鄭雅丹，康子瑤，王純，劉陽(yáng),

（1.南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院 功能高分子材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300071；2.南開(kāi)大學(xué)化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，天津 300071）

1 腦部腫瘤研究概況

腦部腫瘤是指在腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）中存在的不同類(lèi)型腫瘤，主要分原發(fā)性與繼發(fā)性?xún)纱箢?lèi)[1]。由于發(fā)生部位的特殊性，腦部腫瘤成為危害人類(lèi)生命和健康的重要腫瘤之一，并且疾病負(fù)擔(dān)逐年升高。2018年全世界估計(jì)新發(fā)腦部腫瘤病例接近30萬(wàn)例，約占全部惡性腫瘤新發(fā)病例的1.6%，位居惡性腫瘤發(fā)病病例的第17位[2]。中國(guó)的腦部腫瘤發(fā)病率處于世界中上水平，但龐大的人口基數(shù)使得中國(guó)的年發(fā)病數(shù)最高；據(jù)估計(jì)，中國(guó)年新發(fā)腦部瘤病例超過(guò)76 000例，約占全世界發(fā)病數(shù)的1/4以上[3]。神經(jīng)膠質(zhì)瘤是成年人中最常見(jiàn)的原發(fā)性腦部腫瘤類(lèi)型。世界衛(wèi)生組織（world health organization，WHO）根據(jù)病理結(jié)果將多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（glioblastoma multiforme，GBM）分為Ⅰ～Ⅳ級(jí)[1]。其中，Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)為低級(jí)別膠質(zhì)瘤，Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)為高級(jí)別膠質(zhì)瘤。級(jí)別越高，惡性程度越高，預(yù)后越差。

手術(shù)切除通常是腦部腫瘤患者首選治療方案，然而對(duì)于大多數(shù)腦部腫瘤，尤其是GBM，其生長(zhǎng)在大腦組織內(nèi)部并呈現(xiàn)惡性浸潤(rùn)，因此幾乎不可能進(jìn)行完全的手術(shù)切除，且治療后容易復(fù)發(fā)[4-5]。其他常規(guī)治療手段包括放射療法、化學(xué)療法等也都由于GBM具有的特殊微環(huán)境導(dǎo)致治療效果不佳。例如，放射療法是利用X射線(xiàn)照射損傷癌細(xì)胞DNA進(jìn)而殺傷腫瘤細(xì)胞。盡管高能電子束可以穿透至大腦深處以殺死浸潤(rùn)性癌細(xì)胞，但乏氧的腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment，TME）以及固有的放射抵抗會(huì)削弱療效。此外，放射療法會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的副作用，如放射后白細(xì)胞性腦病、神經(jīng)損傷、脫發(fā)、嘔吐、不孕癥和皮疹等、化療藥物可誘導(dǎo)腦部腫瘤細(xì)胞死亡，其中替莫唑胺（temozolomide，TMZ）在治療惡性膠質(zhì)瘤和其他難以治療的腫瘤方面顯示出巨大的潛力[6-8]。美國(guó)食品和藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）規(guī)定口服TMZ是治療GBM和間變性星形細(xì)胞瘤的標(biāo)準(zhǔn)化療方案[9]。但由于人類(lèi)大腦的高度復(fù)雜性、腫瘤細(xì)胞的高侵襲性、腫瘤異質(zhì)性及血腦屏障（blood brain barrier，BBB）的存在等諸多因素的阻礙，治療藥物無(wú)法有效遞送至腫瘤，導(dǎo)致藥物積累不足甚至獲得性腫瘤耐藥性，這些局限性極大地降低了治療的有效性[10]。

阻礙治療藥物遞送至腦部腫瘤的生理屏障包括BBB、血腦脊液屏障（blood-cerebrospinal fluid barrier，BCSFB）和血腦腫瘤屏障（blood-brain tumor barrier，BBTB）[11-12]。與其他器官不同，大腦受到BBB的保護(hù)，BBB是介于血液和腦組織之間的對(duì)物質(zhì)通過(guò)有選擇性阻礙作用的動(dòng)態(tài)界面，可以保護(hù)CNS免受神經(jīng)毒性物質(zhì)的傷害，從而保持腦組織內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，維持CNS正常生理狀態(tài)，但同時(shí)也會(huì)阻礙治療藥物進(jìn)入病灶[10]。BCSFB由緊密結(jié)合的脈絡(luò)膜上皮細(xì)胞組成，可限制顆粒滲透到腦實(shí)質(zhì)的組織液中[13]。BBTB主要由腦部腫瘤毛細(xì)血管構(gòu)成，是運(yùn)輸治療藥物的第3個(gè)屏障[1,14-15]。多年來(lái)，研究人員一直致力于將治療藥物有效輸送到腫瘤部位，減少正常腦組織和外周組織中不必要的藥物積累?；诩{米材料的遞送系統(tǒng)的出現(xiàn)為腦部腫瘤的治療提供了新的思路[16]。與傳統(tǒng)治療方案相比，納米藥物具有生物相容性良好、可負(fù)載多種藥物、靶向特定的細(xì)胞或組織、控制藥物釋放甚至可通過(guò)BBB等優(yōu)勢(shì)，因此在腦部腫瘤治療中納米藥物具有極大潛力[17]。本文將重點(diǎn)討論可穿越BBB納米藥物在腦部腫瘤治療中的最新進(jìn)展（見(jiàn)圖1），探討納米藥物在腦部腫瘤治療中的重要成果以及合理設(shè)計(jì)，旨在為抗腦部腫瘤納米藥物的開(kāi)發(fā)提供參考。

