负载青蒿素类药物纳米递送系统在肿瘤治疗中的应用进展

李珊珊，闫晓林，闫海英，林晓晴，黄欣，刘凤喜

山东第一医科大学第一附属医院（山东省千佛山医院）临床药学科 山东省儿童药物临床评价与研发工程技术研究中心 山东省医药卫生临床药学重点实验室，济南 250014

青蒿素（ART）是从植物青蒿中分离提取的具有过氧基团的倍半萜内酯类化合物，是我国惟一获得国际承认的、具有自主知识产权的抗疟新药［1］。研究发现，ART类药物除具有抗疟作用外，还有免疫调节以及抗肿瘤等药理作用。研究表明，ART类药物可以选择性杀伤多种肿瘤细胞但对正常细胞影响轻微，能逆转肿瘤细胞的多药耐药，且与传统化疗药物联合使用可起到协同、增效的作用［2-5］。鉴于ART及其衍生物的特异抗肿瘤作用，美国国家癌症研究所已将其纳入抗癌药物筛选与抗癌活性研究计划之中［6］。为了改善ART的理化性质，科学家经过不断探索，在原有ART分子结构的基础上研究出ART 的醚类、酯类等衍生物，包括双氢青蒿素（DHA）、青蒿琥酯（ATS）、蒿乙醚和蒿甲醚（ARM）等［7-8］。ART具有抗肿瘤谱广、不良反应小、安全性高的特点，但其半衰期短、生物利用度低，影响其抗肿瘤效果。与游离药物相比，负载ART类药物的纳米递送系统不仅可以提高药物的溶解度和稳定性，延长体内循环时间，还可以增强药物运输的肿瘤靶向性，具有更显著的抗肿瘤效果。ART类药物的纳米递送体系包括脂质体（LS）、纳米粒（NPs）、纳米结构脂质载体（NLC）、聚合物胶束、囊泡、自微乳以及纳米前药等，每种纳米递送体系均具有各自的优点及待改进之处，本研究对其进行总结，为其在抗肿瘤治疗中的应用提供参考。

1 负载ART的LS在肿瘤治疗中的应用

LS 指将药物包封于类脂质双分子层内而形成的微型泡囊体，具有类生物膜的特点，作为抗肿瘤药物的载体，能将药物有效转运到肿瘤组织或靶细胞。由于实体瘤的高通透性和滞留效应（EPR 效应），脂质体可通过被动靶向作用，使药物聚集在肿瘤部位，提高肿瘤部位的药物浓度，从而提高疗效。LS 也可以通过简单的化学反应，在脂质双分子层表面修饰抗体、激素等，使之具有主动靶向性，将药物输送到特定的靶器官或靶细胞［9］。此外，药物被包封于脂质体内，可减少肾小球滤过消除，延长药物在血液中的循环时间以及作用于肿瘤细胞的时间，从而进一步提高抗肿瘤效果。

与传统制剂相比，负载ART类药物的LS可增加DHA 的溶解性和稳定性，并可通过靶向修饰，将更多药物递送至肿瘤组织或细胞，从而产生更好的抗肿瘤作用。SHEN 等［10］制备了烷基糖苷（alkyl Glu）修饰、包载DHA 的脂质体（alkyl Glu-DHA-LS），证实该脂质体粒径约100 nm、包封率约75%，alkyl Glu-DHA-LS 的肿瘤靶向性明显提高。动物实验显示，alkyl Glu-DHA-LS 和DHA-LS 对H22 肝癌小鼠的肿瘤生长抑制率分别为39.0%、23.2%，均优于DHA（20.4%），且以alkyl Glu-DHA-LS疗效最佳［10］。LS凭借较强的载药能力，还可通过共载ART 类药物和其他药物，进一步提高治疗效果。为了增加DHA 在肿瘤部位的选择性积累，LIU等［11］制备了细胞穿透肽—八聚精氨酸（R8）修饰、共载表柔比星（EPI）和DHA脂质体（R8-EPI-DHA-LS），其中DHA 作为肿瘤转移抑制剂，而EPI 作为细胞毒类药物直接杀伤肿瘤细胞；该研究显示，共载LS能有效诱导肿瘤细胞凋亡，且R8修饰能够明显促进肿瘤细胞对LS的摄取。

