王小兵，于濤

綜述

細胞核靶向納米藥物遞送系統(tǒng)的研究進展

王小兵，于濤

150040 哈爾濱，東北林業(yè)大學生命科學學院/東北鹽堿植被恢復與重建教育部重點實驗室

藥物治療是目前腫瘤治療中最常用的方法，但由于藥物的腫瘤選擇性差，常規(guī)化療的效果并不理想且副作用大。目前，利用具有靶向功能的納米載體搭載藥物靶向腫瘤是一種尚處在研究中的策略[1]，然而這些納米載體仍不能達到理想的治療效果[2]。研究表明，抗腫瘤藥物借助藥物載體內化進入細胞后大多不具有靶向作用于特定的亞細胞器的能力，還存在被細胞內的溶酶體吞噬、降解的可能，從而影響藥物的治療作用[3]。大部分抗腫瘤藥物是以細胞核內 DNA 為作用靶點，如喜樹堿（camptothecin，CPT）、阿霉素（doxorubicin，DOX）和順鉑等都是通過破壞 DNA 結構，影響復制和轉錄過程發(fā)揮抗腫瘤活性[4-6]。因此，如何將化療藥物高效運送至細胞核是改善上述藥物治療效果的關鍵。

細胞核是高度分化的細胞器，具有雙層磷脂膜，核膜上直徑 30 ~ 50 nm 的核孔復合體（nuclear pore complexes，NPCs）是物質進入細胞核的通道。從機制上講，利用納米載體跨越細胞核膜將藥物精準地送入核內，既要求載體具有足夠小的尺度以通過核孔復合體，又要具有充足的空間容納藥物，還要便于化學修飾從而連接核定位序列信號分子，最終才能在被腫瘤細胞高效攝入并通過核孔復合體主動轉運到核內發(fā)揮藥效（圖 1）。富含賴氨酸的經典核定位信號（nuclear localization sequence，NLS）能夠與 α 輸入蛋白和 β 輸入蛋白結合，然后通過消耗 GTP 經核孔復合體轉運進入細胞核，另富含精氨酸的 TAT 多肽則通過與 β 輸入蛋白結合，從而轉運進核[7]。此外也可通過核膜融合的方式進入細胞核，如以聚醚酰亞胺（polyetherimide，PEI）為代表的陽離子聚合物在逃離溶酶體后，可以通過自由擴散方式接近細胞核，然后通過靜電作用與帶負電荷的核膜融合，從而進入到細胞核中[8]，但目前 PEI 主要應用于構建基因遞送載體，而用于藥物遞送的報道較少。本文綜述了近年來細胞核靶向藥物傳遞系統(tǒng)的最新研究進展，為更多細胞核靶向藥物傳遞系統(tǒng)的設計提供依據。

1 無機細胞核靶向納米藥物遞送系統(tǒng)

1.1 二氧化硅納米粒子

二氧化硅納米粒子根據孔徑大小可分為 3 種：微孔、介孔、大孔，在藥物遞送系統(tǒng)的研究中應用最多的是介孔二氧化硅納米粒子（mesoporous silica nanoparticles，MSNs）。自 2001 年以來[9]，介孔二氧化硅納米粒子以較大的比表面積和孔體積、孔徑可調、易于表面修飾、生物相容性好等特點，已被廣泛用于抗癌藥物的遞送[10-12]。

Pan 等[13]通過合成不同尺寸大?。?5 ~ 105 nm）的介孔二氧化硅納米粒子作為載體搭載阿霉素（DOX）進行細胞核靶向的腫瘤藥物治療。研究結果顯示，MSNs 作為藥物載體，具有較高的載藥量，與對照組相比較，連接細胞穿透肽（TAT）的小粒徑 MSNs 能高效地遞送藥物進入細胞核，并在核內釋放藥物，從而達到增強化療的目的。在隨后的研究中，Pan 等[14]再次利用表面修飾 TAT 肽的小尺寸介孔二氧化硅納米粒子（MSNs-TAT，30 nm）作為載體搭載抗腫瘤藥物阿霉素（DOX-MSNs-TAT）對多藥耐藥細胞進行細胞核靶向藥物治療。研究結果表明，相比于游離的 DOX 和未連接 TAT 肽的 MSNs-DOX，具有細胞核靶向功能的 DOX-MSNs-TAT 能夠更高效地將藥物遞送至細胞核內，能有效克服細胞的多藥耐藥性（MDR），從而達到增強治療效果的目的。

