纳米金在肿瘤诊断治疗中的研究现状＊

廉晓丽，杨毅梅

据WHO预测，到2020年全球肿瘤发病率将上升50%，癌症患者将增加至近1500万，恶性肿瘤将成为21世纪威胁人类健康的头号杀手，其病因、病理机制、临床表现以及治疗均比较复杂［1］，因此早期诊断、定时监测和及时治疗是治疗恶性肿瘤的关键。由于受到医疗水平的限制且肿瘤的分期、分级、症状都较复杂［2,3］，肿瘤的早期诊断依然是当前需要攻克的难关，然而肿瘤的早期诊断不一定有利于患者生存期的延长和更好的预后，很有可能造成“过度诊断”［4］。 因此，寻找快速、准确、灵敏、经济、操作简单的肿瘤检测方法是非常有必要的。放化疗治疗是临床针对多数肿瘤的一种常规治疗手段。但抗肿瘤药物不仅毒性大且缺乏组织特异性，给全身带来的不良反应大，为了改善这些不足，提高药物的生物利用度并减少其不良反应，使用靶向给药体系改变抗肿瘤药物体内递送方式受到了广泛关注［5］。基于放疗原理和射线损伤的非特异性，高能射线会对肿瘤周围正常组织产生辐射损伤，通过使用放射增敏剂来提高肿瘤照射剂量，提高射线对肿瘤组织的杀伤能力，从而最大限度地保护周围正常组织，是一直以来肿瘤放射治疗追求的目标［1］。因此，现代医学的首要任务是发展既高效又精准的诊断、治疗技术。

1 纳米金的特点

纳米金（GNP）是指粒径为1～100 nm之间的金粒子。目前最常用的方法是用柠檬酸三钠还原氯金酸，通过改变每种物质的量，来制备出所需尺寸的纳米金。其独特的理化性质，如光学效应，小尺寸效应，表面效应，宏观量子隧道效应，荧光特性，电化学特性，吸附特征，使其具有其他宏观物质所没有的功能和用途［6］。通过纳米金表面与巯基形成的Au-S键，很多含巯基的靶向分子可被轻易修饰到纳米金表面以达到靶向性，且修饰后可以减少它的免疫原性，降低清除率，达到长期循环性等目的，且纳米金的纳米级尺寸效应使肿瘤组织提高了对它的通透性和滞留效应，即使没有靶向分子也可以在肿瘤组织中保留一段时间，降低了对纳米金的清除率［7］。 傅岳武等［8］通过观察 GNP 对血管丰富的裸鼠肝癌 HIF-1α（缺氧诱导因子-1α）和 VEGF（血管内皮细胞生长因子）mRNA表达及肿瘤血管的影响，证实了纳米金不仅可以抑制肿瘤血管的生成，还可以使肿瘤血管正常化，改善肿瘤内部缺氧的代谢微环境，延缓肿瘤细胞的恶性转化。纳米金独特的理化性质和其本身就有的抗肿瘤血管生成而使肿瘤血管正常化的作用，使其被广泛应用于生物医学领域研究，特别是肿瘤的诊断与治疗方面。

