胡楚玲，吳兆勇，顧芬芬，高 申

0 引言

隨著納米材料的發(fā)展，納米載體的應(yīng)用在醫(yī)學(xué)研究中越來越普遍，特別是在藥物輸送和基因遞送領(lǐng)域[1]。有機和無機納米粒子被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)研究和臨床試驗中，如脂質(zhì)體[2]、聚合物膠束[3]、聚合物納米粒[4]、金納米粒[5]、二氧化硅納米粒等[6]。但由于其易被免疫系統(tǒng)識別并清除，及生物相容性和生物可降解性差，限制了合成納米材料的實用性[7]。

從細(xì)胞衍生的肽修飾到基于細(xì)胞的藥物遞送系統(tǒng)[8]，生物學(xué)的發(fā)展正在改變藥物遞送系統(tǒng)的設(shè)計。基于細(xì)胞的靶向遞送系統(tǒng)(Targeting drug deliver systems,TDDS)因免疫原性低、固有突變率[9]、長循環(huán)時間、無神經(jīng)毒性或致瘤性、先天靶向能力而發(fā)展成為一種有前景的遞送策略[10]。有報道，這種細(xì)胞是有效的天然載體，包括紅細(xì)胞(Red blood cell,RBC)、中性粒細(xì)胞、血小板、白細(xì)胞、吞噬細(xì)胞、干細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、天然殺傷細(xì)胞，甚至病毒和細(xì)菌[11]。例如，設(shè)計的RBC膜包被的納米顆?？裳娱L血液循環(huán)時間，以減輕免疫系統(tǒng)的清除[12]。腫瘤細(xì)胞膜包被還可實現(xiàn)嗜同性靶向[13-14]。巨噬細(xì)胞可用于腫瘤靶向遞送，如將巨噬細(xì)胞膜包被的納米顆粒(cskc-PPiP/PTX)用于乳腺癌治療，可顯示較強的治療效果[15]。本文介紹了細(xì)胞膜偽裝在藥物納米顆粒應(yīng)用中的最新研究進(jìn)展及仿生納米藥物面臨的挑戰(zhàn)和應(yīng)用前景。

1 紅細(xì)胞膜仿生系統(tǒng)

紅細(xì)胞膜是第一個被用于仿生納米顆粒的細(xì)胞膜，旨在提高納米顆粒的生物相容性，延長體內(nèi)循環(huán)時間，避免巨噬細(xì)胞的攝取和清除[16]。在這項開創(chuàng)性的工作中，將抗腫瘤藥物阿霉素(Doxorubicin,DOX)包封于聚乳酸-羥基乙酸共聚物[poly(lactic-co-glycolic acid),PLGA]納米粒中，并進(jìn)一步用RBC膜包被。通過這種仿生技術(shù)，與傳統(tǒng)的PLGA納米粒相比，可使消除半衰期達(dá)40 h，明顯延長PLGA納米粒的體內(nèi)循環(huán)時間。而且可以將具有靶向活性的配體嵌入納米顆粒系統(tǒng)中[17]。例如，腫瘤靶向肽(RGDyK)修飾的RBC膜仿生納米系統(tǒng)具有較高的載藥量，在體內(nèi)表現(xiàn)為良好的靶向性，生物相容性，同時可延長保留時間。與非靶向藥物制劑相比，此類納米顆粒具有RBC和肽的特性，具有顯著的療效，同時明顯降低毒性[18]。用脂質(zhì)修飾RGD同樣可以嵌入到包載DOX和紫杉醇(Paclitaxel,PTX)的磁性-O-羧甲基-殼聚糖納米顆粒RBC膜中，以達(dá)到抑制腫瘤生長的目的[19]。

除了化學(xué)治療外，基于RBC膜的藥物遞送系統(tǒng)已迅速擴(kuò)展到其他腫瘤治療方法，包括光動力療法(PDT)、光熱療法(PTT)和免疫療法。利用RBC獨特的天然攜氧能力，RBC膜可以改善光動力治療中缺氧的問題。在一項研究中，由紅細(xì)胞膜和光敏劑(PS)組成的紅細(xì)胞膜微型電動機可以有效靶向腫瘤組織，同時提供大量的氧氣[20]。另一種有效的設(shè)計是通過將RBC膜包被在二氧化錳納米顆粒上形成氧氣前體，以產(chǎn)生氧氣并緩解腫瘤缺氧。研究發(fā)現(xiàn)，RBC膜包被增加了DOX的負(fù)載能力，同時由于產(chǎn)生的氧氣破壞RBC膜而加速了DOX的釋放。通過結(jié)合普魯士藍(lán)(一種良好的光熱劑)，實現(xiàn)了PTT和化學(xué)療法的聯(lián)合治療[21]。