圖1 納米藥物跨越血腦屏障機(jī)制及其用于腦部腫瘤治療的應(yīng)用示意圖Figure 1 Schematic illustration of major pathways of nanomedicine to cross BBB and the applications of nanomedicine in brain tumor treatment

2 腦部腫瘤治療新策略

隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)BBB有了更加深入的了解。研究表明，某些生物、化學(xué)和物理刺激可改變BBB的通透性[18]。生物刺激主要包括炎癥調(diào)節(jié)劑和血管活性介質(zhì)，如緩激肽、組胺和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子等，該類(lèi)物質(zhì)可作用于相關(guān)受體從而提高BBB的通透性[19-22]。病毒可通過(guò)上調(diào)趨化因子以打開(kāi)BBB使免疫細(xì)胞得以浸潤(rùn)到腦部[23]?；瘜W(xué)刺激包括高濃度的阿拉伯糖及甘露醇溶液等，這類(lèi)物質(zhì)通過(guò)收縮內(nèi)皮細(xì)胞使得BBB的通透性增加，允許小于30 nm的分子可透過(guò)內(nèi)皮細(xì)胞之間的縫隙到達(dá)腦內(nèi)。相比于以上3種刺激方式，聚焦超聲、微波、激光和磁場(chǎng)等物理刺激被認(rèn)為是更安全的策略。物理刺激通過(guò)機(jī)械力或熱效應(yīng)擴(kuò)大腦部毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞之間的間隙[24-25]，從而打開(kāi)BBB。雖然破壞BBB可以提高治療藥物的腦部積累，但是被破壞的BBB同樣可允許毒素向大腦滲透，導(dǎo)致神經(jīng)元功能障礙。因此，理想的BBB破壞方法應(yīng)該具有可控性、短暫性、可逆性、特異性和選擇性。

2.1 納米藥物用于克服血腦屏障增強(qiáng)藥物遞送效率

隨著納米技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)腦部腫瘤組織以及TME特點(diǎn)，科研人員已設(shè)計(jì)出多種類(lèi)型納米藥物用于遞送抗腦部腫瘤藥物，如聚合物納米粒、膠束、脂質(zhì)體及無(wú)機(jī)納米粒。納米藥物主要通過(guò)載體介導(dǎo)的轉(zhuǎn)胞吞（carrier-mediated transport，CMT）、受體介導(dǎo)的轉(zhuǎn)胞吞（receptor-mediated transport，RMT）、吸附介導(dǎo)的轉(zhuǎn)胞吞（adsorption mediated transport，AMT）及細(xì)胞介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)克服BBB，從而將治療藥物遞送至病灶部位進(jìn)行有效治療。此外，作為治療CNS疾病的藥物遞送載體，外泌體療法受到了廣泛的關(guān)注。外泌體是人體細(xì)胞分泌的天然納米顆粒，作為機(jī)體的細(xì)胞間通訊系統(tǒng)，外泌體可促進(jìn)細(xì)胞間多種分子的轉(zhuǎn)移，在臨床研究中展現(xiàn)出良好的耐受性，Wang等[26]構(gòu)建了響應(yīng)膠質(zhì)瘤炎癥微環(huán)境的中性粒細(xì)胞外泌體載藥系統(tǒng)，提高了跨越BBB藥物遞送與腫瘤靶向殺傷效率，為CNS非侵入式靶向藥物遞送提供了新策略。

CMT是體內(nèi)必要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入腦部的主要途徑。例如，葡萄糖和谷胱甘肽可以與細(xì)胞膜一側(cè)的蛋白質(zhì)載體結(jié)合，使其構(gòu)象改變從而協(xié)助營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)。目前報(bào)道的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白包括葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（glucose transporter-1，GLUT1）[27]、膽堿蛋白[28-29]和大型中性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（recombinant large neutral amino acid transporter 1，LAT1）[30]等，利用這些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白設(shè)計(jì)用于治療GBM的納米遞送系統(tǒng)極具潛力。GLUT1主要用于將葡萄糖從血液轉(zhuǎn)運(yùn)到大腦，基于這一機(jī)制，Anraku等[31]提出了一種通過(guò)血糖變化控制糖基化納米載體穿越BBB的策略。研究人員設(shè)計(jì)了一種葡萄糖修飾的聚合物膠束用以識(shí)別大鼠腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞（brain microvascular endothelial cells，BMEC）表面的GLUT1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，大鼠禁食后的血糖升高可有效促使上述聚合物膠束跨越BBB，并且通過(guò)控制聚合物膠束上的葡萄糖密度可以調(diào)控膠束在腦部的行為。除了葡萄糖，甘露糖等其他葡萄糖類(lèi)似物也能靶向GLUT1，甚至具有更高的親和力。

RMT具有高特異性、選擇性和親和性，在體內(nèi)用于轉(zhuǎn)運(yùn)內(nèi)源性大分子，被認(rèn)為是針對(duì)腦部靶向輸送藥物的最成熟的策略之一。由于腦毛細(xì)血管內(nèi)皮上可表達(dá)低密度脂蛋白受體（low-density lipoprotein receptor，LDLR）、 轉(zhuǎn) 鐵 蛋 白 受 體（transferrin receptor，TfR）、胰島素受體、乳鐵蛋白受體、谷胱甘肽受體和清道夫受體等多種受體，設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)配體修飾的納米藥物可促進(jìn)受體介導(dǎo)的跨越BBB藥物遞送。Luo等[32]設(shè)計(jì)了一種基于二硫鍵開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)鐵蛋白（transferrin，Tf）納米粒，該納米?？煽缭紹BB在小鼠腦部積累，使得腦部藥物積累達(dá)到6.9%；由于其對(duì)阿霉素（doxorubicin，Dox）的高效負(fù)載，此納米粒對(duì)GBM具有明顯的抑制作用。

