林勤劍

廣東三九腦科醫(yī)院臨床藥學(xué)科（廣州510510）

骨轉(zhuǎn)移癌是一類廣泛研究的繼發(fā)性癌癥，轉(zhuǎn)移灶的存在大大降低了治愈的可能性并嚴(yán)重影響了癌癥患者的生活質(zhì)量。骨組織特殊的微環(huán)境可支持腫瘤的存活和生長(zhǎng)，有助于骨轉(zhuǎn)移的形成［1-2］，目前報(bào)道的轉(zhuǎn)移到骨的最常見原發(fā)性腫瘤包括肺癌、乳腺癌、前列腺癌、甲狀腺癌、腎癌、口腔癌及多發(fā)性骨髓瘤［3-4］，近75%的晚期乳腺癌或前列腺癌患者易發(fā)生骨轉(zhuǎn)移，降低了患者的生存率［5］。骨中腫瘤的發(fā)展是由腫瘤細(xì)胞和骨細(xì)胞（成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞）之間相互刺激、相互作用的結(jié)果。骨轉(zhuǎn)移也涉及其他類型的細(xì)胞如成纖維細(xì)胞和免疫細(xì)胞（巨噬細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、T和B細(xì)胞），不同細(xì)胞復(fù)雜的相互作用會(huì)破壞由破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨平衡［6］，最終引起溶骨反應(yīng)或成骨細(xì)胞損傷導(dǎo)致骨形成減少。

骨轉(zhuǎn)移的形成機(jī)制與其他非骨骼器官的腫瘤轉(zhuǎn)移機(jī)制相似，即原發(fā)灶腫瘤細(xì)胞在蛋白水解酶輔助下逃避宿主監(jiān)測(cè)到達(dá)骨組織微環(huán)境，具有遷移能力的癌細(xì)胞同時(shí)侵入骨髓基質(zhì)，并在內(nèi)皮骨表面誘導(dǎo)自己的血液供應(yīng)。隨后，癌細(xì)胞可根據(jù)腫瘤的性質(zhì)刺激破骨細(xì)胞或成骨細(xì)胞的活性。在轉(zhuǎn)移性骨病變中，骨表面通常被破骨細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞包圍，破骨細(xì)胞在腫瘤細(xì)胞存在時(shí)，由甲狀旁腺激素相關(guān)肽（PTHrP）和核因子κB配體的受體激活劑（RANKL）等激活而誘導(dǎo)骨吸收，刺激骨質(zhì)溶解，并釋放促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的TGF?β等生長(zhǎng)因子，建立了促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)并加速骨骼破壞的惡性循環(huán)［7］?；诠寝D(zhuǎn)移的分子機(jī)制，目前破骨細(xì)胞抑制劑被提倡作為預(yù)防骨轉(zhuǎn)移的有力工具［8］。在骨轉(zhuǎn)移發(fā)展的新型療法中，基于雙磷酸鹽的治療頗具吸引力，這不僅得益于其作為抗骨吸收藥物長(zhǎng)期臨床應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，也與在抗腫瘤組合療法中所呈現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)密切相關(guān)。

1 雙磷酸鹽的一般特征及作用機(jī)制

雙磷酸鹽是具有與中心碳原子結(jié)合的兩個(gè)磷酸酯基團(tuán)（P?C?P）的無機(jī)焦磷酸鹽類似物，與焦磷酸鹽中水解不穩(wěn)定的P?O?P鍵相反，該P(yáng)?C?P鍵對(duì)酶水解具有抗性。研究證實(shí)，雙磷酸鹽對(duì)羥基磷灰石的親和力高于其他鈣基礦物質(zhì)，如草酸鹽、碳酸鹽或焦磷酸鹽等，因此可通過與骨組織細(xì)胞外基質(zhì)中的礦物相（即羥基磷灰石）結(jié)合來抑制骨吸收，這種現(xiàn)象在骨轉(zhuǎn)換率較高時(shí)更為顯著。礦物相的高選擇性和體內(nèi)相對(duì)低毒促進(jìn)了雙磷酸鹽的臨床應(yīng)用，一般來說，雙磷酸鹽根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為無氮（非氨基-雙磷酸鹽）及含氮（氨基-雙磷酸鹽）兩類。目前臨床批準(zhǔn)的非氨基二膦酸鹽主要包括氯膦酸鹽、替魯膦酸鹽和依替膦酸鹽，而氨基雙磷酸鹽包括伊班膦酸鹽、帕米膦酸鹽、阿侖膦酸鹽、利塞膦酸鹽和唑來膦酸鹽?；趯?duì)骨組織的強(qiáng)親和力，雙磷酸鹽是目前治療佩吉特病、骨質(zhì)疏松癥、發(fā)育不良和成骨不全等慢性骨病的一線藥物［9?10］。不僅如此，臨床前研究和臨床試驗(yàn)都證實(shí)，雙磷酸鹽可避免癌癥引起的骨質(zhì)流失并防止癌癥患者骨轉(zhuǎn)移的發(fā)生［11］。

