7-乙基-10-羟基喜树碱新型给药系统的研究进展

徐传锡，王志强，孙勇兵

江西中医药大学 中药固体制剂制造技术国家工程研究中心，江西 南昌 330006

伊立替康（CPT-11）是一种高效的抗肿瘤药物，是喜树碱的类似物，通过抑制拓扑异构酶I 来抑制肿瘤细胞增殖，诱导细胞凋亡[1]。7-乙基-10-羟基喜树碱（SN38）是由CPT-11 在生物体内通过羧酸酯酶的代谢转化而成，是发挥抗癌作用的主要物质[2]。研究发现，SN38 在多种肿瘤细胞株上表现出比CPT-11 高10～1 000 倍的抗肿瘤活性，直接用SN38作为抗癌药物无需体内酯酶的激活，可以克服CPT-11 的代谢激活缺陷[3]。SN38 的水溶性差（＜5µg/mL），且不溶解在大多数药用溶剂和油中[4]，因此做成常规的液体制剂受到限制。研究发现，SN38的内酯环是可逆水解，并且在生理环境pH 7.4 是最有利于打开内酯环形式的条件，在pH＞9.0 时完全水解开环为不具有治疗效果的羧酸盐形式[5]，所以对于常规的SN38 制剂，在正常生理条件下药物是否稳定也是决定SN38 治疗效果的重要因素。其次，在肝脏中，SN38 通过尿苷5′-二磷酸葡萄糖醛酸基转移酶1A1（UGT1A1）代谢而产生不活跃的SN38葡萄糖醛酸（SN38G），在肠道中排出的SN38G 被肠道菌群产生的β-葡萄糖醛酸酶（β-glucs）广泛地去葡萄糖醛酸化，再生成SN38，而过量的SN38 存在肠道中会导致晚期虚弱性腹泻[6]，这也是常规SN38 制剂的一大弊端，因此直接在临床上使用会受到极大的限制。相对于SN38 常规制剂而言，SN38新型给药系统能显著改善水溶性，延长血液半衰期和提高生物利用度[7]；通过主动靶向和被动靶向增加药物在肿瘤部位的蓄积，减少药物不良反应[8-9]；控制SN38 药物在肿瘤部位有效释放[10]；与其他抗癌药物或诊断药物联合使用产生协同效应[11]。SN38新型给药系统均可提高药物在各种不同癌症模型中的理化性质和体内性能，从而提高抗肿瘤活性和减少不良反应。因此本文从物理封装、化学偶联和主动肿瘤靶向3 种策略对基于SN38 的新型给药系统进行介绍，为后续开发出有效SN38 新型给药系统提供参考。

1 基于物理封装策略的SN38 新型给药系统

物理封装是传递疏水药物的一种重要方法。这种方法不会改变药物本身的化学结构，这使相应的载体药物更容易获得批准，并进入临床阶段。SN38常用的物理封装载体包括聚合物胶束、脂质体、环糊精（CD）包合物。

1.1 聚合物胶束

两亲性聚合物在特定浓度下自组装成球形聚集物，疏水性内核和亲水性外表面暴露在水中。胶束是SN38、紫杉醇等疏水药物的优秀载体[12]，它们可以通过自组装被封装或溶解到内核中，而具有良好亲水性材料如聚乙二醇（PEG）或聚乙二醇短链（OEG）则在自组装后暴露在外表面，形成胶束。如通过将SN38 与聚谷氨酸主链上的自由羧基结合，构建了SN38 的聚合物PEG-PGlu（SN38）。该共聚物在水环境中自发形成胶束，尺寸约为20 nm，载药量为20%，该聚合物胶束被称为NK-012[13]。NK-012 在体内的SN38 高肿瘤浓度（90 ng/g）能维持24 h，而CPT-11 浓度为4.5 ng/g。在SBC-3/vegf肿瘤植入小鼠体内的生物分布研究表明，SN38 在肿瘤部位的高浓度蓄积归因于增加的血浆循环时间和EPR 效应，并进入临床Ⅱ期研究阶段。

OEG 与SN38 的20 位羟基形成酯键，制备了两亲性聚合物OEG-SN38[14]。该聚合物的临界胶束质量浓度为60 µg/mL，能自组装成胶束，平均大小为（28.7±2.5）nm，载药量为36%。与此同时，OEGSN38 的半数致死量为151.36 mg/kg，是OEG-SN38的给药有效剂量（相当于5 mg/kg SN38）的11 倍，组织病理学分析进一步证实了OEG-SN38在体内抑制肿瘤生长的作用和安全性。

1.2 脂质体

脂质体因其具有高生物相容性、高生物降解性、良好的药动学特性和低毒性等特点成为极具吸引力的药物传递载体[15]。它们的疏水脂层和亲水内腔能使疏水性药物和亲水性试剂相互封装成为类脂质双分子层的微型泡囊体。脂质体具有靶向性和淋巴定向性，在恶性肿瘤的靶向给药治疗方面极有潜力[16]。历史上FDA 批准的第一个纳米药物是Doxil，它是以脂质体作为传递载体[17]。与此同时，LE-SN38 脂质体在2005 年被开发出来，临床前研究证明了其具有良好的安全性、疗效和理想的药动学。然而，在完成的转移性结直肠癌治疗II 期临床试验结果中，并没有达到预期的治疗效果[18]。

