纳米制剂在胶质瘤诊治中的应用进展

张安可 毕云科 徐远志 楼美清

(上海交通大学附属第一人民医院神经外科，上海 200080)

胶质母细胞瘤(glioblastoma multiform, GBM)是中枢神经系统最常见的恶性肿瘤，约占所有成人原发性胶质瘤的51%，是小于35岁成人肿瘤致死的第二大病因[1]。近些年，GBM的诊断和治疗有了较大进展，但患者的复发率、致死率仍很高，预后不容乐观。经传统的联合治疗后，GBM患者的中位生存期仅14.6个月，而无进展生存期少于24 w[2]。针对GBM的化疗有诸多弊端，比如：神经毒性，特异性差，肿瘤内药物浓度低和严重的毒副作用等，这些缺点限制了传统化疗药物在临床的广泛应用。目前，研究人员正着力从脑肿瘤发生发展的分子及生物学机制方面设计新的治疗方案，例如肿瘤细胞如何克服细胞周期；如何逃避程序性死亡；如何诱导血管生成；如何逃避免疫调节；并涉及自杀基因、抑癌基因、细胞因子基因等[3]。

近年来，纳米技术的发展已经扩展到生物医学领域，成为针对GBM诊断和治疗的全新工具。纳米医学的发展为GBM的早期诊治提供了希望。由于血脑屏障的存在，98%的有效药物无法透过屏障而达到治疗浓度，但纳米制剂的应用成功的解决了这一难题[4]。纳米制剂可自我组装，具有体积小，稳定性及生物兼容性好的特点，且与细胞的接触面大。此外，纳米制剂还具有以抗体或配体为基础的肿瘤特异靶向功能，可包封、递送抗肿瘤药物，是目前对GBM进行研究和诊治的新型工具。

经过设计后，纳米颗粒可以与细胞表面特异性标记物进行靶向结合，进而大大提高纳米颗粒递送药物的效率，同时减小了化疗药物对正常组织的毒性作用。此外，纳米颗粒为特异性靶向递送药物至细胞或细胞内开辟了一条新的生物途径，比如跨血脑屏障的药物转运。本文将主要描述当前纳米制剂应用于胶质瘤诊断和治疗的主要方式，最常用纳米材料的设计思路，组成材料、结构和药物递送机制等。同时，我们也将简单讨论纳米制剂的作用机制，潜在毒副作用，治疗效果，以及将来在GBM诊治中的实际运用等。

一、纳米制剂在GBM诊断中的应用

GBM的早期诊断与成像技术的发展密不可分。在成像技术上，纳米制剂作为造影剂可以获得详细的细胞、分子影像，并实时检测靶向药物进入肿瘤内部的情况；此外，纳米造影剂还能为最大程度切除肿瘤提供详细数据[5]。

1.PET和MRI在脑胶质瘤成像中的局限性：正电子发射断层扫描(positron emission tomography, PET)是一种利用正电子发射放射性示踪剂的信号来构建示踪剂在体内的分布图像的成像模式[6]。目前，18氟-脱氧葡萄糖[(2-18F)-2-deoxy-fluoro-D-glucose, FDG]是用于评估脑胶质瘤糖代谢最常用的标志物。然而FDG-PET在区别高级别肿瘤的辐射性坏死和肿瘤复发方面更有优势，但它在确定肿瘤浸润程度和低级别肿瘤复发等方面仍较为局限。

磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)可以提供解剖信息和高空间-分辨率解剖图像，是被广为接受的脑肿瘤成像方式。而功能性核磁共振(functional magnetic resonance imaging, fMRI)不仅可以对特定脑区域进行非侵入性定位、检测，还可以评估运动和语言功能，并有助于在最大限度切除肿瘤的同时最大程度进行功能保留。然而，在很多机构中由于缺乏专业操作指导及重要硬件、器械部件的医疗认证，fMRI并不被认为是完全成熟的诊断性神经成像模式[7]。

2.纳米成像制剂在脑肿瘤诊断的应用：针对以上不足，研究人员在改进成像方式方面做了很多努力，目的是加强信号并生成对比清晰的图像。纳米成像制剂具有穿透肿瘤血管壁，并在血管内滞留的能力，能在肿瘤内大量聚集[8]。