不同分子結(jié)構(gòu)的雙磷酸鹽具有不同的作用機(jī)制和藥效，但都可通過破骨細(xì)胞介導(dǎo)的內(nèi)吞而作用于成熟的破骨細(xì)胞，進(jìn)而抑制骨吸收；或通過干擾腫瘤細(xì)胞和骨細(xì)胞之間的惡性循環(huán)來誘導(dǎo)骨轉(zhuǎn)移微環(huán)境中的破骨細(xì)胞凋亡，減輕骨轉(zhuǎn)移和骨破壞的程度。

近年來，雙磷酸鹽應(yīng)用于骨轉(zhuǎn)移預(yù)防的輔助治療臨床效果得到了廣泛的認(rèn)可［12］。其機(jī)制在于抑制破骨吸收間接抑制腫瘤生長(zhǎng)或直接發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng)。此外，雙磷酸鹽可激活γδT細(xì)胞以引發(fā)宿主免疫應(yīng)答，分泌促炎細(xì)胞因子并發(fā)揮對(duì)腫瘤的毒性作用［13］。雙磷酸鹽也可有效減少腫瘤微環(huán)境中腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAM），最終影響異種移植小鼠模型中的腫瘤生長(zhǎng)［14］，或逆轉(zhuǎn)腫瘤環(huán)境中TAM的亞型，即由M2型逆轉(zhuǎn)為殺死腫瘤細(xì)胞的M1型。

2 雙磷酸鹽功能化藥物及載體的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀

雙磷酸鹽目前仍被主要用作抗骨質(zhì)疏松藥物，然而，長(zhǎng)期、高劑量、廣泛的雙磷酸鹽給藥引發(fā)的不良反應(yīng)仍不容忽視，如下頜骨壞死、非典型股骨骨折、胃腸道副作用及腎功能損害等。雙磷酸鹽對(duì)礦物質(zhì)的高度親和性為其與顯像劑、抗腫瘤藥物及納米載體或其他生物醫(yī)用材料偶聯(lián)并靶向骨組織提供了可能。在過去的幾十年，雙磷酸鹽功能化的診斷和治療策略不斷發(fā)展，保證了其體內(nèi)應(yīng)用穩(wěn)定性的同時(shí)，仍保持雙磷酸鹽的功能化。

2.1 雙磷酸鹽功能化顯像劑 熒光素可用于在體外內(nèi)標(biāo)記腫瘤細(xì)胞或腫瘤組織，而用于腫瘤的臨床前期研究［15］。熒光素可通過氨基與雙磷酸鹽偶聯(lián)，如利塞膦酸鹽的吡啶基與熒光素通過形成環(huán)氧化物而穩(wěn)定偶聯(lián)。雙磷酸鹽功能化顯像劑的臨床前研究已有大量報(bào)道，BHUSHAN等報(bào)道了通過酰胺鍵將近紅外（NIR）熒光體與帕米膦酸鹽偶聯(lián)，與其他鈣鹽相比，其與羥基磷灰石的親和性提高8倍，可為骨轉(zhuǎn)移鈣化灶的早期檢測(cè)提供可能。遠(yuǎn)紅外熒光體通過酰胺鍵與帕米膦酸鹽偶聯(lián)后，可實(shí)現(xiàn)雙磷酸鹽體內(nèi)代謝、與細(xì)胞相互作用及特異性累積的實(shí)時(shí)檢測(cè)。該類雙磷酸鹽功能化的熒光分子探針均可通過光學(xué)成像定量評(píng)估骨腫瘤模型中腫瘤體積的變化、骨腫瘤的礦化及骨轉(zhuǎn)移程度等［16］，且在臨床前的豬、Balb/c小鼠、裸鼠和NCR小鼠等動(dòng)物模型中均有研究［17-18］。

另一類顯像劑，放射性示蹤物也可通過螯合作用與雙磷酸鹽偶聯(lián)，包括 Tc?99m、Sr?89、Re?186/188、Ga?67/68、In?111、Lu?177、Ho?166和Ra?223 等，偶聯(lián)后的探針可作為骨靶向的示蹤劑，采用PET?CT等手段用于骨轉(zhuǎn)移等骨病的診斷和治療［19］。也有文獻(xiàn)證明，基于對(duì)羥基磷灰石的親和性，雙磷酸鹽可通過與金納米顆粒偶聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鈣化灶X射線檢查的敏感性，并可提高X射線的衰減系數(shù)［20］。