近年來，腫瘤免疫療法得到了越來越多的關(guān)注。膜仿生技術(shù)在這個新興領(lǐng)域具有巨大的潛力。針對樹突狀細(xì)胞的抗原靶向是開發(fā)腫瘤疫苗的關(guān)鍵瓶頸。為了解決這個問題，紅細(xì)胞膜通過脂質(zhì)束縛技術(shù)，將載有特異性DC識別配體的卵白蛋白抗原的納米顆粒與甘露糖結(jié)合到一起，以利于DC攝取抗原[22]。納米疫苗的成功設(shè)計能夠在預(yù)防和治療轉(zhuǎn)移性黑色素瘤模型中起到促進(jìn)疫苗轉(zhuǎn)運至引流淋巴結(jié)并有效抑制腫瘤生長和抑制腫瘤轉(zhuǎn)移的作用。

2 血小板膜仿生系統(tǒng)

由于血小板膜固有的特征，如血管損傷反應(yīng)和與CTC相互作用的識別，基于血小板細(xì)胞膜的仿生系統(tǒng)可用于治療腫瘤轉(zhuǎn)移。血小板表面特異性受體P-Selectin可以與CD44過表達(dá)的腫瘤細(xì)胞特異性結(jié)合，這是目前發(fā)現(xiàn)的在腫瘤轉(zhuǎn)移中起關(guān)鍵作用的機制[23]。血小板與CTC之間的這種特異性識別有利于血小板在CTC周圍聚集，并促進(jìn)其在血流和血液中的循環(huán)，最終導(dǎo)致腫瘤轉(zhuǎn)移。利用這一點，Hu等[24]開發(fā)了一種血小板膜包衣的核-殼納米載體，用于靶向原發(fā)性腫瘤部位和CTC。研究者將含有DOX的納米顆粒裝載到血小板膜的內(nèi)部，并在膜的外部修飾了蛋白藥物TRAIL，該蛋白可以激活細(xì)胞凋亡信號通路，所構(gòu)建的雙重藥物系統(tǒng)可實現(xiàn)協(xié)同的抗腫瘤效果以及抗腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的能力。為了解決多藥耐藥性，RGD肽修飾的血小板囊泡被用于包被黑色素納米粒和DOX，通過腫瘤細(xì)胞和腫瘤血管的雙重靶向有效抑制耐藥性腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移[25]。其中，血小板膜主要用于免疫逃逸和腫瘤靶向。RGD修飾的納米系統(tǒng)通過腫瘤細(xì)胞和腫瘤脈管系統(tǒng)的雙重靶向有效抑制了耐藥細(xì)胞的生長。

3 免疫細(xì)胞膜系統(tǒng)

3.1 巨噬細(xì)胞膜 作為先天免疫系統(tǒng)的重要細(xì)胞分型，巨噬細(xì)胞可以通過alpah-4整合素與腫瘤細(xì)胞的VCAM-1受體特異性結(jié)合，該機制還參與調(diào)節(jié)CTC的轉(zhuǎn)移。通過將巨噬細(xì)胞膜與脂質(zhì)體結(jié)合以促進(jìn)藥物向轉(zhuǎn)移部位的遞送。巨噬細(xì)胞膜修飾增加了轉(zhuǎn)移性4T1乳腺癌細(xì)胞中曲妥珠單抗脂質(zhì)體的細(xì)胞攝取，并對細(xì)胞活力具有抑制作用。在體內(nèi)巨噬細(xì)胞膜使脂質(zhì)體靶向轉(zhuǎn)移細(xì)胞，并對乳腺癌的肺轉(zhuǎn)移產(chǎn)生明顯的抑制作用[26]。研究顯示，由于巨噬細(xì)胞表面蛋白對腫瘤內(nèi)皮的主動靶向作用，功能化巨噬細(xì)胞膜比RBC膜具有更多的優(yōu)勢[27]。Xuan等[28]通過自下而上的組裝方法,將巨噬細(xì)胞膜偽裝在介孔二氧化硅納米囊上，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，即使經(jīng)過24 h和48 h后，偽裝的納米囊在體內(nèi)仍有36%和32%的保留率，而非偽裝系統(tǒng)在24 h內(nèi)幾乎完全消除。另外，由于巨噬細(xì)胞上表達(dá)的某些趨化因子(如CCR2)，巨噬細(xì)胞膜可主動與分泌CCL2配體的腫瘤細(xì)胞(如乳腺癌)結(jié)合。Transwell分析顯示，偽裝的光熱納米粒子向CCL2陽性組的遷移能力是對照組的5倍。為了使腫瘤細(xì)胞對PTT敏感，研究者加入槲皮素(QE，一種HSP70抑制劑)以增強PTT的療效，結(jié)果顯示，其在原發(fā)性乳腺癌和肺轉(zhuǎn)移癌中的治療效果明顯得到了改善，且不良反應(yīng)小[29]。

