史淑文

（江蘇省徐州醫(yī)藥高等職業(yè)學校，徐州 221116）

一氧化氮（NO）是一種性質較活潑的自由基分子，能夠在細胞間、細胞內傳遞信息，在生物體的生命過程中發(fā)揮了重要的作用，特別是在心血管治療、免疫系統(tǒng)調節(jié)、神經系統(tǒng)治療等領域。除了具有以上的功能外，研究發(fā)現(xiàn)NO還能夠誘導癌細胞的凋亡，但是NO性質不穩(wěn)定、半衰期短，需要將其供體與納米體系相結合形成NO遞送體系，在特定部位釋放出NO，起到抗癌作用。近年來，越來越多的研究者們嘗試將NO氣體治療與傳統(tǒng)腫瘤治療方法相結合，改善了單一治療方案的局限性，發(fā)揮了較好的協(xié)同抗癌效果。

1 協(xié)同放射治療

放療具有穿透力高、定位精確和副作用小的特點，已被廣泛用于無創(chuàng)治療體內深部腫瘤。然而，腫瘤部位的嚴重缺氧降低了放療的效果，因此，人們將視線轉移到了將放射療法和其他腫瘤治療方案相結合上，以提高放射射線對癌細胞的殺傷力。研究者們發(fā)現(xiàn)，NO是一種低氧放射增敏劑，可以有效提高腫瘤治療效果［1-3］。

Fan等［4］設計了一種納米治療體系PEG-USMSs-SNO，其示意圖如圖1所示。該納米治療系統(tǒng)是一種核殼結構，殼表面連接NO供體S-亞硝基硫醇。當藥物富集到腫瘤組織后，用X射線照射可以誘導S-N鍵的斷裂，釋放出NO氣體，按需釋放出的NO氣體增強了氧含量較低的癌細胞對X射線的敏感性。該研究同時開展了斑馬魚和攜帶4T1腫瘤的小鼠活體試驗，均證實X射線觸發(fā)的NO釋放量依賴于X射線的強度，可根據(jù)需求有效調控NO的釋放量，當X射線和釋放出的NO同時作用時，顯示出較好的腫瘤抑制性。這項研究將X射線輻射和NO氣體治療相結合，展示出了NO氣體治療協(xié)同放射療法在治療體內深層缺氧腫瘤中的光明前景。

圖1 NO及X射線輻射損傷DNA的示意圖［4］Fig. 1 Schematic diagram of DNA damage caused by NO and X-ray radiation［4］

2 協(xié)同超聲治療

近年來，超聲波在癌癥治療領域越來越受歡迎。人們不僅可以利用超聲波成像來診斷疾病，還可以利用其穿透性治療癌癥。研究表明，用于診斷治療的超聲波的頻率為0.75～3.00 MHz，其中1.00 MHz和3.00 MHz的超聲頻率使用最為頻繁［5-6］。一般來說，超聲波的穿透深度隨超聲頻率的增加而增加，但是當使用聚焦超聲波時，其穿透深度大大提高。有研究表明，在頻率為1 MHz時，聚焦超聲波的穿透深度可達到10 cm左右，甚至更深［7-8］。目前，超聲治療的技術還在不斷發(fā)展，但關于將超聲治療聯(lián)合NO氣體治療協(xié)同抗癌的研究不多，其中大多研究是基于超聲的無創(chuàng)、非電離、易于控制和高穿透深度的優(yōu)點，將超聲作為可釋放NO納米體系的觸發(fā)源［9-12］。

Zhang等［13］構建了一種超聲響應的NO釋放系統(tǒng)，其在中空介孔二氧化硅納米粒子（HMSN）表面修飾聚乙二醇（PEG）分子和靶向分子，L-精氨酸作為 NO 供體加載到HMSN 的介孔和內腔中。如圖2所示，不同于傳統(tǒng)的激發(fā)源（如光、熱和X射線），1 MHz頻率的聚焦超聲波能輕松穿透組織到達腫瘤部位，激活 Panc-1 腫瘤中的 H2O2，產生更高活性的含氧物質，一旦NO 釋放體系進入腫瘤區(qū)域，這些含氧物質就可以有效地氧化該系統(tǒng)中的L-精氨酸分子，從而產生更多可用于殺死 Panc-1 腫瘤細胞的NO 氣體，增加對腫瘤細胞的殺傷力。在這里，NO對破壞腫瘤組織起主要作用，而在局部目標部位施加的聚焦超聲波能夠穿透組織到達腫瘤細胞，刺激納米體系產生更多的NO氣體，高濃度的NO氣體能有效損傷胰腺癌細胞并使其最終消融。聚焦超聲療法與NO氣體治療的協(xié)同作用增強了抗癌效果。