2.2 雙磷酸鹽功能化的抗腫瘤藥物 雙磷酸鹽可通過酯鍵或氨基甲酸酯鍵與目前常規(guī)應(yīng)用的抗腫瘤藥物偶聯(lián)，如甲氨蝶呤，苯乙酸和核苷類似物［2′-脫氧-5-氟尿嘧啶（5?FdU），1?β?D?阿糖呋喃脲嘧啶和疊氮胸苷］等，形成在生理?xiàng)l件下可穩(wěn)定到達(dá)骨轉(zhuǎn)移部位的復(fù)合物。臨床前研究結(jié)果顯示，基于雙磷酸鹽的骨靶向性，雙磷酸鹽與甲氨蝶呤偶聯(lián)后，其對(duì)骨肉瘤的抑制效率比單獨(dú)使用甲氨蝶呤提高了5倍。雙磷酸鹽功能化的抗腫瘤藥物另一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)即化療藥物全身毒性的降低，如5?FdU與氨羥二磷酸二鈉或阿倫磷酸鈉偶聯(lián)后，可用于骨轉(zhuǎn)移癌的治療，且全身細(xì)胞毒性顯著降低［21］。除傳統(tǒng)的化療藥物外，最近的研究表明，雙磷酸鹽也可靶向攜帶抗腫瘤小分子抑制劑BET bromodomain，如JQ1至骨腫瘤發(fā)生部位，而發(fā)揮靶向殺滅腫瘤細(xì)胞的效果［22］。

2.3 雙磷酸鹽功能化的納米載體 藥物與納米載體的共價(jià)偶聯(lián)可借助納米材料體內(nèi)循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)、實(shí)體瘤的高通透性和滯留效應(yīng)（enhanced permeability and retention，EPR）、不可穿過血腦屏障以避免抗神經(jīng)毒性等優(yōu)點(diǎn)以增加的腫瘤定位，促進(jìn)體內(nèi)治療效果的增強(qiáng)。雙磷酸鹽功能化納米顆粒的臨床前研究在卵巢癌、乳腺癌、前列腺癌等骨轉(zhuǎn)移癌和骨肉瘤、多發(fā)骨髓瘤等骨腫瘤中有較多研究，動(dòng)物模型多為Balb/c裸鼠、SCID鼠和Swiss鼠［23-25］。如將阿倫磷酸鈉與載藥PLGA納米顆粒偶聯(lián)，評(píng)估其治療裸鼠骨轉(zhuǎn)移癌的效果可見，阿倫磷酸鈉發(fā)揮的骨靶向作用，可大幅提高偶聯(lián)物的治療效果［26］。THAMAKE等開發(fā)了表面包被阿侖膦酸鹽的PLGA藥物遞送納米顆粒系統(tǒng)，內(nèi)部包封姜黃素（化學(xué)治療劑，抑制RANKL誘導(dǎo)的骨吸收）和硼替佐米（蛋白酶體抑制劑）后，在骨轉(zhuǎn)移模型中表現(xiàn)出阻止骨吸收并降低腫瘤生長(zhǎng)速率的優(yōu)勢(shì)［27］。SWAMI等［28］也合成了包被阿侖膦酸鹽的PLGA載藥（硼替佐米）納米粒子，進(jìn)一步于表面PEG化，以增加載藥納米顆粒在體內(nèi)的循環(huán)時(shí)間，對(duì)多發(fā)骨髓瘤等的治療效果顯著。與此同時(shí)，腫瘤微環(huán)境的特點(diǎn)為雙磷酸鹽功能化納米載體的發(fā)展提供了可能，在藥物與納米顆粒之間引入酶解接頭，可被腫瘤周圍高表達(dá)的蛋白水解酶水解，增加藥物主動(dòng)靶向的效果。如有研究將阿侖膦酸鈉和紫杉醇均通過四肽 Gly?Phe?Leu?Gly（GFLG?ONp）與N?（2?羥丙基）甲基丙烯酰胺（HPMA）共聚物偶聯(lián)，腫瘤細(xì)胞中過表達(dá)的溶酶體酶cathepsin B可特異性識(shí)別GFLG接頭，實(shí)現(xiàn)藥物的靶向遞送，結(jié)果表明聯(lián)合治療對(duì)腫瘤的骨轉(zhuǎn)移癌抑制率較單獨(dú)使用阿侖膦酸鹽或紫杉醇提高了60%。