乙酰膽堿是必需的神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)調(diào)節(jié)劑，可通過(guò)神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛表達(dá)的煙堿型乙酰膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（nicotinic acetylcholine receptors，nAChRs）實(shí)現(xiàn)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)，因此可以利用nAChRs來(lái)設(shè)計(jì)可跨越BBB的顱內(nèi)藥物遞送系統(tǒng)。Han等[33]設(shè)計(jì)了表面具有乙酰膽堿類(lèi)似物的納米膠囊，并在囊體內(nèi)包封尼妥珠單抗（nimotuzumab，Nimo）和曲妥珠單抗（trastuzumab，Tras），由于乙酰膽堿類(lèi)似物的存在，該納米膠囊可以跨越BBB并將單克隆抗體遞送至腫瘤部位，顯著延長(zhǎng)了小鼠的生存時(shí)間（見(jiàn)圖2）。

圖2 用于抑制腦部腫瘤的單克隆抗體納米膠囊的設(shè)計(jì)和合成示意圖[33]Figure 2 Schematic illustration of the design and synthesis of mAb nanocapsules for brain tumor suppression

AMT是通過(guò)在生理?xiàng)l件下使帶正電荷的物質(zhì)與大腦內(nèi)皮細(xì)胞上帶負(fù)電荷的細(xì)胞膜表面區(qū)域發(fā)生靜電相互作用來(lái)跨越BBB[34]。與CMT和RMT相比，AMT是非特異性并且親和力較低，但轉(zhuǎn)運(yùn)能力較強(qiáng)，其飽和濃度是RMT的3倍以上[34]。Lu等[35]證明陽(yáng)離子化牛血清白蛋白（bovine serum albumin，BSA）修飾的poly(ethylene glycol)-polylactic acid(PEG-PLA) 納米粒的BBB滲透能力是BSA修飾納米粒的7.6倍，具有向CNS遞送藥物的潛力。正電性的物質(zhì)更易于被大腦吸收，但同時(shí)也會(huì)增加腎臟和肝臟的攝取及血漿清除率，影響其血液循環(huán)能力[36]。細(xì)胞穿透肽（cell penetrating peptide，CPP）是一類(lèi)兩親性陽(yáng)離子多肽，基于CPP的遞送系統(tǒng)可以通過(guò)AMT途徑跨越BBB，同時(shí)遞送包括肽/蛋白質(zhì)、DNA/寡核苷酸、抗體、顯像劑等多種藥物。CPP源于天然蛋白，包括轉(zhuǎn)錄反式激活因子（transactivator of transcription，TAT）、滲透蛋白等，其中TAT最為常用[37]。Wang等[38]利用TAT負(fù)載質(zhì)粒DNA,在3種腦細(xì)胞中均表現(xiàn)出優(yōu)異的基因轉(zhuǎn)染效果，并在體外模型中表現(xiàn)出良好的跨越BBB能力，最終在斑馬魚(yú)的腦部實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)基因的表達(dá)。

間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells，MSC）是一類(lèi)具有自我更新和追蹤腫瘤細(xì)胞能力的干細(xì)胞，可通過(guò)遞送多種治療性蛋白、多肽或溶瘤腺病毒等用于抗GBM化療、免疫治療和溶瘤病毒治療[39]。然而，賦予干細(xì)胞多種功能以診斷和治療疾病是一項(xiàng)十分具有挑戰(zhàn)性的工作。近年來(lái)，研究人員通過(guò)細(xì)胞內(nèi)在化或表面修飾的方法對(duì)MSC進(jìn)行功能改造。Wu等[40]設(shè)計(jì)了一種雙功能持久發(fā)光納米復(fù)合材料，在追蹤MSC的同時(shí)通過(guò)TRAIL基因療法誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡。利用該復(fù)合材料構(gòu)建的MSC在體內(nèi)和體外驗(yàn)證中均可有效地遷移至膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞，該策略是一個(gè)有前景的腦部腫瘤診療平臺(tái)。中性粒細(xì)胞（neutrophil，NE）是免疫細(xì)胞中種類(lèi)最豐富的細(xì)胞，可以沿趨化因子濃度梯度被募集到炎癥、損傷或腫瘤部位，通過(guò)吞噬清除病原體[41]。NE自身具有穿越BBB并浸潤(rùn)腫瘤的能力[42]，可以利用該特性將藥物或顯像劑遞送到大腦，這對(duì)腦部腫瘤的治療，尤其是手術(shù)后復(fù)發(fā)的腫瘤治療大有裨益。Xue等[43]證明高濃度的炎癥因子可以募集NE進(jìn)入有炎性的大腦，將負(fù)載紫杉醇（paclitaxel，PTX）的脂質(zhì)體整合到NE中后可有效提高藥物的腦部積累，抑制手術(shù)后GBM的復(fù)發(fā)。

2.2 可克服血腦屏障的納米藥物設(shè)計(jì)策略

納米藥物遞送進(jìn)入CNS的效率受多種因素影響，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)對(duì)納米粒的大小、形狀、配體密度、親脂性和表面化學(xué)修飾等方面設(shè)計(jì)優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)其在腦部的有效積累并提高治療效果。