3.2 T細(xì)胞膜 T細(xì)胞膜含有蛋白質(zhì)，可以感應(yīng)炎癥和病灶部位。局部低劑量照射可以上調(diào)腫瘤血管的黏附分子并釋放趨化因子，從而可以將CD8+T細(xì)胞募集到腫瘤部位。將人細(xì)胞毒T淋巴細(xì)胞膜包被的紫杉醇PLGA納米粒應(yīng)用于患有胃癌的小鼠，可提高偽裝納米藥物的靶向效率。有報道，在低劑量照射下，腫瘤生長的抑制率可以達(dá)到88.50%[30]。

3.3 NK細(xì)胞膜 由于NK細(xì)胞的特異性膜受體，NK細(xì)胞膜被用于脂質(zhì)體遞送系統(tǒng)，被稱為NKsome，其可用于腫瘤靶向。NKsome具有顯著的生物相容性，對腫瘤的親和力更高，且可延長體內(nèi)循環(huán)時間。裝載DOX后，Nksome在MCF-7腫瘤細(xì)胞體內(nèi)表現(xiàn)出顯著的抗腫瘤作用[31]。Deng等[32]利用NK細(xì)胞膜包裹含TCPP光敏劑的納米粒，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，NK細(xì)胞膜可使NK-NPs靶向腫瘤，并誘導(dǎo)促炎性M1巨噬細(xì)胞極化，從而產(chǎn)生抗腫瘤免疫力。此外，NK-NPs中裝載的TCPP可以通過光動力療法誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡，從而提高NK細(xì)胞膜的抗腫瘤免疫效率。

4 干細(xì)胞膜

干細(xì)胞具有大量分子識別特性的結(jié)構(gòu)，為腫瘤化療、PDT和基因治療的仿生系統(tǒng)提供可能性。Gao等[33]開發(fā)了一種DOX負(fù)載的明膠納米凝膠，包被于骨髓來源的間充質(zhì)干細(xì)胞的高效腫瘤靶向藥物遞送平臺。與未包被的納米凝膠相比，SCMG具有極好的腫瘤靶向能力及在腫瘤部位的積累，SCMG可以保留這些促腫瘤特性并降低網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)清除率。Yang等[34]構(gòu)建了人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞膜涂覆的攜帶DOX的PLGA納米顆粒，該納米顆粒顯著提高了PLGA納米粒的細(xì)胞攝取效率，增強阿霉素對腫瘤細(xì)胞的殺傷能力。

5 腫瘤細(xì)胞膜

腫瘤細(xì)胞膜從源細(xì)胞繼承了同源靶向和抗原庫的功能，已應(yīng)用于腫瘤靶向治療和免疫治療。該領(lǐng)域的第一項研究表明，腫瘤細(xì)胞包被的PLGA納米粒與紅細(xì)胞包被及裸露納米粒相比，在攝取上分別增加40倍和20倍。通過添加FDA批準(zhǔn)的單磷酸脂A，顯著上調(diào)了CD40、CD80和CD86的表達(dá)水平[35]。從這項最初的工作開始，使用腫瘤細(xì)胞膜包被納米顆粒已成為當(dāng)今抗腫瘤治療和免疫治療領(lǐng)域的新興話題。

在腫瘤治療中，腫瘤細(xì)胞膜包被于各種納米粒上，并進(jìn)一步與各種治療方法整合以靶向腫瘤部位。例如，采用FDA批準(zhǔn)的PLGA裝載化療藥物如PTX，包被4T1細(xì)胞膜。與裸露的納米粒相比，腫瘤的靶向能力及PTX在血漿中的半衰期分別高4.3倍和2倍，成功抑制了乳腺癌細(xì)胞的生長和肺轉(zhuǎn)移[36]。

然而，整個細(xì)胞膜包被納米顆?？赡軙绊懰幬锏尼尫?，光熱加速等方法可用于解決這一問題。光敏劑吲哚菁綠(ICG)和DOX納米粒共同包封于細(xì)胞膜內(nèi)。體外實驗證明，激光照射72 h，可以使藥物釋放增加4倍，從而實現(xiàn)體內(nèi)協(xié)同抗腫瘤作用[37]。