将氯毒素(chlorotoxin, CTx)作为肿瘤特异性配体修饰树状聚-L-赖氨酸(dendrigraft poly-L-lysines, DGL)结合的大分子试剂已经在脑肿瘤的MRI成像研究中取得了满意结果。研究显示，经CTx修饰的造影剂注入小鼠体内，5 min后在模型小鼠的脑肿瘤和肝肿瘤中达到峰值水平，明显高于未修饰对照组。而且，与对照组相比，经CTx修饰的造影剂组增强信号可以持续更长时间[9]。Veiseh等[10]研发了以涂覆有聚乙二醇-壳聚糖(polyethylene-glycol-chitosan, PEG-chitosan)和聚乙烯亚胺(polyethylenimine, PEI)的超顺磁性氧化铁纳米颗粒为核心的纳米载体，该载体通过与小干扰RNA(short interfering RNA, siRNA)，肿瘤靶向肽及氯毒素结合来提高肿瘤的特异靶向能力和成像效能。通过流式细胞术，定量逆转录酶-多聚酶链反应(reverse transcription polymerase chain reaction, RT-PCR)，荧光显微镜和MRI研究证实了受体介导的纳米载体的细胞内化作用，该发现对胶质瘤早期成像诊断具有重要意义。

磁性纳米粒子(magnetic nanoparticles, MNPs)在恶性脑肿瘤成像和靶向治疗方面很有前景。将肽或抗体修饰于磁性纳米粒子表面可以直接靶向肿瘤细胞，并具有破坏肿瘤细胞活性信号通路的功能[11]。磁性纳米颗粒会显示出更高的纵向弛豫，在T1加权图像上呈现增强信号，并缩短T1和T2加权图像中的横向弛豫时间，使传统的T2加权图像靶器官的信号强度大幅度下降(即所谓“负对比度”)。因此，磁性纳米颗粒已经被广泛应用为MRI的对比剂和分子成像探针。

精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(arginine-glycine-aspartic, RGD)序列是目前多种含有RGD肽的基本模块，具有优先结合α和β3整联蛋白的功能，在肿瘤的血管生成和转移中起关键作用，且不存在于正常血管中[12]。该探针可以用于荧光成像检测肿瘤部位，再利用放射性分析评估探针的肿瘤靶向效能[13]。总之，纳米成像制剂在PET和MRI等成像技术的应用将进一步提高早期肿瘤检测的精确度。

二、纳米制剂在胶质瘤治疗中的应用

应用可生物降解的纳米制剂可以有效跨过血脑屏障，在中枢神经系统内特异性递送药物。纳米颗粒可以搭载不同的化疗药物，并在针对肿瘤细胞的特异性免疫应答过程中调节细胞免疫和体液免疫[14]。目前已经设计出各种类型的纳米颗粒，并且具有不同的功能，例如可以结合抗原而被特异性受体识别的功能[15]；把抗原包封在纳米颗粒内以免被降解的功能；标记纳米颗粒使其被特异性受体识别后能跟踪其迁移过程；作为靶向递送化疗药物的载体等。

纳米载体的种类繁多，如聚合物纳米颗粒、脂质体、固态脂质纳米颗粒(solid lipid nanoparticles, SLN)、碳纳米颗粒、树枝状聚合物和聚酰胺胺[poly(amidoamine), PAMAM]。现已研发出了多种纳米制剂，有助于中枢神经系统相关疾病，特别是胶质瘤的诊治(表1)。

表1 目前已被研发应用的纳米制剂

纳米载体药物主要特性针对疾病 1．GSH-PEG阿霉素 增加药物溶解性，增强抗肿瘤活性，减少副作用脑转移瘤，胶质瘤 脑转移瘤，胶质瘤 2．PEG/SLNc-MetsiRNA 物理稳定性和耐受性，药物控释，位点特异靶向，避免不稳点药物降解GBM 3．阴离子固态脂质纳米颗(CASLNs)卡莫司汀最小平均直径和最大包封效率来减少不良方应GBM 4．CASLNsDOX延长药物血流循环时间GBM 5．Polysorbate80-coatedwithPBCADOX穿透增强和滞留效应，在固态肿瘤中易积聚GBM 6．MPEG-NP紫杉醇稳定，体积适当，理想的药物负载率和包封率GBM 7．PLGAwithsurfaceLfandFA依托泊苷生物可降解性和生物兼容性GBM，帕金森亨廷顿氏癫痫，脑卒中，获得性免疫综合症脑缺血 8．铁纳米颗粒(IONPs)西妥昔单抗对流增强递送，MRI，靶向治疗GBM 9．PEGylatedPAMMAM纤维蛋白结合肽更优的渗透性，体积小GBM