圖 1 不同載體進入細胞核的方式

Li 等[15]以 Fe3O4納米粒子作為核心在其表面包裹介孔二氧化硅制備了一種核殼結構的多功能磁性介孔二氧化硅納米粒子（magnetic mesoporous silica nanoparticles，FMSNs），同時修飾 TAT 肽于外表面，進行細胞核靶向多功能聯合治療。研究結果表明，FMSNs 通過體外磁性引導能在腫瘤組織高度富集，在被腫瘤細胞攝取后能定位于細胞核，將負載于介孔結構中的抗腫瘤藥物 CPT 釋放入核內，同時還可以作為核磁共振造影劑進行核磁共振成像，從而實現影響監(jiān)測下的細胞核靶向腫瘤化療。

1.2 金納米粒子

金納米粒子（gold nanoparticles，AuNPs）是研究較早的一種貴金屬納米材料，它的常規(guī)尺寸一般在 1 ~ 100 nm 之間，具有尺寸均一、無毒性、生物相容性好、表面易修飾等特點，同時還具有較高的 X 射線吸收系數，已被廣泛用于體內外 CT 造影和藥物遞送研究[16]。

Wang 等[17]將金納米粒子表面修飾熒光標記的牛血清蛋白（BSA）形成金納米簇（AuNCs）并搭載藥物赫賽?。ˋuNCs-Her）進行細胞核靶向抗腫瘤治療，結果表明，僅僅有 5 nm 左右的AuNCs-Her 能夠成功逃逸溶酶體誘捕并最終攜帶赫賽汀進入細胞核，提高了赫賽汀破壞腫瘤細胞的 DNA 的效率，進而提升了腫瘤細胞抑制效果。

Morshed 等[18]利用修飾有細胞穿透肽 TAT 的金納米粒子運載 DOX（TAT-Au-DOX）治療腦轉移性乳腺癌，結果表明 TAT-Au-DOX 能夠被腫瘤細胞攝取并積累于細胞核內，與游離藥物相比 IC50值降低了80%，顯著提升了 DOX 的化療效果。

1.3 碳納米管

碳納米管（carbon nanotubes，CNTs）是一種研究較為廣泛的無機非金屬碳素材料，可分為單壁碳納米管（single-walled carbon nanotubes，SWCNTs）和多壁碳納米管（multi-walled carbon nanotubes，MWCNTs）。碳納米管不僅具有獨特的中空結構和內外管徑，而且具有良好的細胞穿透能力，因此在抗腫瘤藥物運送中有較好的應用前景[19]。

Das 等[20]利用聚乙二醇（PEG）將 17 β-雌二醇（E2）連接于 MWCNTs 的表面并裝載抗腫瘤藥物 DOX 用于治療乳腺癌。研究結果表明，所制備的DOX@E2-PEG-MWCNTs能夠通過雌激素受體（estrogen receptor，ER）靶向乳腺癌細胞，由于 MWCNTs 本身具有良好的穿透能力，可介導腫瘤細胞內化，之后可通過 ER 途徑靶向細胞核，發(fā)揮更好的化療作用。

Dong 等[21-22]利用偶聯有 TAT 肽的低分子殼聚糖修飾 MWCNTs 作為載體裝載 DOX 后處理 Bel7402、MD-MBA-231、L929 等腫瘤細胞。結果表明，相比于游離 DOX 和 MWCNTSM/DOX，MWCNTs/DOX/TC 粒子具有更好的水溶性和分散性，能夠很快地被上述腫瘤細胞內化并遞送 DOX 進入細胞核發(fā)揮更高效的抗腫瘤作用。

2 有機細胞核靶向納米藥物遞送系統(tǒng)

2.1 聚合物膠束

聚合物膠束（polymeric micelles，PMs）通常指由兩親性嵌段聚合物在水相中自組裝形成的一種熱力學穩(wěn)定的膠體結構，大小在 10 ~ 200 nm。這些膠體結構可以將疏水性藥物包封在疏水內核，同時可以在表面進行相應配體修飾以實現靶向功能。因此，聚合物膠束在抗腫瘤藥物遞送中有很好的應用前景[23-24]。

Guo 等[25]利用嵌段共聚物膠束（mPEG-PLA-ss-PEI- DMMA，PELEss-DA）裝載 DOX 進行腫瘤細胞核靶向藥物遞送。結果表明，這種聚合物膠束通過表面電荷的改變而延長其在血液中的循環(huán)時間，并通過自身二硫鍵對腫瘤組織內的高水平還原型谷胱甘肽（GSH）產生響應，使得粒徑變小，最終通過被動擴散的方式進入細胞核內并釋放藥物，明顯提升了化療效果。

Zhang 等[26]利用修飾有 TAT 肽和葉酸（folate）的PEG-辛基殼聚糖制備 folate/TAT-PEG-OC 膠束，在裝載 DOX 后處理 Bel-7402 腫瘤細胞系。MTT 實驗結果表明，游離 DOX 和載藥 folate-PEG-OC 膠束處理后的細胞存活率為（31.81 ± 7.59）% 和（28.59 ± 8.85）%。相比之下，載藥 folate/TAT-PEG-OC 膠束處理后的 Bel-7402 細胞活力僅為（19.01 ± 5.24）%，這一結果證明 TAT 肽能協助載藥膠束定位至細胞核，并明顯增強阿霉素的化療效果。