細(xì)胞膜PEG化被用于插入膜脂質(zhì)層，以進(jìn)一步降低腫瘤細(xì)胞膜和血清之間的非特異性相互作用。有報道，在體內(nèi)相互作用會引起不必要的聚集、調(diào)節(jié)和吞噬納米粒[38]。如PLGA包裹ICG較沒有細(xì)胞膜包被的納米粒在腫瘤部位有高達(dá)3.1倍的集聚。同時，在肝臟和腎臟的積累分別減少了51%和34%。ICG的包封為系統(tǒng)提供了熒光/光聲成像特性和光熱效應(yīng)。在治療方面，該多功能系統(tǒng)僅單次劑量即可完全消融MCF-7細(xì)胞。

腫瘤細(xì)胞膜仿生的納米粒在腫瘤治療效果上同樣受腫瘤微環(huán)境的影響。為了改善耐藥性和較差的化療結(jié)果，腫瘤細(xì)胞膜包被的載血紅蛋白和DOX的PLGA聚合物納米系統(tǒng)被開發(fā)。血紅蛋白通過抑制缺氧誘導(dǎo)因子-1a(一種多藥耐藥基因1)和p-糖蛋白，促進(jìn)了O2干擾化學(xué)治療，以克服缺氧誘導(dǎo)的化學(xué)耐藥性，從而增加了DOX的累積，提高了腫瘤治療效果[39]。此外，4T1細(xì)胞膜包裹的MnO2納米粒中和了腫瘤微環(huán)境中過量的谷胱甘肽(GSH)，同時將抗血管生成作用藥物(阿帕替尼)包裹于納米粒中，以減弱促腫瘤血管生成作用。該多功能系統(tǒng)同時解決了兩大問題，即在PDT過程中過量的GSH和促血管作用[40]。

除腫瘤靶向治療外，免疫治療同樣利用細(xì)胞膜作為抗原來解決很多問題。原則上，細(xì)胞膜可單純作為一個抗原，其可被APCs捕獲。一種腫瘤細(xì)胞膜包被免疫刺激佐劑的PLGA納米粒被開發(fā)用于腫瘤疫苗。該納米疫苗可促進(jìn)抗原遞呈并激活下游免疫反應(yīng)。為發(fā)揮抗腫瘤免疫反應(yīng)，免疫檢查點封閉(抗CTLA4和抗PD-1)以緩解免疫抑制腫瘤微環(huán)境。通過這種設(shè)計，腫瘤生長得到有效控制，顯示出腫瘤細(xì)胞膜用于免疫治療的潛能[41]。

6 機遇與挑戰(zhàn)

混合細(xì)胞膜是一種有前景的仿生納米遞送系統(tǒng)應(yīng)用方法，具有較多優(yōu)點，如循環(huán)時間長和主動定位。已報道的混合生物膜系統(tǒng)包括腫瘤細(xì)胞和RBC膜、血小板和紅細(xì)胞膜、血小板和腫瘤細(xì)胞膜，以及血小板和白細(xì)胞膜等。其具有較為廣闊的應(yīng)用前景，但是，需要注意混合膜可能會進(jìn)一步降低膜的取向分子，從而破壞膜性能。

腫瘤免疫治療支撐起仿生納米系統(tǒng)研究的一半天地。除了靶向能力，腫瘤細(xì)胞膜、宿主抗原庫使仿生納米顆粒用于腫瘤納米疫苗的研發(fā)。這種方法克服了特異性抗原篩選和復(fù)雜的疫苗制備過程，這些發(fā)展都進(jìn)一步刺激了“仿生”免疫療法的發(fā)展。需要注意的是：①使用腫瘤細(xì)胞膜或細(xì)菌膜的安全性問題。不恰當(dāng)?shù)拿庖咴员┞犊赡苷T導(dǎo)有害的免疫反應(yīng)，即使對正常的細(xì)胞類型，也需要考慮其長期安全性[42]。②細(xì)胞的高度異質(zhì)性膜和納米顆粒合成的困難可能會給大規(guī)模生產(chǎn)帶來挑戰(zhàn)。

7 結(jié)論

細(xì)胞膜仿生技術(shù)已在納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展，主要優(yōu)點在于其天然細(xì)胞特性。本文概述了其在腫瘤治療方面的應(yīng)用。自然界細(xì)胞膜功能廣泛，將使仿生納米技術(shù)得到更進(jìn)一步的發(fā)展。