2 负载ART的NPs在肿瘤治疗中的应用

NPs 是指1～1 000 nm 的含药粒子，主要包括药物纳米晶和载药纳米粒两种。载药NPs是将药物以溶解、分散、吸附或包裹于适宜的载体或高分子材料中形成的NPs。NPs 可通过内皮细胞间隙迁移到肿瘤部位，增强药物靶向性，还可以通过生物材料平稳降解来控制药物释放，延长体内作用时间，提高药物疗效［12］。为了使ART 稳定释放，LIU 等［13］设计了负载ATS 的新型牛血清白蛋白（BSA）纳米颗粒（ATSBSA-NPs），证实其对两种肝癌细胞（SMMC-7721、PLC/PRF/5）的生长抑制作用较游离ATS 更强。DHA 分子中含有过氧桥，可以作为活性氧（ROS）的供体，联合铁离子可促进肿瘤细胞发生铁死亡和化学动力治疗（CDT），通过多种机制杀伤肿瘤细胞。YANG 等［14］将DHA 加载到纳米金属有机框架铁基101（MIL101）的孔隙中，设计了可激活的DHA@MIL-101纳米反应器（NRs），其可在微酸性的肿瘤环境中降解释放DHA 和铁离子，从而启动CDT。与DHA或MIL-101NRs 相比，DHA@MIL-101NRs 能更为显著地抑制肺癌Lewis 细胞活力、引起细胞内铁离子增多以及诱导细胞凋亡，并促进凋亡蛋白Bax、cleaved-Caspase-3 表达升高。FIROUZI 等［15］设计了共负载姜黄素（Cur）和ART 的纳米粒（Cur-Art NioNPs），证实与游离药物Cur、ART 和Cur-Art 相比，Cur-Art NioNPs 对结肠癌SW480 细胞具有更高的细胞毒性，能引起凋亡蛋白Bax、p53和Fas表达升高，并抑制抗凋亡蛋白Bcl-2、Rb和Cyclin D1基因表达。

3 负载ART的NLC在肿瘤治疗中的应用

NLC 是在固体脂质纳米粒（SLN）的基础上发展起来的新型脂质纳米粒，是以一定比例的液态油或脂质为载体，将药物包裹于类脂核中，粒径为50～1 000 nm。与传统的SLN 相比，NLC 可以通过空间扩容提高载药量，实现药物缓控释。为了延长药物在体内的停留时间，张晓云等［16］采用溶剂扩散法，以聚丙烯酸酯有机—无机纳米复合材料和辛酸/癸酸甘油三酯812 为脂质材料，制备了直径为（198.0 ±4.7）nm 的DHA-NLC；结果发现同药物浓度的DHANLC 对人白血病细胞K562、人白血病多药耐药细胞株K562/ADM（KA）及神经胶质瘤细胞U87 的增殖抑制作用明显高于DHA 混悬液。高伟祺［17］通过高压乳匀法制备了以单硬脂酸甘油酯为脂质材料、平均粒径为87.5 nm 和包封率为73.9%的ART-NLC；结果显示尾静脉给药后，ART-NLC 在大鼠体内的平均t1/2和AUC 分别是ART 溶液剂的2.8 倍和2 倍，说明ART-NLC具有延长ART体内消除半衰期、提高生物利用度的作用。为了提高DHA 的溶解度，CHEN等［18］采用溶剂挥发法结合超声熔炼法制备了以大豆软磷脂为脂质材料的DHA-NLC，使用胶质瘤C6 细胞膜包覆得到DHA-CCNLC，并将靶向载体材料DSPE-PEG2000-NGR通过脂质插入法置于细胞膜表面，得到DHA-NGR/CCNLC；结果显示在C6 原位胶质瘤大鼠模型中，DHA-NGR/CCNLC 能有效穿透血脑屏障和血脑肿瘤屏障，并可以抑制脑肿瘤的进展。