粒徑大小是影響納米藥物在體內(nèi)的生物分布、藥代動(dòng)力學(xué)及藥物積累和滲透到腦部的重要參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，粒徑在30 ～ 100 nm的納米藥物更適用于腦部腫瘤遞送。Cai等[44]研發(fā)出可調(diào)尺寸且能聚集誘導(dǎo)發(fā)光的紅色熒光團(tuán)納米粒，用于BBB損傷的評(píng)估。該實(shí)驗(yàn)中研究人員把合成的四苯乙烯-富馬腈加入到具有聚集誘變發(fā)光特性的熒光團(tuán)（AIEgen）使之變成紅色，并將熒光團(tuán)納米粒制成10、30和60 nm 3組，BBB損傷模型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在大腦的不同位置均可檢測(cè)到BBB的損傷，達(dá)到了預(yù)期的目的。近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)納米粒的形狀在血液循環(huán)動(dòng)力學(xué)和在與受體相互作用中有著重要影響。Chaturbedy等[45]合成了多種不同形狀的氧化鐵納米粒，包括球狀、紡錘狀、雙凹狀和管狀，隨后在其表面包裹葡萄糖以提高其跨越BBB的能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雙凹狀和管狀納米?？煞謩e實(shí)現(xiàn)對(duì)腦細(xì)胞中細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)特異性靶向，實(shí)現(xiàn)了藥物向不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)遞送。此外，納米粒上修飾配體的密度在腦部遞送中起著至關(guān)重要的作用。實(shí)驗(yàn)表明，20 ～ 30個(gè)Tf分子修飾的金納米粒（45或80 nm）可有效地與BMEC表面上的TfR-1相互作用并穿越BBB進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)，而經(jīng)100 ～ 200個(gè)Tf分子修飾的金納米粒仍緊密地附著在BBB的單側(cè)，無(wú)法有效地進(jìn)入腦部[46]。納米粒的表面化學(xué)性質(zhì)也會(huì)影響其跨越BBB。研究證明，PEG包被的納米粒能夠顯著減少非特異性蛋白的吸附并降低網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的吸收，從而延長(zhǎng)循環(huán)時(shí)間，有助于跨越BBB[47]。然而，跨越了BBB后，異質(zhì)性腦部腫瘤微環(huán)境的存在同樣是向腦部有效遞送藥物的主要障礙，所以研究納米粒的表面化學(xué)性質(zhì)對(duì)其在腦部腫瘤中的擴(kuò)散和分布的影響至關(guān)重要。Song等[48]合成了不同表面化學(xué)性質(zhì)的聚乳酸納米粒，通過(guò)對(duì)流增強(qiáng)的方式給藥來(lái)探究其在腦部的取向分布。在聚乳酸、聚乳酸-聚乙二醇、聚乳酸-超支化丙三醇、聚乳酸-超支化丙三醇-醛這4個(gè)實(shí)驗(yàn)組中，聚乳酸-超支化丙三醇顯示出更好的隱身效應(yīng)以減少吞噬細(xì)胞的識(shí)別，而聚乳酸-超支化丙三醇-醛具有較好的腦部腫瘤靶向和細(xì)胞攝取能力。這些結(jié)果證明了通過(guò)調(diào)整納米粒表面化學(xué)特性可實(shí)現(xiàn)對(duì)某些細(xì)胞類(lèi)型進(jìn)行靶向遞送并行使特定功能，從而可為作用于特定細(xì)胞的治療分子選擇不同的納米載體。

3 納米藥物用于腦部腫瘤治療策略

3.1 與化療相結(jié)合的納米藥物治療策略

目前腦部腫瘤的標(biāo)準(zhǔn)治療方法包括手術(shù)切除，輔以放療和化療。由于傳統(tǒng)化療藥物對(duì)腫瘤的靶向性差，體內(nèi)循環(huán)時(shí)間短，穿透組織的能力低，治療指數(shù)低，因此治療腫瘤的療效有限[49]。納米載體的使用可以提高腫瘤靶向性，延長(zhǎng)循環(huán)時(shí)間，并實(shí)現(xiàn)針對(duì)腫瘤細(xì)胞的藥物控釋?zhuān)蛇M(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)腦部腫瘤的特異性和有效性，使那些因致全身毒性而被放棄使用的藥物得以有效利用。TMZ是神經(jīng)膠質(zhì)瘤全身化療的一線(xiàn)藥物。Tan等[50]以陽(yáng)離子脂質(zhì)體封裝TMZ開(kāi)發(fā)了一種雙靶向納米藥物，其脂質(zhì)體表面修飾抗轉(zhuǎn)鐵蛋白受體單鏈抗體片段，除具有靶向性外，還可協(xié)助納米?？缭紹BB。該納米藥物可在膠質(zhì)瘤中積累，并在腫瘤微環(huán)境的刺激下釋放TMZ和O2，進(jìn)而抑制原位膠質(zhì)瘤的生長(zhǎng)并緩解腫瘤乏氧，降低膠質(zhì)瘤的耐藥性，有效提高了治療效果。