2 纳米金在肿瘤诊断方面的研究

2.1 纳米金在肿瘤细胞检测中的应用 纳米金现已被广泛应用于生物及化学领域的检测。肿瘤标志物的检测是肿瘤普查、诊断和预后的主要技术手段之一。纳米金与核酸生物分子结合形成的球形核酸复合物（SNAs）检测探针［9］，不仅具有良好的生物相容性而且能够高灵敏、高特异性地检测体内和体外肿瘤细胞标志物［10］。 Li等［11］使用了一个在纳米金颗粒上偶联多个mRNA探针的方法，成功实现了对肿瘤细胞内（c-myc，TK1，Gal Nac-T）3 种 mRNA 分子的检测。 2016年，Zhao等［12］使用量子点代替普通荧光染料修饰纳米金，达到准确灵敏的识别肿瘤细胞miRNA。陈胜华等［13］基于纳米金具有密度大，介电常数大，良好的生物相容性，可以增强SPR（表面等离子体激元共振）信号等特性，设计了竞争型免疫模式实现了对血清中低浓度的f-PSA（游离前列腺特异性抗原）的超灵敏检测，在前列腺癌的早期诊断方面具有广阔的应用前景。纳米金粒子随着聚合程度不同，溶液颜色也会发生相应的变化，邹瑟音等［14］通过将待检测的 CA125（卵巢癌标志物）捕获抗体连接到纳米金粒子表面来制备纳米金探针，经过抗原抗体免疫反应形成纳米金聚集体，通过比色法能够快速、简便、定量检测出患者血清中CA125浓度，最低检测限远低于传统的ELISA法的检测结果，尤其对基层医院早期检测卵巢癌标志物CA125具有重要的应用价值。王文涛等［15］通过建立蛋白芯片和纳米金探针为基础的高灵敏度多肿瘤标志物检测体系，进而实现了对肺癌的早期诊断。最近几年，纳米金粒子更广泛应用于DNA生物传感器中［16］，作为肿瘤标志物之一的ATP为活细胞赖以生存的能量来源，故通过检测恶性肿瘤ATP浓度变化，可以了解其细胞代谢情况以及肿瘤化疗敏试中的整体细胞杀死量。崔士斌等［17］在金纳米笼中加入荧光物质并采用巯基修饰的DNA及其互补链包裹金纳米笼，制备成一个DNA生物传感器。该DNA生物传感器与ATP适体相结合的DNA引物链反应，释放出荧光物质，通过检测荧光信号，能检测出癌细胞中微量ATP。最近几年，纳米金粒子更广泛应用于DNA生物传感器中，循环肿瘤细胞（CTC）即指从原位肿瘤病灶脱离进入人体外周血循环系统的癌细胞，对其进行检测后可用来解释肿瘤的转移行为，反映肿瘤的侵袭性，对癌症治疗效果的判断以及肿瘤的预测都有很重要的意义［18，19］。介于纳米金具有大比表面积，能高密度固定抗体且纳米基质能增加CTCs伪足与基质的接触等特性，康勤书等［20］通过设计并制作了微柱型聚二甲基硅氧烷（PDMS）微流控芯片，并在通道表面组装纳米金，固定上皮细胞黏附因子（EpCAM）抗体后用于CTC检测，不仅廉价简单，且捕获效率高。方菲等［21］建立了一种利用纳米金免疫层析方法快速定量检测癌胚抗原，该方法准确、快速、简便易行，克服了传统方法的很多缺点。

2.2 纳米金在肿瘤成像中的应用 现代影像学设备和操作技能的飞速发展使其可以对肿瘤进行分级和分期，在恶性肿瘤的诊治和预后判断方面起到了关键作用［22］。但是受到自身分辨率的限制，很多早期微小病灶还是会遗漏，从而延误了患者的最佳治疗期［23］。为了实现对疾病早期进行干预，研究人员使用纳米金作为新型的造影剂，用于肿瘤细胞靶向性成像。由于金相比与常见造影剂碘，具有较高的原子序数和X射线吸收系数，使用金成像可以降低患者的辐射剂量，纳米金具有独特的等离子共振光学特性和易于修饰的化学特性，且有较长的血液循环时间，在病灶内可以高效聚集，在肿瘤成像中呈现较好的对比度，能够提高肿瘤成像的显影效果且具有组织特异性。张骐等［24］进行分子影像学研究并探索了AuNPs-Tf-AuNCs多功能分子探针对表面高度表达TfR（转铁蛋白）的人前列腺癌细胞（PC3）进行 CT 靶向成像。 Wang 等［25］采用乙酰化的纳米金颗粒成功地实现了对肺癌细胞的CT靶向成像。纳米金作为功能化的分子探针不仅实现了癌细胞的靶向成像还可以进行抗肿瘤药物治疗。Kim等［26］将前列腺特异膜抗原（PSMA）特异结合的RNA适体（Aptamer）接合到纳米金颗粒上，该适体同时结合了阿霉素，从而形成具有造影剂和药物载体双重功能的纳米金。