4 负载ART的聚合物胶束在肿瘤治疗中的应用

聚合物胶束是指两亲性聚合物在水性介质中，在分子间氢键、经典作用和范德华力的推动下，自发组装形成的核—壳结构，且大小在胶体级别的粒子。聚合物胶束的疏水内核可为难溶性抗肿瘤药物提供合适的微环境，显著提高药物溶解度，具有内核载药量高、载药范围广、体内滞留时间长、组织渗透性强等优点，可增加药物在肿瘤组织的聚集和抗肿瘤效果。NOSRATIA等［19］制备了生物素（Biotin）功能化、载ART的聚乙二醇—嵌段—聚己内酯聚合物胶束（ART/Biotin-PEG-PCL），结果显示该胶束可抑制人乳腺癌MCF-7细胞增殖，并促进其凋亡，但对人包皮成纤维细胞HFF2无毒性作用；与ART和Biotin-PEG-PCL空白胶束相比，ART/Biotin-PEG-PCL能有效抑制小鼠4T1乳腺肿瘤的生长。WANG等［20］制备了共载DHA与多柔比星的Soluplus®-TPGS（TS）胶束（DD-TS），以及单载药胶束Dox-TS 和DHA-TS；结果显示Soluplus®-TPGS可显著提高DHA的溶解度，并实现两种抗肿瘤成分的高效负载，且DD-TS的体内外抗肿瘤作用优于Dox-TS、DHA-TS和游离药物；该研究的安全性实验结果表明，小鼠经尾静脉注射不同制剂后，游离Dox-DHA混合药物组出现明显的肝组织损伤和坏死，而共载胶束组小鼠未发现明显的肝损伤；这提示基于DD-TS可增强抗癌功效，且安全性较高。

5 负载ART的囊泡在肿瘤治疗中的应用

囊泡是由两亲性聚合物，如合成的表面活性剂及不能简单缔合成胶团的磷脂，分散于水中时，自发形成一类具有封闭双层结构的分子有序组合体。囊泡具有良好的稳定性，可提高难溶性药物的溶解度，可以作为抗肿瘤药物的递送平台，达到减毒增效的目的。MIRZAEI-PARSA 等［21］采用薄膜水化法制备了包裹ARM 的纳米囊泡，并研究其抗肿瘤作用；结果显示，该囊泡对乳腺癌4T1 细胞生长的抑制作用明显强于游离ARM（IC50分别为20、500 µg/mL）；4T1 荷瘤小鼠体内实验表明，与游离ARM 相比，该囊泡可减小肿瘤体积，促进肿瘤坏死。BAI 等［22］研究了转铁蛋白（Tf）修饰的共载DHA、声敏剂以及光成像剂（IR820）的细胞膜纳米囊泡（Tf@IR820-DHA）的抗肿瘤作用；结果显示，Tf@IR820-DHA 可通过“三管齐下”的治疗策略，即耗竭谷胱甘肽、DHA 诱发的化学动力治疗和IR820 介导的声动力疗法，杀伤肿瘤细胞并激活免疫治疗；其中，Tf不仅可以发挥肿瘤特异性、靶向递送药物的作用，其所含的Fe3+还可与DHA 发挥协同作用，耗竭细胞内的还原型谷胱甘肽（GSH）；此外，DHA 可诱导产生大量ROS，增强肿瘤细胞的氧化应激死亡和免疫原性死亡，还可作为免疫调节剂，减少T淋巴调节细胞数量，重塑肿瘤免疫微环境。IR820 可在超声下激活产生ROS，并通过荧光或光声成像实现引导给药。研究显示，超声处理后（可破坏细胞外基质，提高肿瘤的通透性），Tf@IR820-DHA 可高效进入肿瘤组织，快速杀伤并诱导肿瘤细胞免疫原性死亡，提高γ 干扰素（IFN-γ）水平，并降低Treg 细胞数量，从而促进肿瘤组织中细胞毒性T 淋巴细胞激活和增殖，并减轻α-PD-L1 检查点阻断，在肝细胞癌模型中可显著抑制原发肿瘤和远处肿瘤的生长和发展。