PTX是一種抗惡性膠質(zhì)瘤和腫瘤轉(zhuǎn)移的活性成分[51]，但單獨(dú)使用PTX會(huì)造成嚴(yán)重的副作用，且大腦中存在的p-糖蛋白外排泵也會(huì)阻止PTX發(fā)揮療效[52]。為了提高PTX的抗膠質(zhì)瘤療效，Guo等[53]開(kāi)發(fā)了一種能夠靶向腫瘤細(xì)胞及血管內(nèi)皮細(xì)胞的納米系統(tǒng)，該納米系統(tǒng)通過(guò)將可靶向核蛋白的核酸適配體AS1411修飾在聚乳酸-羥基乙酸共聚 物-聚 乙 二 醇 [poly(D，L-lactic-co-glycolic acid)-poly(ethylene glycol)，PLGA-PEG]表面形成適配體功能化PTX納米顆粒（aptamer-functionalized PTX-loaded nanoparticle，Ap-PTX-NP）。 與 PTX-NP和游離PTX相比，Ap-PTX-NP延長(zhǎng)了體內(nèi)循環(huán)時(shí)間，增強(qiáng)了PTX在腫瘤部位的聚集，最終提高了腫瘤抑制能力，延長(zhǎng)了C6顱內(nèi)膠質(zhì)瘤大鼠的生存期。這一結(jié)果證明了遞送PTX的功能化納米粒在治療膠質(zhì)瘤方面的潛在應(yīng)用價(jià)值。

蒽環(huán)類(lèi)抗腫瘤藥物品種繁多，以Dox為代表。由于Dox難以通過(guò)BBB，采用瘤內(nèi)注射方式治療膠質(zhì)瘤，導(dǎo)致患者用藥順應(yīng)性差，且存在較大風(fēng)險(xiǎn)，故研制一種具有膠質(zhì)瘤靶向的給藥系統(tǒng)對(duì)于膠質(zhì)瘤的治療非常必要。通過(guò)將低密度脂蛋白受體靶向肽angiopep-2功能化紅細(xì)胞膜（red blood cell membrane，RBCm）包覆在由聚合物、Dox和lexiscan（Lex）構(gòu)成的pH敏感的納米粒表面，從而制備出一種新型多功能仿生納米藥物Ang-RBCm@NM-(Dox/Lex)（見(jiàn)圖3）。對(duì)U87人膠質(zhì)母細(xì)胞瘤荷瘤裸鼠進(jìn)行抑瘤實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明Ang-RBCm@NM-(Dox/Lex)納米藥物能顯著改善血液循環(huán)時(shí)間，具有卓越的BBB穿透能力，可實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的有效抑制，提高存活時(shí)間。提示該仿生納米平臺(tái)可作為一種靈活而強(qiáng)大的GBM治療系統(tǒng)，并可適用于其他CNS疾病的治療[54]。

3.2 與基因治療相結(jié)合的納米藥物治療策略

基因治療作為一種治療腦部腫瘤的新方式，已被廣泛關(guān)注，然而如何實(shí)現(xiàn)高效、安全的基因遞送并有效表達(dá)依然是基因治療發(fā)展面臨的瓶頸。選擇合適的載體可改善神經(jīng)膠質(zhì)瘤基因治療的效果。其中，病毒性載體是最有效的基因遞送方法，但其安全性低、DNA裝載量有限、載體組裝難度大、花費(fèi)高等缺點(diǎn)使其應(yīng)用受到限制。非病毒性載體相對(duì)安全，但轉(zhuǎn)染效率很低[55]。因此如何提高載體的遞送能力和安全性是今后研究的方向和熱點(diǎn)。納米材料作為基因遞送載體具有低免疫原性、高容量、高轉(zhuǎn)染效率、易生產(chǎn)和費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。筆者所在課題組開(kāi)發(fā)了一種納米核糖核蛋白復(fù)合物（nano ribonucleoprotein，nanoRNP），其由簇狀規(guī)則間隔的短回文重復(fù)序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats，CRISPR）/CRISPR 相 關(guān)蛋白9（Cas9）、小向?qū)NA（small guide RNA，sgRNA）的組合以及合理設(shè)計(jì)的pH響應(yīng)性聚合物組成[56]。NanoRNP具有較高的血液循環(huán)穩(wěn)定性、更好的腫瘤富集能力，可以通過(guò)攜帶sgRNA的組合有效地克服腫瘤異質(zhì)性，并最終在腫瘤細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)高效的基因編輯。Wang等[57]合成了支鏈聚乙烯亞胺（polyethyleneimine，PEI）和可生物降解聚（2-二異丙基氨基/2-巰基乙胺）乙基天冬氨酸[poly(2-diisopropylamino/2-mercaptoethylamine) ethyl aspartate，PAsp(DIP/MEA)]二嵌段共聚物[PEIPAsp(DIP/MEA)]，并組裝成納米囊泡，將含胞嘧啶脫氨酶（cytosine deaminase，CD）基因的重組表達(dá)質(zhì)粒和5-氟胞嘧啶（5-fluorocytosine，5-FC）共同遞送到膠質(zhì)瘤細(xì)胞中。該納米囊泡是一種兼具pH敏感性和還原敏感性的多功能納米囊泡載體，在適當(dāng)?shù)牧胶捅砻骐姾煽刂茥l件下，該納米囊泡對(duì)藥物和基因具有較高的共傳遞效率。通過(guò)有效的CD基因轉(zhuǎn)染和表達(dá)，胞嘧啶脫氨酶將前藥5-FC轉(zhuǎn)化為有毒的活性代謝物5-氟尿嘧啶，5-FC可以穿過(guò)BBB到達(dá)腫瘤部位并破壞RNA和DNA合成，從而有效抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)。