3 纳米金在肿瘤治疗方面的研究

3.1 纳米金载药系统的研究 纳米金因其自身组成结构的原因容易通过物理吸附、离子键结合、共价结合等方式结合抗肿瘤药物，组成纳米金载药系统［27］。该系统理论上主要有以下几个优点：（1）保护药物，提高药物活性，从而提高抗肿瘤药物对肿瘤细胞的杀伤能力。（2）不仅可以抑制肿瘤血管的形成，还可以抗肿瘤，达到多靶点抗肿瘤的效果。（3）其巨大的比表面积，高通透性和滞留（EPR）效应，提高了药物治疗的靶向性，提高了抗肿瘤药物的生物利用度。尤其是纳米金笼结构具有更大的比表面积，可以荷载更多的药物分子，在荷载体系中获得很好的应用。（4）实现对药物的可控释放。表柔比星（EPI）作为第二代蒽醌类抗肿瘤抗生素，虽然在肿瘤的治疗中占有重要地位，但是由于其靶向性差，从而限制了进一步在临床的应用。因此赵晓旭等［28］成功合成的纳米金-表柔比星（EPI-AuNP）载药系统对人脐静脉内皮细胞 （HUVEG），人肝癌细胞（HepG2）均有增殖抑制作用，主要机制为EPI-AuNP复合体可以增加HUVEG，HepG2细胞对EPI的内吞作用，同时避免其在细胞内快速降解，延长细胞内药物半衰期，增加细胞内EPI的有效浓度，从而发挥更强的细胞增殖抑制作用。由于姜黄素具有明确的抗肿瘤活性，可以抑制多种肿瘤细胞的生长，且不良反应小。为了进一步提高姜黄素的稳定性，靶向性和生物利用度，孙冬冬等［29］合成了姜黄素修饰的纳米金棒（Cur@Au NRs），通过对其抗肿瘤活性的研究发现，Cur@Au NRs对人胃癌细胞SGC-7901比较敏感，可能通过抑制肿瘤血管的生成和迁移来影响胃癌细胞SGC-7901的增殖，达到抗肿瘤的效果。转移是恶性肿瘤的基本生物学特征，90%以上的癌症患者死于肿瘤转移［30］。因此合理的抑制肿瘤血管生成，从而改变了肿瘤生长转移的必要条件是一种有效的治疗方法［31］。 李鑫等［32］通过将纳米金与恩度（重组人血管内皮抑制药）结合形成复合体，靶向输送恩度至肿瘤组织，实验结果与对照组和单药组相比，黑色素瘤肺转移显著减少，该复合体可明显提高抑制转移的效率。

3.2 纳米金在肿瘤放射增敏中的应用 研究人员发现将纳米金特异靶向到淋巴瘤和乳腺癌细胞中，再用飞秒脉冲激光辐照后能引起细胞中活性氧水平的显著升高，诱发细胞凋亡，说明纳米金本身具有成为光敏剂的潜能［33］。纳米金作为一种放射增敏剂不仅能够提高放射疗法的肿瘤敏感度，且纳米金吸收放射能量后能够产生光电效应，相较于周围软组织吸收射线明显，有效地降低射线对肿瘤周围正常组织的损伤，其发射出穿透深度达100 μm的光电流，增强放射线对深层癌症细胞的杀伤作用，有效地增强了深表肿瘤的放射治疗。Chang等［34］通过使用13 nm的纳米金与6MeV电子线光束25 Gy单剂量照射黑色素瘤荷瘤小鼠后对照分析肿瘤发现，实验组小鼠的肿瘤体积明显减小，肿瘤小鼠的生存期也得到延长。即纳米金放射增敏的治疗延缓了肿瘤的生长，进一步证明了细胞凋亡是纳米金放射增敏治疗的主要途径之一。王翠红等［35］通过将巯基葡萄糖分子结合在GNPs的表面形成Glu-GNPs复合物来提高A549细胞（肺癌细胞）对GNPs的摄取，并将该复合物加入到A549细胞中给予照射剂量培养，发现Glu-GNPs不仅可以将A549细胞阻滞在对放射较为敏感的G2/M期，还可以实现对细胞凋亡的调控，明显提高了A549细胞对6MVX射线的敏感性，增强了射线对A549细胞的杀伤作用。Geng等［36］通过实验证实了纳米金对人卵巢癌的放射增敏作用，他们也发现其机制与纳米金能够阻滞细胞于放射敏感的G2/M期以及产生活性氧自由基（ROS）有关。 朱传东等［37］通过 BSA（牛血清清蛋白）修饰纳米金对H22肝癌荷瘤小鼠肿瘤生长有较强的抑制作用和放射增敏效果，为寻求高效，低毒的放疗增敏剂提供可能。纳米金作为一种放射增敏剂不仅能够提高放射疗法的肿瘤敏感度，且纳米金吸收放射能量后能够产生光电效应，在较低的辐照强度下，相较于周围软组织吸收射线明显，有效地降低射线对肿瘤周围正常组织的损伤，其发射出穿透深度达100 μm的光电流，增强放射线对深层癌症细胞的杀伤作用，有效地增强了深表肿瘤的放射治疗。目前纳米金增敏在临床上应用刚刚进入起始阶段，仅有两种基于纳米金的制剂应用到了临床前试验中，距离临床应用尚需更多的临床前研究进行支撑［38］。

