪研究[36]。

此外，还有 pH、温度、氧化还原相关等多种多功能响应的载体可用于肿瘤治疗。通过生物膜将各种组分整合到同一递药系统中的策略有利于克服肿瘤治疗过程中面临的障碍，并实现对肿瘤的早诊断、早治疗。

3 结语与展望

随着对生物膜纳米载药系统的深入研究，目前已成功实现纳米给药系统的体内长循环、肿瘤组织内大量聚集以及对肿瘤微环境刺激响应的释放，这在一定程度上提高了抗肿瘤治疗的有效性，减轻治疗伴随的毒副作用。但是这样的载药系统的制备多数还停留在实验室阶段，存在着材料以及生产工艺不成熟的问题。此外这些药物载体是否能安全无害地应用于人体还有待进一步临床试验的探究。但是随着生命科技不断的进步，人类对肿瘤相关病理特征和特异性的生物标记物有更深入的认识，一定可以制备出完善可用的肿瘤靶向药物递送系统，为肿瘤的预防、诊断和治疗提供便利。

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2016- 11- 21

2017- 06- 22

南京市科技发展计划项目(201503013)；南京市卫生局重点项目(zkx13022)；江苏省自然科学基金资助项目(BK20161107)

黄洁(1991-),女，江苏常州人，在读硕士研究生。E- mail:huangjie_1005@163.com

钱晓萍 E- mail:qianxiaoping211@hotmail.com

黄洁,章真,何小芳,等.肿瘤靶向性生物膜纳米载药系统的研究进展[J].东南大学学报:医学版,2017,36(5):864- 868.

R914；TB383.1

A

1671- 6264(2017)05- 0864- 05

10.3969/j.issn.1671- 6264.2017.05.037

(本文编辑：何彦梅)