羟基喜树碱药物递送系统抗肿瘤研究进展

范子琪，徐勤，秦金保，陆信武

(1.桂林医学院药学院，广西 桂林 541001；2.上海交通大学医学院附属第九人民医院血管外科,上海 200011)

羟基喜树碱(hydroxycamptothecin，HCPT)作为单萜类吲哚生物碱，具有10-羟基基团，是一种功效更强、毒性更低的广谱抗癌药物，在肝癌、乳腺癌、肺癌和卵巢癌等肿瘤中显示出明显的抗肿瘤活性[1-2]。临床常用的HCPT剂型为钠盐粉针剂及钠盐注射液等[3]。HCPT注射剂通过碱化作用转变为水溶性羧酸盐，将影响药物治疗效果并引发严重不良反应，如骨髓抑制、出血性膀胱炎、皮炎和呕吐[4]。同时，HCPT较差的水溶性以及不稳定内酯环在生理pH条件下所引起的内部不稳定性极大地限制了HCPT的临床应用及有效发展[5]。因此，研究高效、低毒的靶向药物递送系统具有重要的临床意义。

目前，药物递送系统被广泛用于前体药物[6-7]、脂质体[8-9]、纳米颗粒[10-11]、胶束[12]、纳米混悬液(nanosuspension，NSps)[13]、纳米乳液[14]和纳米晶体[15]等研究，均已取得一定成功。与HCPT相比，HCPT药物递送系统显著改善了HCPT的水溶解度，延长了其在血液中的半衰期，提高了其生物利用度，通过高渗透长滞留(enhanced permeability and retention，EPR)效应的被动靶向或主动靶向，并通过与其他抗癌药物或诊断剂联合发挥协同作用[16-17]。现对HCPT药物递送系统抗肿瘤的研究进展予以综述，以期为开发更有效的HCPT纳米递送系统的开发及应用提供参考。

1 HCPT药物递送系统

HCPT通常在体内快速代谢并失去药理活性。因此，提高病灶中HCPT的有效积累十分重要。基于材料科学和药学领域的卓越研究成果，已开发出具有多种尺寸、结构、表面特性的HCPT药物递送系统[18-19]，如前体药物、脂质体、纳米粒和胶束，这些药物递送系统可广泛用于体内HCPT药物的递送，并通过全身(静脉)或原位给药途径改善药物的治疗效果。

1.1前体药物 前体药物通常是为了克服母药在给药过程中存在的问题，如低溶解度、低渗透性、口服吸收差、不稳定、毒性和非靶向性等[7]。与游离载药胶束、脂质体、纳米粒和其他纳米制剂相比，前体药物往往通过化学键形成。前体药物制剂具有易放大、重复性好、可接受性强、质量可控等特点。为了克服HCPT的不足，对HCPT进行结构修饰，开发了一些具有较高抗癌活性和水溶性的HCPT衍生物，如伊立替康及其活性代谢产物SN38，现已通过SN38临床试验研究出6种纳米药物递送系统[20-21]。聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)作为一类高水溶性和生物相容性的聚合物被广泛应用，可提高HCPT溶解性和稳定性，延长体内半衰期。Deng等[6]采用低分子量线性M-PEG，以大环硫酸酯为基础对HCPT进行修饰，高效制备出相应的前体药物，可达到高水溶性、延长体内半衰期的目的。对人肝癌细胞HepG2和人乳腺癌细胞MCF-7抗癌效果的分析显示，与HCPT相比，HCPT前体药物表现出更高的细胞毒性，并有望成为有前景的抗癌候选药物。吕方圆[22]以聚酯为骨架、PEG单甲醚为亲水段、HCPT作为疏水段设计出一种聚合物前体药物，与游离HCPT小分子比较，该聚合物前体药物对人宫颈癌细胞HeLa表现出更强的细胞毒性。尽管这些HCPT前体药物已取得了一些研究进展，但尚未达到临床应用要求。与此同时，仅通过改善HCPT溶解性很难实现HCPT特异性靶向肿瘤组织，仍需要通过新型药物递送系统进行补充。

1.2脂质体 脂质体是由磷脂双层组成的囊泡结构，已被广泛用于药物运载。将HCPT制备成脂质体剂型能够使其α-羟基-δ-内酯结构嵌入双层磷脂膜[23]，避免HCPT在水环境中开环失效，从而保持其生物活性，提高药物与肿瘤细胞的亲和性，延缓其释放。根据应用目的不同，这些脂质体分为普通-长循环脂质体、靶向释放脂质体、触发释放脂质体(包含组件，提供一个选择性和控制脂质体的释放)等。