6 负载ART的自微乳在肿瘤治疗中的应用

自微乳给药系统（SMEDDS）是由药物、天然或合成油、乳化剂和助乳化剂组成的均匀混合体系，可作为疏水性、难吸收或易水解药物的载体。SMEDDS 用于抗肿瘤药物递送，可以提高药物的水溶性，提高抗肿瘤活性并降低细胞毒性。张亚红等［23］使用Lauroglycol 90 为油相、Cremophor RH40 为乳化剂、Gelucire 44/14 为助乳化剂，制备了粒径为（61.50 ± 8.66）nm 的ARM-SMEDDS；溶出度实验结果显示，ARM-SMEDDS 释药速度明显提高，0.5 h 内累积药物溶出率达到90%以上，2 h 完全释放，较ARM原料药溶出率提高约7倍。张然等［24］使用辛癸酸甘油酯（15%）为油相、聚氧乙烯40 蓖麻油为乳化剂、无水乙醇和聚乙二醇400为混合助乳化剂，通过星点设计—效应面法（CCD-RSM）制备了载药量为（9.64 ± 0.01）mg/g、包封率为99.67% ± 0.10%、粒径为（24.55 ± 0.18）nm 的DHA-SMEDDS，并考察其在马丁达比犬肾上皮MDCK 细胞模型中的促渗机制；结果显示，DHA-SMEDDS 能使细胞膜电位降低，增加细胞通透性，促进药物被动转运。此外，该研究还考察了不同制剂对Ca2+-ATP 酶活性的影响，结果发现DHA-SMEDDS 给药后，Ca2+-ATP 酶活性显著升高，说明SMEDDS可以增强Ca2+-ATP酶的活性，促进抗肿瘤药物的跨细胞主动转运。

7 负载ART的纳米前药在肿瘤治疗中的应用

纳米前药兼备前体药物和传统纳米技术药物的优点，具有载药量大、稳定性好且不良反应小的特点。ART类药物体内半衰期普遍较短，严重限制了其抗肿瘤效果和临床转化，制备前体药物可显著增加药物的体内循环时间，从而提高其抗肿瘤效果。利用对肿瘤组织微环境特异响应释药的化学键制备前药，能够达到精准杀伤肿瘤细胞的目的，减少对正常组织的损伤。目前，基于ART前药的纳米递送系统研究集中于两大类，一类是药物与大分子聚合物共价键连接，形成可在水中自组装成纳米体系两亲性聚合物—药物偶联物；另一类是药物与另一分子药物或其他化合物连接，形成药物二聚体或小分子前药，然后再通过自组装或与其他材料相互作用形成纳米药物。

为了延长药物的体内循环时间和提高抗肿瘤效果，LIU 等［25］合成了以酯键连接的果胶-DHA 偶联物（PDC），并包封10-羟基喜树碱（HCPT），制备了粒径约70 nm 的双载药纳米粒PDC-H NPs；药动学研究结果显示，PDC-H NPs 中药物的体内半衰期分别是游离DHA和HCPT的4.8倍和6.8倍；细胞摄取实验结果显示，PDC-H NPs 具有较高的细胞内药物递送能力；细胞毒性实验和4T1 荷瘤小鼠体内实验结果显示，PDC-H NPs的体内外抗肿瘤作用是最强的，且DHA和HCPT联合应用可以产生协同抗肿瘤效果。