微小核糖核酸（microRNA，miRNA）通過(guò)與互補(bǔ)的mRNA分子結(jié)合或沉默來(lái)調(diào)控基因表達(dá)。miRNA表達(dá)譜可影響膠質(zhì)瘤的發(fā)生、生長(zhǎng)、增殖、凋亡和抗癌基因轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控。因此，miRNA作為一種很有前途的治療惡性膠質(zhì)瘤的工具，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。miR-21在GBM過(guò)表達(dá)，并造成預(yù)后不良[58-60]。抑制miR-21可破壞GBM細(xì)胞的遷移能力，誘導(dǎo)凋亡，并阻止腫瘤的發(fā)展[61-62]。Seo等[63]開(kāi)發(fā)了2種納米藥物配方，用于2種具有不同生化性質(zhì)的miR-21抑制劑的遞送：其一是利用新型陽(yáng)離子聚合物poly(amine-co-esters)（PACE）遞送反義寡核苷酸anti-miR-21，在納米粒表面加入載脂蛋白E（apolipoprotein E，ApoE）來(lái)提高納米粒的穩(wěn)定性并改善其顱內(nèi)分布；其二是由肽核酸（peptide nucleic acids，PNA）組成的anti-miR-21以及聚乳酸和超支化聚甘油的嵌段共聚物構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這2種納米粒均實(shí)現(xiàn)了對(duì)2種不同的miR-21抑制劑的局部有效遞送，可對(duì)大鼠顱內(nèi)腫瘤有效抑制并延長(zhǎng)了生存期。

此外，表達(dá)下調(diào)的miRNA也與GBM的發(fā)生、發(fā)展有關(guān)。在GBM細(xì)胞中，miR-34a呈低表達(dá)狀態(tài)，失去抑制腦部腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)的能力[64]。Shatsberg等[65]設(shè)計(jì)了一種基于聚甘油支架的聚合納米凝膠（nanogel，NG），作為miR-34a遞送的新策略。經(jīng)NG-miR-34a納米多聚物處理后，GBM細(xì)胞中miR-34a靶基因顯著下調(diào)，而這些靶基因在調(diào)控細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期阻滯中起關(guān)鍵作用，并誘導(dǎo)抑制細(xì)胞增殖和遷移。與NG陰性對(duì)照miRNA和生理鹽水相比，NG-miR-34a對(duì)小鼠的腫瘤生長(zhǎng)有顯著抑制作用。miR-135a通過(guò)同時(shí)靶向多個(gè)基因（STAT6，SMAD5，BMPR2）選擇性誘導(dǎo)GBM細(xì)胞凋亡，但在正常神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞中未發(fā)現(xiàn)這種作用現(xiàn)象。Liang等[66]制備了一種基于聚乙二醇甲基醚和超支化聚乙烯亞胺的新型納米載體，將miR-135a分子包埋于這種新型納米載體，可顯著增強(qiáng)miRNA的穩(wěn)定性，并可獲得較高的miRNA轉(zhuǎn)導(dǎo)效率和有效的生物活性。

3.3 與免疫治療相結(jié)合的納米藥物治療策略

癌癥免疫療法是通過(guò)激活患者自身免疫系統(tǒng)來(lái)對(duì)抗腫瘤，是一種極具潛力的新型癌癥治療方法[67]。癌癥免疫療法主要包括癌癥疫苗療法、過(guò)繼細(xì)胞療法、免疫檢查點(diǎn)抑制劑療法等策略[68]。其中癌癥疫苗是通過(guò)提供腫瘤相關(guān)抗原或佐劑來(lái)增強(qiáng)腫瘤特異性T細(xì)胞活性，從而提高抗腫瘤免疫響應(yīng)[69]。目前，針對(duì)晚期黑色素瘤和神經(jīng)膠質(zhì)瘤的一種基于新生抗原的疫苗在初步臨床試驗(yàn)中取得了良好的效果[70]。但是，當(dāng)前采用的新生抗原遞送方法，例如直接注射與佐劑（如油乳劑）混合的新生抗原肽，通常會(huì)導(dǎo)致其在注射部位產(chǎn)生沉淀，積聚并產(chǎn)生炎癥，減少淋巴引流，進(jìn)而導(dǎo)致免疫耐受[71]。因此，需要新的策略來(lái)改善新生抗原和佐劑分子向淋巴組織中抗原提呈細(xì)胞（antigen-presenting cell， APC）的遞送效率，以實(shí)現(xiàn)有效的抗腫瘤免疫。Scheetz等[72]開(kāi)發(fā)了一種基于合成的高密度脂蛋白（synthetic highdensity lipoprotein，sHDL）并裝載了胞核嘧啶鳥(niǎo)嘌呤（cytosine guanine，CpG）以及腫瘤特異性新生抗原的免疫治療載體，用于靶向GBM并誘導(dǎo)免疫介導(dǎo)的腫瘤消退。研究表明，新生抗原肽sHDL/CpG與抗程序性死亡蛋白配體1（programmed cell death ligand 1，PD-L1）單抗聯(lián)合接種可誘導(dǎo)特異性T細(xì)胞反應(yīng)，致使33%的小鼠原位GL261膠質(zhì)瘤消退，并實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期生存和免疫記憶。