圖2 超聲響應的NO釋放納米體系的結構與治療過程示意圖［13］Fig. 2 Schematic diagram of the structure and the therapy process of ultrasound-responsive NO-releasing nanosystem［13］

3 協(xié)同光熱療法

3.1 光熱治療現(xiàn)狀

光熱療法（photothermal therapy，PTT）是指分子或者納米體系將吸收的光能轉化為熱能用于癌癥治療的一種方法。為了實現(xiàn)腫瘤的徹底消融，通常需要使用大功率激光將腫瘤加熱到50℃以上，但是痛苦的治療程序和嚴重的健康組織損傷限制了其實際應用［14］。另外，研究者們又研究出了一種溫和的光熱治療方法，將腫瘤區(qū)域的溫度控制在相對較低的水平（45℃），并且操作簡單，病人康復快，住院時間短［15］。然而，光照后腫瘤細胞中熱量分布不均勻以及熱損傷不足會導致細胞的自我修復，如果只單獨使用這種溫和的光熱治療，其功效可能不盡如人意。為了改善療效，人們逐漸將目光轉移到將熱消融與其他治療方式相結合的方法［16-18］。高濃度的NO可以直接導致癌細胞的凋亡，因此，基于多模式的協(xié)同抗癌機制，研究者們提出將PTT與NO氣體治療相結合，有助于規(guī)避以上問題并提高治療功效。

3.2 光熱治療結合NO氣體治療

Zhang等［15］報道了一種將PTT與NO氣體治療相結合的抗癌治療方案，并構建了一種納米復合材料（BNN-Bi2S3）。如圖3所示，該納米復合材料的光熱轉換效率為33.7%，這種高的光熱轉化效率使得癌癥部位局部溫度可升高到46℃，而其他正常部位溫度無明顯變化。該方案利用光熱轉化劑提供熱能，結合NO氣體的可控釋放，實現(xiàn)了抗腫瘤功效的增強。

圖3 近紅外光誘導的NO釋放協(xié)同PTT在癌細胞中的治療機制示意圖［15］Fig. 3 Schematic diagram of NO release induced by NIR and synergistic mechanism of NO and PTT in cancer therapy［15］

Guo等［19］報道了一種納米藥物體系，以氮摻雜石墨烯量子點為載體，表面共價連接釕亞硝?；衔铮∟O供體）和線粒體靶向基團。以HeLa癌細胞作為模型，該復合納米體系能夠選擇性富集在腫瘤細胞的線粒體細胞器中，在近紅外光照射下藥物富集區(qū)域溫度升高，并伴隨大量NO氣體的釋放。體外細胞試驗和小鼠體內試驗均證明NO氣體治療協(xié)同PTT療法展現(xiàn)出較強的抗腫瘤性能。

4 協(xié)同活性氧療法

細胞內過量的活性氧（reactive oxygen species，ROS）能誘導細胞凋亡，較高濃度的ROS 則會引起細胞壞死，并且ROS還能夠誘導細胞產生自噬現(xiàn)象，從而導致癌細胞凋亡。NO氣體能夠增強癌細胞對ROS的敏感性，可以與不同的分子（即O2、·OH、H2O2）反應形成各種活性氮氧化物（RNOS），如N2O3或ONOO-，以誘導DNA斷裂并抑制酶的活性，從而導致腫瘤細胞凋亡［20-24］。

Zhu等［25］開發(fā)了一種新型多殼納米粒子（CuS@SiO2-L-Arg@PCM-Ce6，CSLPC），可利用ROS和NO氣體的協(xié)同作用治療腫瘤。如圖4所示，該新型納米粒子用模板法合成，以硫化銅（CuS）為核，多孔二氧化硅（SiO2）納米粒子為殼，水溶性的L-精氨酸NO供體負載在SiO2腔內。為了解決L-精氨酸在循環(huán)中過早釋放的問題，將Ce6預先封裝在一種相變材料（phase-change material，PCM）內，并用該PCM密封孔隙。CuS@SiO2在近紅外光區(qū)域有較高的吸光率，產生的光熱效應導致納米體系解離，從而準確可控地在腫瘤部位釋放L-精氨酸和Ce6。然后使用660 nm激光激活Ce6以產生大量的ROS，氧化L-精氨酸產生NO氣體，殺死癌細胞。在特定部位可控釋放的“聯(lián)動機制”解決了無法將ROS和NO氣體有效地提供給腫瘤部位的難題。NO氣體和ROS的協(xié)同作用還成功地彌補了單一ROS治療在腫瘤低氧微環(huán)境中不良的治療作用。