1.3 CD 包合物

CD 是一种经淀粉酶降解形成的环状低聚糖，具有外缘亲水、内腔疏水的特殊结构[19]。CD 已广泛应用于疏水性药物修饰中，能提高药物的溶解度、稳定性、安全性和生物利用度。CD 呈锥形，由(α-1,4）连接的α-D-葡萄糖脲类糖单位组成，有利于通过氢键的相互作用形成CD-疏水药物复合物[20]。

Einafshar 等[21]制备了一系列基于环糊精的SN38 纳米传递体系，其稳定性和生物相容性良好。首先，将环糊精（α-、β-和γ-CD）分别偶联到氧化石墨烯（GO）薄片上，然后与四氧化三铁（Fe3O4）纳米颗粒配位。然后将SN38 非共价偶联到上述纳米载体上，制备α-、β-和γ-CD-GO-Fe3O4-SN38，测得载药效率为13%～22%。其中，只有α-CD-GOFe3O4-SN38 和γ-CD-GO-Fe3O4-SN38 比游离SN38具有明显更高的体外细胞毒性。另外，当与光热疗法结合时，在所有设计合成的纳米载体中，β-CDGO-Fe3O4-SN38 在杀死HT-29 细胞方面表现出最显著的协同效应。

2 基于化学偶联策略的SN38 新型给药系统

一般来说，基于物理封装的SN38 新型给药系统载药量低，载药效率不稳定，药物释放不可控，甚至出现爆发性释放。基于化学偶联的SN38 新型给药系统可以有效地克服这些缺点。通常这种类型的SN38 给药系统需要将SN38 化学修饰成SN38 前药，这些前药本身可能具有纳米大小或可以自组装成纳米结构。可用于制备SN38 前药的大分子载体包括天然多糖、线性聚合物、超支化聚合物。

2.1 壳聚糖-SN38 前药

壳聚糖是一种天然多糖，具有良好的生物相容性、生物降解性、低毒性和可再生性，广泛应用于药物缓释材料、生物医用领域、医疗、药物开发等众多领域[22-23]。Liu 等[24]将SN38 的10 位羟基和20位羟基分别与壳聚糖连接，合成了CS-(10s)SN38 和CS-(20s)SN38 两种两亲性大分子前药，并自组装形成纳米胶束。相应的CS-(10s)SN38、CS-(20s)SN38胶束对CT26 小鼠结肠腺癌细胞的细胞毒性明显高于CPT-11。体内实验表明，与CPT-11 相比，CS-(10s)SN38 和CS-(20s)SN38 胶束的药动学特性显著改善，并且这两种胶束在CT26 小鼠结肠腺癌异种移植模型中的抗肿瘤活性也显著高于CPT-11。此外，CS-(20s)SN38 在血液循环时间和体内抗肿瘤活性方面均表现出优于CS-(10s)SN38。

2.2 线性聚合物-SN38 前药

2.2.1PEG-SN38 前药 在众多的的线性聚合物中，PEG 可能是药物传递中应用最广泛的，它与疏水性药物提供化学连接后，能够显著提高药物的溶解度，改善其药动学特征，屏蔽单核吞噬系统的清除，提高生物利用度，表现出更好的药物活性[25]。

近年来，开发出了各种PEG-SN38 前药。利用SN38 的疏水性，将亲水性短链PEG（相对分子质量500～2 000）与SN38 偶联，制备高载药量的两亲性SN38 前药，如双亲性的SN38 前药（OEGSN38）。在肿瘤组织中，一些癌细胞可能产生细胞内谷胱甘肽（GSH）水平升高，而许多癌细胞可能过度产生活性氧（ROS），因此处于升高的氧化应激状态。针对肿瘤组织的氧化还原特异性，利用苯酚酯键将1 个含二硫醚的OEG 长链与SN38 的C-10酚羟基连接起来，可得到OEG-2S-SN38 前药纳米颗粒[26]。

PEG-S-S-SN38 也是一种多重刺激反应的SN38前药，其中SN38 通过二硫键与PEG（相对分子质量为2 000）连接，可以自组装成为粒径约73 nm 的稳定纳米颗粒。在正常生理条件下，纳米颗粒中SN38 的释放可以忽略不计，但在GSH、酯酶或过氧化氢的释放介质下会显著促进其释放。此外，PEG-S-S-SN38 纳米颗粒在体外表现出与SN38 相当的高细胞毒性，并且在体内的抗癌效果明显高于CPT-11[27]。

2.2.2聚乳酸（PLA）-SN38 前药 PLA 由于其良好的生物相容性、生物降解性和热塑性性能，作为一种药物载体也受到了广泛的关注。Wang 等[28]开发了一系列不同PLA 链长的PLA-SN38 前药，随后制备了相应的胶体纳米药物。通过肝细胞癌细胞来源的异种移植和患者来源的异种移植模型，进一步评估了这些纳米药物的抗癌活性。值得注意的是，当PLA 链长增加时，SN38 偶联物在纳米微粒中的保留显著增加，这与抗癌效果的提高相一致。此外，这些PLA-SN38 前药不仅在两种小鼠模型中完全根除了异种移植瘤，而且还显著降低了小鼠模型中出血性腹泻的发生率。