免疫檢查點(diǎn)是免疫系統(tǒng)刺激或抑制系統(tǒng)功能的關(guān)鍵調(diào)節(jié)器，免疫檢查點(diǎn)療法可以阻斷抑制性檢查點(diǎn)，從而有效恢復(fù)T細(xì)胞功能，2種抑制性免疫檢查點(diǎn)即細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞抗原4（cytotoxic T lymphocyte-associated antigen 4，CTLA-4）和程序化細(xì)胞死亡蛋白1（programmed cell death protein 1，PD-1）均受到高度關(guān)注，在臨床實(shí)踐中成為藥物的靶點(diǎn)[73-74]。腫瘤細(xì)胞表面的PD-L1可與淋巴細(xì)胞膜上PD-1結(jié)合，抑制T細(xì)胞的活化，并分泌免疫抑制分子，抑制T細(xì)胞的激活，從而抑制抗腫瘤免疫反應(yīng)[75]。PD-L1存在于不同的GBM亞型中，其高表達(dá)與不良預(yù)后相關(guān)[73]。因此，阻斷PD-L1和PD-1之間的相互作用可能是逆轉(zhuǎn)腦部腫瘤中局部免疫抑制的有效策略。Ruan等[76]提出了一種基于功能性金納米粒（gold nanoparticles，AuNPs）的聯(lián)合治療方案，該方案集化療、抑制自噬和封鎖PD-L1免疫檢查點(diǎn)于一體。具體來(lái)說(shuō)是將Dox和自噬抑制劑羥基氯喹（hydroxychloroquine，HCQ）共同負(fù)載在豆莢蛋白酶響應(yīng)的可聚集金納米粒（D&H-AA&C）上，一方面D&H-AA&C能夠在給藥后增強(qiáng)Dox和HCQ在GBM部位的蓄積量，通過(guò)HCQ能抑制Dox誘導(dǎo)的自噬，破壞細(xì)胞保護(hù)性的自噬流，從而解除GBM細(xì)胞對(duì)于Dox的耐藥性；另一方面，腹腔注射的PD-L1單抗能夠阻斷免疫抑制通路，提高抗GBM的免疫原性，抑制免疫抑制因子的分泌以及免疫抑制細(xì)胞的分化。體內(nèi)研究結(jié)果表明，該治療方案進(jìn)一步增強(qiáng)了小鼠GBM的治療效果，同時(shí)提高了免疫記憶原性，有效地降低GBM復(fù)發(fā)的可能性。該策略的有效性為設(shè)計(jì)更為有效、更加個(gè)性化的GBM聯(lián)合治療方案打開(kāi)了思路。

利用適應(yīng)性免疫的癌癥免疫療法通常在實(shí)體瘤腫塊和GBM等侵襲性癌癥中表現(xiàn)不佳，這主要是由于無(wú)法克服免疫抑制TME[77]。為了建立更強(qiáng)大的抗腫瘤免疫應(yīng)答，Bielecki等[78]設(shè)計(jì)了一種免疫刺激性介孔二氧化硅納米粒（immuno-MSN），可將干擾素基因（STING）激動(dòng)劑系統(tǒng)性地遞送至腦部腫瘤TME中并被APC攝取，以逆轉(zhuǎn)免疫抑制。經(jīng)系統(tǒng)給藥后，有效利用微脈管系統(tǒng)，immuno-MSN可有效富集在腦部腫瘤富含APC的血管周?chē)鷧^(qū)域從而被有效攝取，并將巨噬細(xì)胞募集到腦部腫瘤TME，提升循環(huán)CD8+T細(xì)胞活性并延緩腫瘤的生長(zhǎng)，提高治療效果。Immuno-MSN通過(guò)增強(qiáng)先天免疫以獲得更強(qiáng)大的抗腫瘤免疫反應(yīng)來(lái)解決癌癥免疫治療中的局限性。

3.4 聯(lián)合治療策略

近年來(lái)，癌癥的治療方案逐漸從單一治療模式發(fā)展為聯(lián)合治療模式，例如化學(xué)-基因聯(lián)合治療、化學(xué)-光療聯(lián)合治療、免疫-放療聯(lián)合治療等[79]?？赏ㄟ^(guò)物理吸附和化學(xué)作用力將多種類(lèi)型的治療藥物組裝到一個(gè)納米結(jié)構(gòu)中，可實(shí)現(xiàn)在較低給藥濃度下獲得較好的抗癌效果。在GBM干細(xì)胞中，單獨(dú)給予miR-21抑制劑或TMZ均不能誘導(dǎo)GBM細(xì)胞凋亡，而聯(lián)合使用miR-21抑制劑與TMZ可顯著増強(qiáng)GBM細(xì)胞凋亡，表明聯(lián)合療法可能是針對(duì)GBM的有效治療策略[80]。Sukumar等[81]開(kāi)發(fā)了一種新型的多功能金-鐵氧化物納米粒（polyfunctional goldiron oxide nanoparticle，polyGION），在納米粒表面修飾環(huán)糊精-殼聚糖（cyclodextrin-chitosan，CDCS），并通過(guò)靜電相互作用在表面負(fù)載miRNA，再利用CD與金剛烷的主-客體相互作用修飾靶向肽PEG-T7。該納米體系可選擇性靶向和對(duì)抗GBM，并與TMZ協(xié)同提高治療效果。研究表明，作為受體酪氨酸激酶家族成員，表皮生長(zhǎng)因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）、間充質(zhì)-上皮轉(zhuǎn)化因 子（mesenchymal epithelial transforming factor，MET）和主要下游通路[大鼠肉瘤（rat sarcoma，Ras）/絲 裂 原 活 化 蛋 白 激 酶（mitogen-activated protein kinases，MAPKs）/細(xì)胞外信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)激酶（extra cellular signal-regulated kinase，ERK）和 Ras/磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又稱(chēng)Akt）]可觸發(fā)不受控制的細(xì)胞生長(zhǎng)侵襲、血管生成甚至產(chǎn)生耐藥性，進(jìn)而使得臨床化療效果極差。Meng等[82]開(kāi)發(fā)了一種雙功能化腦靶向納米抑制劑——雙多肽-2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰膽堿-納米顆粒（bipeptide-2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholinenanoparticle，BIP-MPC-NP），其可以通過(guò)在馬來(lái)酰亞胺-聚乙二醇-活性酯修飾的聚2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰膽堿納米粒表面偶聯(lián)Inherbin3和cMBP來(lái)同時(shí)緩解EGFR和MET信號(hào)通路之間的串?dāng)_。該納米抑制劑能夠在生理環(huán)境下穩(wěn)定存在，同時(shí)具備高效跨越BBB的能力，此外，該納米抑制劑表面的功能性多肽與GBM表面過(guò)表達(dá)的相關(guān)受體有極強(qiáng)的親和力，并通過(guò)磷酸化p38介導(dǎo)的tristetraprolin基序下調(diào)細(xì)胞周期相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子E2F-1，進(jìn)而達(dá)到多靶點(diǎn)協(xié)同干擾DNA損傷修復(fù)的目的，最終結(jié)合傳統(tǒng)化療藥物TMZ實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤細(xì)胞的高效殺傷。體內(nèi)磁共振成像顯示，注射BIP-MPC-NP和TMZ后，腫瘤生長(zhǎng)受到顯著抑制，小鼠存活時(shí)間延長(zhǎng)。這些結(jié)果證明了這種納米抑制劑用于克服膠質(zhì)瘤TMZ耐藥的可行策略的應(yīng)用前景。