1.2.1普通-长循环脂质体 正常脂质体的脂质部分通常由一定比例的胆固醇和大豆磷脂酰胆碱组成，没有其他部分的修饰，这种脂质体可有效递送HCPT。长循环脂质体(又称隐形脂质体)通过将亲水性聚合物(尤其是PEG)导入脂质表面而发挥持久能力，从而防止脂质体被网状内皮系统摄取，增强其稳定性并保护其中所含活性物质免于被迅速降解。通过采用薄膜分散法制备NK4修饰的HCPT——NK4-HCPT-Lips，优化处方工艺并测定NK4-HCPT-Lips的包封率和载药率分别达到(82.5±2.4)%和(3.01±0.23)%；体外抗肿瘤活性研究显示，NK4-HCPT-Lips对HepG2细胞具有良好的抑制作用，并具有优良的肝靶向特性[9,24]。尽管普通-长循环脂质体的溶解性优良，但无特异性的主动靶向性限制了其在肿瘤治疗中的应用。

1.2.2靶向释放脂质体 靶向脂质体作为一种活性脂质体，具有主动靶向释放脂质体的作用，其靶向能力主要通过一系列的配体物质(如叶酸、转铁蛋白和靶向肽等)与相应受体的亲和力反应，将药物释放到目标位置。Zhao等[25]利用薄膜分散、超声乳化及静电作用制备透明质酸(hyaluronic acid，HA)/细胞穿透肽细胞穿膜肽(cell-penetrating peptides，CPPs)修饰负载HCPT相变脂质体纳米颗粒(nanoparticles，NPs),即HA/CPPs-HCPT-NPs，其与低强度聚焦超声结合可精确诊断肝细胞癌。HA/CPPs-HCPT-NPs靶向肝癌细胞SMMC-7721的能力强，在小鼠肝肿瘤异种移植物中，HA/CPPs-HCPT-NPs能靶向肿瘤部位，并对肿瘤体积有明显抑制作用。曾俊芬等[26]采用薄膜分散-冻融法制备D-甘露糖和十八胺修饰肺靶向HCPT脂质体，HCPT脂质体具有较高包封率及稳定性，主要被肺摄取，且在肺部的停留时间较普通注射剂明显延长。虽然靶向释放脂质体的研究已取得一定进展，但该类脂质体的组成成分、比例以及不同类型的赋形剂对靶向诱导稳定特性的影响还有待进一步研究。

1.2.3触发释放脂质体 目前，载药脂质体可在外部触发的情况下原位释放刺激，如光敏剂、温度敏感和pH敏感等变化，从而使药物发挥诱导肿瘤细胞凋亡的作用。为了实现HCPT的触发释放，Zhu等[27]将HCPT加载到热敏磁性脂质体中构建了一种新型热敏磁性HCPT脂质体，其可以保护内酯形式的HCPT不受血液或水的侵害，结果表明，热敏磁性HCPT脂质体表现出有效的靶向递送和抗肿瘤作用，且具有良好的理化特性，并在体外对Huh-7人肝癌细胞具有明显的细胞毒性。尽管触发释放脂质体表现出良好的发展前景，但此类脂质体易出现爆裂性药物释放、其他载药量低等问题。

1.3NPs 随着纳米药物递送系统的发展，固体NPs可将药物加载进入NPs的核或壳结构中，且这些NPs不同于其他类型的核壳NPs，它们具有明确的疏水聚合物核，由外部亲水聚合物壳包裹。在生物医学、环境和能源等领域都有潜在的应用前景。

1.3.1肽、蛋白类修饰的NPs 肿瘤归巢穿膜肽可识别和结合肿瘤血管内皮，并穿透血管外肿瘤组织进入胞质[28-29]。肿瘤归巢穿膜肽tLyp-1作为一种靶向肽[30]，具有穿透肿瘤血管和肿瘤基质的功能。Zhu等[30]成功开发了新型肿瘤归巢穿膜肽tLyP-1功能化全氟戊烷(PFP)负载的HCPT-NPs(即tLyP-1-HCPT-PFP NPs)，并将其用于低强度聚焦超声辅助的肿瘤超声分子成像和精确治疗。在具有靶向性和穿透性的tLyP-1肽的诱导下，tLyP-1-HCPT-PFP NPs可增加肿瘤部位HCPT的积累并穿透血管外肿瘤组织进入胞质而发挥作用。在低强度聚焦超声的协助下，tLyP-1-HCPT-PFP NPs可转化为微泡，从而增强肿瘤超声分子成像，并用于肿瘤诊断。