Yu 等[27]利用核定位信號（NLS）和葉酸（folic acid，FA）修飾的膽固醇聚乙二醇殼聚糖（cholesterol-modified glycol chitosan，CHGC）裝載 DOX，形成 DOX/NFCHGC 膠束。結果表明，在葉酸作用下 DOX/NFCHGC 膠束能夠很快地被 KB 腫瘤細胞內化，NLS 使膠束與核孔復合體結合持續(xù)地釋放DOX 進入細胞核，從而誘導腫瘤細胞凋亡。

2.2 脂質體

脂質體是由天然或合成的磷脂組成的單層或多層小泡，既可以包封大量的親水性抗癌藥物，還可以搭載疏水性藥物。相比其他納米級遞送載體，脂質體具有良好的生物相容性和生物體易降解的優(yōu)點。目前，脂質體多用于基因治療以及不同形式藥物的遞送[28-29]。

Roy 等[30]利用熱敏氣泡脂質體作為載體連接TAT和碳量子點（CDs）形成脂質體復合物CDs/TAT@NBLs，并裝載 DOX 實現核靶向的多功能聯合治療。結果表明，脂質體能夠有效地靶向腫瘤細胞核，載體入核后經近紅外光照射，CDs 可作為光熱治療劑進行光熱轉換升高核內溫度，熱敏型氣泡脂質體內包封的氣泡受熱分解，導致包封于載體內的 DOX 在核內釋放，實現可控光熱治療與化療的核內聯合治療。

2.3 聚合物納米囊泡

聚合物囊泡是由兩親性聚合物形成的穩(wěn)定囊泡。聚合物囊泡在結構和形態(tài)上與脂質體囊泡相似，但相比脂質體囊泡，其具有更高的穩(wěn)定性，且其物理性能如膜厚度、滲透性、流動性及表面功能性等都可更好調控，囊泡空心可裝載親水性藥物，雙分子層之間可裝載疏水性藥物[31]。

Anajafi 等[32]利用二硫鍵連接親水性化合物 PEG 和疏水性化合物 PLA 形成兩親性嵌段共聚物囊泡裝載 DOX 和姜黃素，并在其表面修飾含有核定位信號 SV40 的基質金屬蛋白同工酶 MMP-7 響應型多肽，用于腫瘤細胞核靶向治療。研究結果表明，上述表面多肽的使用能有效屏蔽 SV40 表面正電荷，從而防止載藥囊泡與正常細胞發(fā)生非特異性靜電相互作用。囊泡通過高通透性和滯留效應（enhanced permeability and retention effect，EPR）進入腫瘤組織后，MMP-7 可水解多肽從而暴露出 SV40 進而靶向細胞核，最終進入細胞核釋放藥物。

3 總結與展望

利用納米載體將化療藥物直接運送到細胞核是一種具有前景的腫瘤化療策略，可最大限度地發(fā)揮以核內 DNA 分子為靶點的抗癌藥物療效。細胞核靶向納米藥物載體的研制將為腫瘤治療帶來巨大的機遇。然而，從基礎研究到臨床轉化的過程中，細胞核靶向納米藥物載體的研究仍面臨以下問題和挑戰(zhàn)：①開發(fā)更安全、生物相容性更好、可被機體代謝排泄的細胞核靶向納米藥物載體是今后藥物載體研究的重要方向，也是腫瘤細胞核靶向化療能夠進入臨床應用的前提；②構建智能型納米載體，能夠在特定條件刺激下釋放藥物，從而減少藥物進入細胞核之前的泄漏，同時提升藥物在細胞核內釋放效率；③在載體表面修飾 NLS 是目前實現納米載體細胞核靶向功能的重要策略，但還需進一步研究攜帶 NLS 納米載體與核孔復合體之間的相互作用機制，這有利于提升納米載體從細胞質內進入細胞核的效率；④有些細胞核靶向納米載體具有很好的核靶向性，但藥物在細胞核中釋放不夠高效，因此需要建立并完善納米載體細胞核靶向效率的評價機制。綜上所述，發(fā)展和優(yōu)化細胞核靶向納米藥物遞送系統(tǒng)以提高腫瘤化療效果仍是今后納米藥物載體研究的重要方向。

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中央高校基本科研業(yè)務費專項資金（2572017PZ09）

于濤，Email：yutao@nefu.edu.cn

2019-08-27

10.3969/j.issn.1673-713X.2020.01.011