研究发现，ART 类药物二聚体的抗肿瘤活性显著高于单体，通过改变二聚体连接键的长度或引入肿瘤环境敏感的化学键，可以控制其释药速度和部位［26］。为了在氧化还原环境中尽快释放DHA，LI等［27］合成了一种二硫键连接的载药量为90.6%的DHA 二聚体（DHA2-SS），其可在肿瘤细胞内高浓度GSH 作用下断裂，并释放DHA。DHA2-SS 可在水中自组装成粒径为167.2 nm 的纳米颗粒（NPs-SS）；体外药物释放实验结果显示，与非二硫键连接的DHA二聚体（DHA2-C6）不同，在模拟肿瘤细胞氧化还原环境下，DHA2-SS 能快速响应释放活性药物；体外和体内实验结果显示，与游离DHA 相比，NPs-SS 具有内吞作用、选择性肿瘤细胞毒性和抗肿瘤效果均升高；RNA 测序和生物信息学分析结果显示，NPs-SS既可以通过内在的线粒体凋亡途径诱导细胞凋亡，也可以通过PI3K/AKT/HIF-1α 信号通路抑制糖酵解，从而发挥抗肿瘤作用。

将ATS 类药物与特定功能化成分连接，再联合其他药物载体材料制备纳米制剂也是一种有效的药物递送方法。基于将ATS逐步靶向递送至肿瘤细胞和线粒体的理念，GU等［28］合成了二硫键连接的三苯基膦（TPP）和ATS 偶联物（TPP-SS-ATS）， 并联合其他脂质材料制备了PEG 修饰、靶向肿瘤细胞表面高表达GLUT1 的长循环脂质体（TPP-SS-ATS-LS），以提高LS 的循环时间和对肿瘤细胞的靶向性；TPP 的线粒体靶向功能可以将更多的LS 吸引到线粒体附近，即ATS 发挥作用的部位；当TPP-SS-ATS 释放到线粒体附近时，在高浓度GSH的作用下，ATS可以响应释放并发挥抗肿瘤作用；药物释放实验结果显示，TPP-SS-ATS-LS 在GSH 存在时，ATS 的体外释放增加约30%；体内外抗肿瘤实验和安全性实验结果显示，TPP-SS-ATS-LS 增强了ATS 的抗肿瘤作用，其对裸鼠乳腺癌原位移植瘤的生长抑制率从37.7%提高到56.4%，且未发现明显的血液学和脏器相关不良反应；进一步研究发现，TPP-SS-ATS-LS 可通过调节PHB2 和PINK1 表达，促进肿瘤细胞自噬，从而抑制肿瘤细胞增殖。

综上所述，ART类药物存在生物利用度低、半衰期短、稳定性差等缺点，限制了其疗效和在抗肿瘤领域的开发与临床应用，而基于纳米技术的药物递送体系可在一定程度上解决以上限制ART类药物应用的难题，且可通过靶向定位递送药物，进一步提高抗肿瘤效果。近年来，研究者们也对ART 及其衍生物的结构改造进行了很多研究，如制备ART 母核寡聚化二聚体，因为二聚体的抗肿瘤活性明显高于单体；利用分子拼合的概念，将ART 类药物与已批准药物或药物的活性药效基团连接制备拼合物，如将ART类药物与喜树碱或蛋白激酶抑制剂的药效基团4-（芳胺基）喹唑啉拼合，发现拼合物的抗肿瘤活性优于任一组成药物［29］。基于对ART类药物化学结构的改造优化以及纳米递送系统的研究，将共同促进该类药物在抗肿瘤领域应用的发展，以解决药物溶解度低的问题，还可以提高药物的生物利用度，达到缓控释的目的，实现靶向给药。随着纳米技术的快速发展，以及科研人员对纳米制剂在药理学、分子生物学等学科的深入研究，ART 类药物及其纳米给药递送系统有望为临床肿瘤治疗提供新的选择。