酪蛋白(casein，CA)作为一种天然食物蛋白，具有大脑靶向能力。Gao等[31]利用薄荷醇(menthol，M)与CA结合形成缀合物，进而缀合物自组装成NPs以负载HCPT，形成M修饰的CA-NPs(即HCPT-M-CA-NPs)，HCPT-M-CA-NPs在脑肿瘤部位分布较高。HCPT-M-CA-NPs治疗神经胶质瘤小鼠的中位生存时间较游离HCPT或HCPT-CA-NPs治疗小鼠明显延长，这为神经胶质瘤的治疗提供了一种安全有效的方法。

1.3.2聚合物类修饰的NPs 聚(乳酸-丙交酯-乙交酯共聚物)[poly(lactide-co-glycolide)，PLGA]已成为一种重要的生物相容性和无毒性聚合物，在药物输送、组织工程、医疗和外科设备等领域广泛应用。Li等[10]通过PLGA-PEG2k-三苯基膦/PLGA-hyd-PEG4k-叶酸(PT/PHF)和PT/PLGA-二硫键-PEG4k-叶酸(PSF)两种嵌段共聚物，采用乳化溶剂挥发法制备出负载HCPT的两种NPs(HCPT@PT/PHF和HCPT@PT/PSF)，并通过结直肠癌模型的体外实验研究发现，HCPT@PT/PHF和HCPT@PT/PSF保持大量的HCPT活性形式，并向肿瘤细胞核及其线粒体大量传递HCPT，从而增强了HCPT@PT/PHF的细胞毒性。同时，HCPT@PT/PHF和HCPT@PT/PSF向肿瘤组织大量传递HCPT，表现出很强的抗肿瘤活性。Li等[11]基于八臂PEG薯蓣皂苷元，通过简单的纳米沉淀方法制备了八臂PEG薯蓣皂苷元/HCPT NPs。该NPs具有合适的尺寸和较高的载药率(14.72%)。与游离药物相比，八臂PEG薯蓣皂苷元/HCPT NPs对B16细胞的摄取显著增加，抑制肿瘤生长的作用更强。

1.3.3其他类NPs 据报道，膜蛋白可与烷基链相互作用，诱导并增强烷基修饰NPs对哺乳动物细胞的内吞作用，因此烷基链在分子成像中得到广泛应用[32-33]。Guo等[34]设计并合成了基于PEG和烷基链的线性两亲性分子(PEG45C18)，并以PEG45和PEG45C18为纳米载体制备出负载HCPT的NPs，即HCPT/PEG45C18NPs和HCPT/PEG45NPs。与HCPT/PEG45NPs相比，HCPT/PEG45C18NPs的抗肿瘤活性较高。此外，HCPT/PEG45C18NPs可明显增强4T1荷瘤小鼠的抗肿瘤作用，基于平均肿瘤重量的抑制率较HCPT/PEG45NPs高1.5倍，蓄积性也高于HCPT/PEG45NPs，表明烷基链对NPs的抗肿瘤活性有显著影响。Zhao等[35]利用肉桂醛与葡聚糖的直接连接，通过酸可裂解的乙缩醛键形成聚合物，采用共包封方法构建出肉桂醛修饰负载HCPT的新型pH敏感NPs。在酸性微环境中，肉桂醛修饰负载HCPT的新型pH敏感NPs迅速释放HCPT和肉桂醛，通过体外细胞内活性氧类的产生诱导HCT116癌细胞的死亡，并可促进药物吸收、有效延长药物循环、增加肿瘤部位的药物蓄积。上述NPs在负载HCPT药物递送系统中表现出良好潜力，但在生理条件下，携带HCPT的NPs存在稳定性差、载药量低等问题。因此，优良药物递送系统的设计及其在生物学方面的应用等对于发展转化HCPT纳米药物递送系统至关重要。