2.3 超支化聚合物-SN38 前药

超支化聚合物具有丰富的端基团和高度支化的三维球形结构，支化点多，分子链不易缠结，黏度不随着相对分子质量的增加而改变，易对其进行修饰改性，已广泛应用于药物传递[29]。

Liu 等[30]开发了一种过氧化氢（H2O2）响应性超支化聚合物-SN38 胶束体系。它们通过H2O2响应的硫醚键将SN38 与超支化的聚甘油（HPG）结合，形成HPG-2S-SN38 前药。将两亲性HPG-2S-SN38前药与细胞凋亡诱导剂肉桂醛（CA）进行自组装而形成稳定的胶束。在H2O2的存在下，SN38 和CA可以从胶束中释放，并且CA 被优先释放。通过体外实验结果表明，胶束可快速进入肿瘤细胞，并在细胞内高表达的H2O2浓度下释放CA 和SN38。CA的快速释放可以进一步有效地诱导细胞内ROS 的产生，从而加速胶束的分解和SN38 的进一步释放。与HPG-2S-SN38 胶束和SN38/CA 混合物相比，封装CA 的HPG-2S-SN38 胶束产生了更多的细胞内ROS，有效地提高了SN38 的抗癌作用。

3 主动肿瘤靶向SN38 给药系统

上述两种策略的给药系统的基本原理之一是被动靶向给药，利用实体瘤的高通透性和滞留效应（EPR 效应）来促进药物在肿瘤组织中的积累和释放。然而，越来越多的研究表明，EPR 效应比最初定义的要复杂得多，其中涉及到的相关的生物学过程，包括血管生成、血管浸润、肿瘤异质性和复杂的肿瘤微环境，在不同的肿瘤类型和不同的患者之间差异很大，因此仅凭EPR 效应通常不足以靶向递送药物[31]。大分子药物如纳米药物，只能穿透肿瘤组织中的3～5 个细胞，而不能真正到达实体肿瘤的内部。这不仅降低了药物的疗效，更有可能产生耐药性。但通过主动肿瘤靶向的给药系统能有效避免被动靶向给药的局限性，不必过度依赖EPR 效应，可以进一步增强药物在体内外的抗癌活性[32]。

在2015 年，抗体药物偶联物IMMU-132 被合成出来，它是将SN38 与针对TROP-2 的人源化免疫球蛋白G（IgG）抗体连接起来，其中TROP-2 是一种在三阴性乳腺癌上表达的糖蛋白[33]。IMMU-132在69例转移性三阴性乳腺癌患者中引起了30%的缓解率。在这项单组试验中，69.5%的患者肿瘤负荷减轻；IMMU-132 的中位无进展生存期为16.6 个月，而标准治疗药物如顺铂、卡培他滨、白蛋白紫杉醇和马球蛋白的中位无进展生存期为3.5 个月，相对而言，延长时间约5 倍。IMMU-132 已被授予治疗三阴性乳腺癌的突破性治疗称号，目前正在进行III 期临床试验[34]。

4 结语

毫无疑问，SN38 新型给药系统在提高溶解度、降低不良反应和提高治疗效果方面确实具有巨大的优势。然而，即使在临床试验中使用的SN38 药物，在开发和临床应用之间仍存在很大的差距。如LE-SN38 脂质体呈现出药物爆炸性释放，而携带SN38 的聚合胶束NK012 在生理条件下稳定性较差，易发生断键水解。因此，对于新型SN38 给药系统的开发和应用，可以从以下3 个方面进行考虑设计：首先，提高SN38 溶解性和稳定性，即内酯环形式的稳定性。目前可通过前药策略尝试克服了SN38 溶解度差的缺点，如用高度水溶性基团对SN38 的10 位羟基进行改性，以提高它的水溶性。同时，对SN38 的20 位羟基进行改性，可有效提高SN38 内酯环稳定性；其次，控制SN38 的缓慢和持续释放。游离的SN38 在体内的过早释放会增加毒性。因此，可利用主动的肿瘤靶向能力和肿瘤微环境反应特性使其更有效地释放，以减少SN38 的过早释放和爆炸性释放；最后，降低SN38 的不良反应。鉴于UGT1A1 在体内负责SN38 的代谢，在调整SN38 类药物的剂量时，必须考虑UGT1A1 基因的多态性，避免释放的SN38 会大量积累，从而导致严重的延迟性腹泻等不良反应。

综上所述，为了更好发挥SN38 的抗肿瘤作用，SN38 新型给药系统的设计和开发显得尤为重要。基于SN38 的抗肿瘤药物在癌症化疗中得到广泛的应用，虽然伴随着不良反应，相信随着对其构效关系和作用机制的不断深入研究，在不久的将来会有更多的、更有效的SN38 新型药物逐渐发展成为肿瘤治疗的一线化疗药物，并促进抗肿瘤药物的不断进步。

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