圖4 熱控制藥物釋放及協(xié)同光動力/氣體治療的CuS@SiO2-L-Arg@PCM-Ce6納米粒子的示意圖［25］Fig. 4 Schematic diagram of the CuS@SiO2-L-Arg@PCM-Ce6 nanoparticles for thermal controlled drug release and synergistic photodynamic/gas therapy［25］

除了利用光照激發(fā)位于腫瘤部位的光敏劑產生ROS，還可以通過增加腫瘤細胞內的過氧化氫（H2O2）含量，利用一系列反應產生ROS，再與NO氣體結合產生高細胞毒性的ONOO-，達到顯著的抗腫瘤效果。例如，Cao等［26］設計了一種自組裝的納米體系，該納米體系以L-精氨酸作為NO供體，腫瘤細胞內過量的H2O2通過二茂鐵（Fc）催化的芬頓（Fenton）反應和哈伯·韋斯（Haber-Weiss）反應產生·O2-，細胞內的NO氣體和·O2-結合產生高細胞毒性的ONOO-。試驗結果證實，這種基于ROS和NO氣體的協(xié)同療法具有顯著的癌細胞抑制作用。

5 協(xié)同化療

5.1 協(xié)同普通化學藥物

大量研究已經證實，癌癥的化學治療效果不佳是由于腫瘤細胞的抗藥性［27-28］。而導致抗藥性的主要原因是腫瘤細胞表面P-糖蛋白（P-glycoprotein）的過表達。P-糖蛋白可以將化療藥物排出到細胞外，使得癌細胞內的藥物含量減少，降低治療效果。因此，多藥耐藥性癌癥治療迫切需要一種能有效抑制P-糖蛋白表達以改善細胞內藥物蓄積的有效方法。

Riganti等［29］提出NO能夠抑制P-糖蛋白和多藥耐藥性相關蛋白在腫瘤細胞上的表達，使得藥物較多地累積在細胞內，從而改善化學藥物對耐藥性癌細胞的治療效果。Kim等［30］和Yoo等［31］報道了通過抑制P-糖蛋白的表達改善癌細胞的耐藥性的研究，證實了NO的這一特性。Chung等［32］組建了一種空心微球，將NO供體［二(氨乙基)-1-羥基-2-羰基-1-三氮烯］和化療藥物伊立替康封裝進該微球內部。將該微球注射到酸性腫瘤組織中后，H+透過空心微球的外殼并與封裝在內的NO供體反應產生NO氣體，改善抗藥性，使得伊立替康藥物在細胞內的積累量超過細胞殺傷閾值，增強了其抗腫瘤活性。因此，這種pH響應性空心微球系統(tǒng)為治療多藥耐藥性的癌癥提供了一種潛在有效的治療方法。

Ding等［33］進一步證明了NO通過抑制P-糖蛋白表達，展現(xiàn)出了更強的與化療藥物的協(xié)同治療效果。該研究報道了一種多肽涂覆的聚多巴胺納米復合物［聚（L-半胱氨酸）-b-聚（L-賴氨酸）-b-聚（環(huán)氧乙烷）］連接S-亞硝基硫醇NO供體和 2，3-二甲基馬來酸酐（DMMA），用作 pH 敏感的多肽層，有獨特的電荷逆轉能力。該納米復合物在生理環(huán)境（pH 7.4）中較穩(wěn)定，通過高滲透長滯留（enhanced permeation and retention，EPR）效應到達腫瘤細胞環(huán)境（pH 6.8）后，納米復合物表面的負電荷轉換為正電荷，使得藥物遞送和細胞攝取能力增強。在近紅外光的輻射下，釋放出的高濃度NO氣體抑制P-糖蛋白表達，減少藥物流出，從而使化療藥物阿霉素（doxorubicin，DOX）起作用。研究表明，該納米材料能夠完全根除MCF-7/ADR腫瘤，為癌癥研究中的聯(lián)合治療提供了有效的策略。

5.2 協(xié)同鉑類藥物

鉑（Pt）類藥物也是一類重要的癌癥治療藥物，如順鉑、卡鉑和奧沙利鉑。二價鉑的藥物對機體有嚴重的毒副作用，因此，開發(fā)出相對惰性的四價鉑前體藥物是非常必要的。四價鉑前體藥物本身沒有毒性，但進入腫瘤細胞后，細胞中的還原性物質將其還原為二價鉑藥物，針對性的對抗癌細胞，有效降低了二價鉑對身體其他部位的損害［34-38］。