除了傳統(tǒng)的納米載體外，雙磷酸鹽也可與脂質(zhì)體偶聯(lián)，目前只有兩種類型的雙磷酸鹽功能化藥物（99mTc?羥基亞甲基二膦酸鹽和99mTc?亞甲基二膦酸鹽）已被批準(zhǔn)用于惡性骨腫瘤的臨床檢測(cè)和治療。唑來膦酸功能化的脂質(zhì)體也有大量的臨床前研究，如包封脂質(zhì)體形成LipoZol，相對(duì)于單獨(dú)使用的唑來膦酸，Lipzol對(duì)前列腺癌（PC3）和多發(fā)性骨髓瘤（OPM2）的抑制率提高了42%～46%，且可抑制腫瘤血管生成，降低腫瘤血管密度［29，32］。

雙磷酸鹽還可通過與其他類型的納米顆粒，如磷酸鈣納米顆粒自組裝形成PLCaPZ復(fù)合物，表面輔以PEG修飾，抑瘤率高于68%。

2.4 雙磷酸鹽功能化的生物材料 雙磷酸鹽功能化的生物材料應(yīng)用于骨轉(zhuǎn)移治療近年來也多有報(bào)道，除傳統(tǒng)的鈣磷基材料外，雙磷酸鹽也可與其他類型的生物材料偶聯(lián)，如與水凝膠類材料偶聯(lián)，并負(fù)載生長(zhǎng)因子，形成類細(xì)胞外基質(zhì)成分，抑制骨轉(zhuǎn)移病灶部位的骨吸收作用［33］；與透明質(zhì)酸偶聯(lián)，通過特異性作用于破骨細(xì)胞表面的CD44受體而發(fā)揮溶骨抑制效應(yīng)［34］；或與高分子聚合物偶聯(lián)，形成生物安全且可降解的可注射支架材料［35］；也可與生物玻璃類材料偶聯(lián)，應(yīng)用于骨腫瘤或骨轉(zhuǎn)移癌治療后的骨組織工程中［36］。

3 結(jié)論與展望

基于雙磷酸鹽對(duì)骨轉(zhuǎn)移區(qū)域中高代謝區(qū)或病理性鈣化區(qū)的選擇性親和力，可作為一類理想的骨靶向劑。本文前述了雙磷酸鹽及其功能化藥物、載體在骨腫瘤和骨轉(zhuǎn)移癌的診斷和靶向治療中的研究進(jìn)展。包括雙磷酸鹽可與熒光探針或放射性示蹤劑結(jié)合成像，如雙磷酸鹽與熒光顯影劑、放射性核素如γ射線（用于SPECT成像）、正電子發(fā)射體（用于PET成像）和磁共振造影劑等結(jié)合用于骨靶向成像等，以檢測(cè)與骨轉(zhuǎn)移以及骨骼外腫瘤相關(guān)的微鈣化灶；或與抗腫瘤藥物、納米載體或生物材料偶聯(lián)靶向治療骨腫瘤，如與一系列抗腫瘤化合物、小分子抑制劑或納米載體（脂質(zhì)體或聚合物納米顆粒）偶聯(lián)，通過靶向遞送藥物或納米載體的EPR效應(yīng)，增加腫瘤部位藥物濃度，提高藥物的治療效果，并降低全身毒性，因此具有應(yīng)用于骨腫瘤或骨轉(zhuǎn)移癌骨組織工程中的潛力。

目前，雙磷酸鹽已在臨床應(yīng)用于骨質(zhì)疏松等骨病的治療，延緩骨骼病變的發(fā)生和進(jìn)展。然而，雙磷酸鹽的廣泛或全身應(yīng)用的副作用仍較多，為推進(jìn)雙磷酸鹽應(yīng)用于骨轉(zhuǎn)移癌的治療或雙磷酸鹽功能化藥物/載體的臨床應(yīng)用，臨床前研究應(yīng)采用更接近臨床的腫瘤模型，如患者來源的異種移植（PDX）模型，或人源細(xì)胞系建立原位骨腫瘤模型和骨轉(zhuǎn)移模型等。從醫(yī)用材料發(fā)展的角度，骨靶向的雙磷酸鹽功能化納米載體的體內(nèi)分布模式也需進(jìn)行更深入的研究，納米載體的大小、電荷、分子量、偶聯(lián)方式和體內(nèi)作用機(jī)制等應(yīng)詳細(xì)說明，以實(shí)現(xiàn)最高劑量的藥物遞送和最佳的治療效果，推進(jìn)雙磷酸鹽聯(lián)合用藥的臨床推廣應(yīng)用。

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