3.3 纳米金对肿瘤的光热疗法 光热治疗（PTT）是一种经临床验证可有效杀伤肿瘤细胞的由纳米金介导的微创治疗手段，主要介于纳米金独特的SPR物理性质，可高效吸收NIR（近红外光线）激光的能量，并将其转化为热能，导致肿瘤组织因局部温度急剧上升而消融，又不损伤正常细胞，比化疗和放疗不良反应少得多，是近年来公认的“绿色疗法”，且牛建丽等［38］通过实验结果表明纳米金红外热疗，既可杀灭肝癌细胞又可杀灭乳腺癌细胞，即没有细胞特异性，可广泛应用于各种肿瘤细胞，在生物医学领域有着广泛的应用前景。利用某些乳腺癌细胞过表达Her2受体的特点［39］，Halas将纳米金壳颗粒与Her2的抗体结合，使该复合物准确地进入乳腺癌细胞，完成肿瘤细胞的靶向定位，给予近红外照射后，达到选择性杀伤肿瘤细胞的目的。cMet，即肝细胞生长因子受体（HGFR），过表达于多种恶性肿瘤细胞的表面，并与肿瘤细胞的增殖，迁移以及抗凋亡有关，梁莹等通过合成空心纳米金球并偶联抗cMet单克隆抗体以构建生物相容性较好的靶向抗体金球，使得在较低能量的激光照射下即可达到靶向消融宫颈癌细胞的目的，从而提高光热治疗的效应。纳米金的形态也会对PTT疗效产生影响，由于纳米金棒有两个共振峰，波长较长的共振峰在700～800 nm，对红外光有明显的吸收，可以更好地应用于光热治疗［40］。

3.4 纳米金与肿瘤射频治疗 射频消融术（RFA）是临床用于治疗肝癌（包括原发性和继发性）以及其他实体肿瘤的微创治疗方法［41］。为了更加有效地增强RFA一次性的毁损体积，抑制残癌的生长，来提高RFA的治疗效果，研究者们通过实验证明［42］，GNPs能够增强对肝癌细胞的毁损效应，扩大毁损体积，且毁损效应随着GNPs浓度增加而增强。因此，邹孟达等［43］分别将 TyrRGD-GNPs-VEGFsiRNA复合物和GNPs注射给VX2肝癌兔，发现TyrRGDGNPs-VEGFsiRNA复合物组中的GNPs颗粒经TyrRGD（环五肽RGD）靶向作用及PEG的功能修饰后可有效地到达动物肿瘤部位，使得GNPs能在肝脏肿瘤中靶向聚集，从而实现增强毁损效应的目的。

综上所述，由于纳米金经PEG或多肽等修饰之后，毒性大大降低，这些特点使其应用于肿瘤治疗变为可能［44］。近些年，综合治疗方法联合多种治疗手段，是临床肿瘤治疗基本策略之一。研究者利用纳米金特殊的光学特性，在肿瘤放射治疗的同时使用光热治疗，对肿瘤区域的成像并结合光刺激药物释放体系等多功能纳米金的综合应用是其未来的发展方向。由于纳米金体内清除速度慢以及毒性的不确定性等使其目前的抗肿瘤作用仅限于细胞实验和动物实验研究阶段，在保证人体安全实验之前需要更加充分的实验研究基础和结论，提高纳米金生物探针对肿瘤细胞检测的特异性，更好地明确其在放射治疗中的增敏作用，更好地为患者服务。