由于腫瘤的異質(zhì)性、免疫抑制TME以及BBB等不利因素的存在，治療藥物向CNS的轉(zhuǎn)運(yùn)受到嚴(yán)重阻礙，導(dǎo)致腦部腫瘤的治療效果十分有限[83]。Kadiyala等[84]開(kāi)發(fā)了負(fù)載有CpG和化療藥物多西他賽（docetaxel，DTX）的一種sHDL納米盤(pán)（DTXs-sHDL-CpG）用于靶向GBM進(jìn)行藥物遞送。研究結(jié)果表明，DTXs-sHDL-CpG納米盤(pán)可有效致使腫瘤消退并引發(fā)抗腫瘤免疫反應(yīng)，且不產(chǎn)生任何明顯的副作用。此外，該策略將DTX-sHDL-CpG與放療進(jìn)行聯(lián)合治療時(shí)發(fā)現(xiàn)80%的GBM消退，且不會(huì)復(fù)發(fā)。由此表明，sHDL納米盤(pán)是一種有效治療GBM的藥物遞送平臺(tái)，與放療聯(lián)合使用可導(dǎo)致腫瘤消退和長(zhǎng)期的免疫記憶，具有很好的臨床轉(zhuǎn)化意義。

表1對(duì)上述提到的用于腦部腫瘤治療的納米藥物設(shè)計(jì)體系以及優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了總結(jié)。

表1 納米藥物用于治療腦部腫瘤的策略概述Table 1 Strategies of nanomedicines for brain tumor therapy

4 結(jié)語(yǔ)與展望

隨著醫(yī)療水平的提高與治療技術(shù)的進(jìn)步，腦部腫瘤的治療在過(guò)去幾年里取得了巨大的突破。然而，BBB的存在以及腦部腫瘤的高度異質(zhì)性導(dǎo)致了腦部腫瘤對(duì)化療藥物不敏感，治療效果不佳。納米遞送系統(tǒng)的出現(xiàn)為腦部腫瘤的治療提供了新的策略，與傳統(tǒng)治療方案不同，納米藥物通過(guò)精確調(diào)節(jié)其大小、形狀以及表面靶向配體以克服BBB來(lái)實(shí)現(xiàn)治療藥物的有效遞送。然而，由于納米藥物的體內(nèi)降解行為及排泄途徑仍不明確，并存在個(gè)體差異與重復(fù)性等問(wèn)題，納米材料在腦部腫瘤的治療中的應(yīng)用研究尚處于早期階段，距離臨床應(yīng)用仍存在一定距離。

盡管納米藥物仍面臨著臨床轉(zhuǎn)化方面的挑戰(zhàn)，但具有高BBB穿透能力和腫瘤選擇性的多功能腦靶向納米藥物的創(chuàng)新發(fā)展仍具有廣闊的前景。納米材料功能結(jié)構(gòu)可控，性質(zhì)可精確調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，使其具有了集成其他治療策略的能力，有助于開(kāi)發(fā)聯(lián)合化療、放療、光動(dòng)力治療以及基因治療的新型腦部腫瘤治療藥物。功能集成化的納米藥物為實(shí)現(xiàn)多靶點(diǎn)協(xié)同治療，提高腦部腫瘤治療效果提供了可行思路。此外，針對(duì)抗腦部腫瘤納米藥物的進(jìn)一步研究，研究人員還應(yīng)注意基礎(chǔ)研究的最新進(jìn)展，并從生物安全的角度考慮，將不具有免疫原性或生物毒性的可生物降解的材料應(yīng)用到抗腦部腫瘤納米藥物的研發(fā)中，并制定統(tǒng)一的制備方法，使獲得的納米藥物更加均勻、穩(wěn)定和可控，以確保臨床療效，為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的腦部腫瘤治療提供保障。