1.4NSps NSps纳米药物递送系统具有粒径小、载药量高和生物黏附等特点，可以显著提高难溶性药物的溶解度和溶出度，进而提高生物利用度和药效，几乎适用于所有难溶性药物。Yang等[5]合成了PEG化的HCPT-NSps——mPEG1000 HCPT-NSps，该NSps具有高载药量及高细胞毒性；较在售HCPT注射剂的抗肿瘤功效更好(86.38%比34.97%)。Han等[13]通过沉淀结合超声处理制备的HCPT-NSps的体内实验显示，与商业HCPT注射剂相比，HCPT-NSps所检测的血液和组织中的HCPT水平显著升高，并可改善肿瘤靶向性和肝靶向性；同时，HCPT-NSps对H22荷瘤小鼠的抑瘤率优于注射用HCPT(81.20%比56.39%)。可见，HCPT-NSps在恶性肿瘤治疗中具有广阔的应用前景。

1.5胶束 胶束作为一种亲水基向外、疏水基向内的分子缔合体，其疏水性内核可作为释药贮库，亲水性外壳可避免网状内皮系统的吞噬，从而提高药物靶向性，延长药物在体内的循环时间。Zhu等[12]通过透析方法将HCPT封装在叶酸(folate)修饰的N-琥珀酰-N-辛基壳聚糖(N-succinyl-N′-octyl chitosan，SOC)(即folate-SOC)胶束中，形成近球形HCPT负载folate-SOC胶束(即HCPT/folate-SOC)，其载药率(10%)及缓释性能均较高；与游离HCPT相比，对叶酸受体阳性肝癌Bel-7402细胞的细胞毒作用更强，肿瘤靶向性更强，对Bel-7402裸鼠移植瘤具有更好的抗肿瘤效果。Zong等[36]通过二硫键或琥珀酸酯键与甲氧基-聚(乙二醇)-聚(β-苄基-L-天冬氨酸)[methoxy-poly(ethylene glycol)-poly(β-benzyl-L-aspartate)，mPEG-PBLA]共轭，在高速搅拌和透析后制备mPEG-PBLA-二硫键-HCPT(mPEG-PBLA-SS-HCPT，PPSH)和mPEG-PBLA-CC-HCPT胶束。体外PPSH胶束对肝癌HepG2细胞的抑制作用以及体内mPEG-PBLA-CC-HCPT对肝癌H-22肿瘤生长的抑制作用均强于静脉注射mPEG-PBLA-CC-HCPT和HCPT溶液。肿瘤组织中蓄积的PPSH胶束的抗肿瘤作用强，对正常组织毒副作用小。因此，还原敏感性PPSH胶束是HCPT和其他难溶性抗癌药物的潜力载体。近年来，对纳米胶束的研究获得了显著成效。

1.6纳米乳液 纳米乳液是一种黏度低、热力学稳定的油水混合物，一般有两种基本类型(即水包油和油包水)，其递送药物制剂以脂质乳剂和亚微米乳剂为重要代表，能够提高药物溶解度、增加药物稳定性，以达到药物缓释目的。Jin等[14]采用细乳液聚合法制备聚山梨酯80、大豆磷脂和PEG单硬脂酸酯共修饰的HCPT聚氰基丙烯酸正丁酯NPs(即HCPT-PBCA-NPs)，该NPs表现出良好的缓释性能，且人结肠腺癌Caco-2细胞对HCPT-PBCA-NPs的摄取受到活跃内吞、网织蛋白和小窝蛋白介导过程的控制。Jin等[37]在两种胶体稳定剂(泊洛沙姆188和葡聚糖70)的辅助下，通过酸性介质中氰基丙烯酸正丁酯单体乳液聚合，成功制备出具有高效载药量及包封率的HCPT-PBCA-NSS纳米球，体外研究显示，HCPT-PBCA-NSS的体外释放具有缓释性，有望成为一种口服给药载体。但纳米乳液在作为药物载体应用之前，还需要进行大量基础研究。目前，纳米乳液的理化和生物药学特性是人们关注的焦点，但不能忽视对其机械性的研究，以更好地了解纳米乳液药学特性及辅料、药物和生理环境之间的复杂相互作用。