1.脂质体靶向制剂的应用：目前，在临床应用中最普遍的是脂质体制剂。脂质体是由磷脂膜包围的同心双层囊泡，有亲水和疏水两个区域，具有两亲性。递送药物时，脂质体会粘附到细胞膜表面或者诱导细胞通过内吞作用摄取。大量实验证明，多种药物或其代谢物的活性可以通过脂质体的包裹得到增强。

紫杉醇是一种通过促进微管装配达到稳定化效果来抑制细胞分裂的化疗药物。为了克服紫杉醇的高疏水性，以及吸收率低的限制，可以将紫杉醇和脂质体结合[16-17]。Xin等[18]证实了Angiopep修饰的PEG-聚己内酯[poly(caprolactone), PCL]纳米颗粒加载紫杉醇在胶质瘤治疗中具有递送药物双靶向能力。将纳米颗粒修饰Angiopep后可以增强其穿透血脑屏障的能力，并能通过脂蛋白受体相关蛋白介导的胞吞作用靶向递送至肿瘤。搭载紫杉醇的ANG-NP在U87 MG神经胶质瘤细胞系中表现出较强的抗细胞增殖和促细胞凋亡能力。紫杉醇吸附于PEG-聚乳酸[poly(lactic acid), PLA]的两亲性嵌段形成聚合物-药物缀合物。该缀合物具有两亲性，在水性介质中自我组装后，紫杉醇分子被包裹于胶束核心，得到了良好的保护；而PEG构成了胶束的外层，保留了水溶性。动物实验肯定了PEG-PLA-紫杉醇胶束对肿瘤的抑制能力。用空白PEG-PLA胶束和PEG-PLA-紫杉醇胶束分别处理大鼠脑胶质瘤切片后，荧光成像进一步证明，PEG-PLA-紫杉醇胶束可以穿透血脑屏障并特异性递送至靶位，具有更高的细胞摄取率，更强的抗细胞增殖和促细胞凋亡作用[18]。

2.靶向机制：介导肿瘤细胞摄取纳米粒子的机制有很多，其中较为普遍的是膜转运蛋白受体或转铁蛋白受体所介导的胞吞作用，已经被应用于抗癌药物和蛋白质靶向递送的临床研究中。借助该机制可以达到将治疗药物、基因靶向递送至过表达转铁蛋白受体的恶性肿瘤细胞。研究表明，与转铁蛋白偶联的PEG脂质体可以表现出受体介导的靶向作用。目前已经设计出可以搭载多柔比星(doxorubicin, DOX)的Lf-PCL(DOX-Lf-PCL)纳米颗粒，正是应用了乳铁蛋白(lactoferin, Lf)与PCL的结合。在原代细胞和神经胶质瘤细胞C6模型中，DOX-Lf-PCLs表现出了更高的摄取率，增加了Lf-PCL在脑中的集聚[19]。

三、展望

就目前的科技和医疗水平而言，胶质瘤的手术及放疗已达到了一个非常高的水平，短时期内很难有实质性的突破，因此化学疗法已经成为胶质瘤治疗最有希望的方法之一[20]。研究人员正在积极地尝试将各种功能制剂结合到纳米颗粒，开发设计更多的方式来实现有效治疗。血脑屏障限制了绝大多数针对神经系统疾病的有效药物或成像对比剂的进入，而纳米制剂的应用使药物靶向递送成为可能。在纳米颗粒表面修饰上相应的配体，使载体通过毛细血管内皮细胞的胞吞作用穿过血脑屏障。纳米制剂可以跨过血脑屏障递送药物，意味着这项技术在中枢神经系统疾病的无创治疗领域具有极大的潜能。而且随着肿瘤干细胞研究的深入，探寻以肿瘤干细胞为靶点的治疗方法，抑制甚至消除这些胶质瘤的起源细胞成为了靶向治疗新的切入点[21]。总之，随着肿瘤发生发展机制的深入研究和纳米技术的快速发展，实现肿瘤的早期诊断和有效治疗指日可待。

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