1.7其他纳米药物递送系统 用于药物缓释的其他载体包括微/纳米胶囊、纳米晶、固体分散体和纳米自组装等。不同纳米药物递送系统具有不同的特点，Yang等[38]利用乳化剂中HCPT和赋形剂PEG-block-PLGA的反溶剂共沉淀法制备出一种纳米纤维，该纳米药物递送系统具有高载药量和持续药物释放的特点。Liu等[39]采用溶剂乳化扩散法制备出固体脂质纳米粒(solid lipid nanoparticles，SLN)并成功制备出负载HCPT的SLN(即HCPT-SLN)。HCPT-SLN具有靶向耐HCPT肝癌HepG2(HepG2/HCPT)细胞的能力，并可促进药物在HepG2/HCPT细胞中积聚。负载HCPT的SLN可浓度依赖性地增强HCPT的细胞毒作用。其他纳米药物递送系统的发展，丰富了HCPT药物递送系统，为解决HCPT的临床应用提供了可能。

2 肿瘤主动靶向HCPT药物递送系统

上述药物递送系统是利用EPR效应促进药物在肿瘤组织中的积累实现靶向作用(被动靶向)，但EPR效应比较复杂，在不同肿瘤类型和不同患者之间的差异很大，因此仅凭EPR效应通常不能靶向传递纳米药物[40]。多项研究表明，具有主动肿瘤靶向能力的纳米给药系统可以进一步增强药物在体内外的抗癌活性[10,25,30]，并能够识别没有血管的细胞或小块，而不依赖EPR效应。

2.1配体-受体介导的HCPT药物递送系统 实现HCPT主动靶向药物递送最广泛的方法是通过肿瘤细胞特异性靶向配体(如抗体、多肽、适配子)的表面修饰。叶酸受体在肿瘤细胞表面的表达量是正常组织中的两个数量级以上[10]，这种明显的差异使叶酸修饰的纳米药物具有高度的肿瘤特异性和肿瘤敏感性。Zhu等[12]通过透析将HCPT封装在叶酸修饰的N-琥珀酰-N-辛基壳聚糖(folate-SOC)胶束中，形成近球形的HCPT负载叶酸-SOC胶束(HCPT/folate-SOC)。李友伟等[41]采用双步乳化法制备以脂质为壳膜材料、液态氟碳为内核，包裹抗癌药物10-HCPT的NPs，具有载药率高、性质稳定、靶向肿瘤能力强的特点，有望成为一种集肿瘤诊治于一体的多功能超声分子探针。

2.2细胞介导的HCPT药物递送系统 循环细胞(红细胞、血小板和肿瘤循环细胞等)具有免疫隐蔽性和较长的血液循环时间。基于循环细胞的药物释放系统正在研究中。目前有关细胞介导的HCPT药物递送系统还少见报道，但关于HCPT衍生物SN38的药物递送系统已有报道。巨噬细胞不仅具有免疫隐蔽性，还具有吞噬功能和天然的肿瘤靶向性。Huang等[42]利用巨噬细胞作为载体运送SN38治疗恶性肿瘤发现，SN38的吞噬作用对巨噬细胞的活力和迁移能力无明显影响，而负载SN38的巨噬细胞在体外可诱导肿瘤细胞凋亡，并实现巨噬细胞中SN38的蓄积。

3 小 结

目前，随着材料学、药剂学、肿瘤学等交叉学科和技术的进步，纳米药物递送系统中HCPT的研究逐渐广泛，各纳米药物递送系统均显示出各自的优势。纳米药物递送系统为抗肿瘤药物的体内靶向传递提供了理想载体，但大多数纳米药物递送系统存在一定的局限性，如爆裂释放量和辅料引起的不良反应[3]、药物负载量尚不满意(大部分<15%,少数>25%)[5]。目前药物递送系统的相关研究需要重视以下几方面：①在纳米药物递送合成方面，仍需要不断完善纳米递送系统的高产率合成方法，并深入开展对纳米药物递送系统表面修饰的研究，为精确靶向递送药物打下良好的基础；②目前的药物递送系统策略大部分仍处于实验研究阶段，为了实现药物递送系统的产业化发展，需要促进与相关企业界联合，以解决药物递送系统产业化过程控制、长期稳定性等问题；③目前设计用于肿瘤诊疗纳米药物递送系统时，主要考虑药物与肿瘤之间的直接作用；但在全身给药时，还需要考虑血液内蛋白质、免疫细胞等的影响。因此，仍需要进一步探索以制备优良的纳米药物递送系统、改善药物性能、发现新的药物递送系统。