研究者們已經證明，NO氣體可以增強鉑類藥物對人類癌細胞的細胞毒性［39］，NO氣體和鉑類藥物聯(lián)合會產生積極的協(xié)同抗癌作用［40-42］。Pramanick等［43］通過將光響應的硝基苯與光不穩(wěn)定的聚合物膠束組合，設計了一種光觸發(fā)NO釋放的鉑前體藥物（圖5）。膠束進入到細胞內后，紫外光照射促進硝基苯解離釋放出NO氣體，減輕癌細胞的耐藥性，同時，光不穩(wěn)定的疏水基團從膠束中裂解出來，NO供體的親水性增強，從而導致鉑 (IV) 前體藥物的快速釋放。鉑（IV）前體藥物和NO氣體治療的協(xié)同治療策略產生了增強的抗癌作用。

圖5 光觸發(fā)釋放NO的鉑（IV）前體藥物［43］Fig. 5 Schematic diagram of the photoactivated NO-releasing Pt (IV) prodrugs［43］

6 多模式協(xié)同

除了將單一模式的腫瘤治療方案與NO氣體治療相結合，也有研究者嘗試將NO氣體治療與多種模式結合，以求達到更好的治療效果［44-45］。Shi等［46］報道了一種納米體系，該納米體系以量子點為載體，共價結合了金屬NO供體、四價鉑前體藥物和葉酸分子，將NO氣體與PTT、鉑類藥物結合實現(xiàn)三模式協(xié)同治療。如圖6所示，該納米體系選擇性靶向葉酸受體過表達的腫瘤細胞，在腫瘤細胞的酸性環(huán)境下釋放出二價鉑藥物，對癌細胞產生細胞毒性，同時，808 nm 近紅外光照射導致NO的釋放并伴隨PTT的產生，損傷腫瘤細胞。與只存在單一治療模式的對照藥物對比，該三種治療模式相結合的納米體系表現(xiàn)出更顯著的抗癌功效。

圖6 納米體系（N-GQDs@Ru-NO-Pt@FA）的結構以及NO與鉑類藥物、PTT協(xié)同攻擊癌細胞示意圖［46］Fig. 6 Schematic showing nanosystem (N-GQDs@Ru-NO-Pt@FA), and its synergistic attack on cancer cells through NO, Pt-based drug and PTT［ 46］

7 總結與展望

NO通過破環(huán)細胞內的主要物質來誘導癌細胞的凋亡，NO氣體治療作為一種新興的治療模式，還可以與其他癌癥治療模式結合，起到增強的協(xié)同抗癌效果。放射治療能夠通過X射線的高穿透力和精準定位治療體內深藏的腫瘤，但腫瘤細胞的嚴重缺氧降低了X射線對其的殺傷力，而NO氣體能有效增強缺氧癌細胞對X射線的敏感性［1-4］。傳統(tǒng)的超聲波可以診斷癌癥，還可以穿透組織輔助治療腫瘤，超聲波和NO氣體治療的結合大大增強了抗腫瘤效果［9-13］。光熱治療利用光能轉化成熱能，使腫瘤部位溫度升高消融癌細胞，但是溫度過高會損傷正常人體組織［14］。若采用溫和的熱消融方式又會使癌細胞產生自我修復，因此將溫和的光熱治療與NO氣體治療結合可有效改善治療效果［15-18］。ROS能夠誘導腫瘤細胞壞死，而NO氣體能夠與ROS分子結合增強癌細胞對ROS的敏感性［25-26］。傳統(tǒng)的化學治療會使癌細胞產生耐藥性［27-28］，而NO氣體可通過抑制P-糖蛋白的表達降低耐藥性，增強細胞內的藥物富集，協(xié)同抗癌［29-33］。

因此，將NO氣體治療與其他的腫瘤治療方式結合，組成多模態(tài)的NO釋放納米體系協(xié)同機制是非常有價值和潛力的。然而，盡管有很多文獻報道了這方面的研究，但NO氣體的協(xié)同抗癌治療應用還面臨一些問題和挑戰(zhàn)：1）設計出能夠在特定腫瘤組織可控釋放NO的納米體系，提高納米體系的靶向效率，并研究藥物的有效釋放性能，減少藥物的損耗及對其他組織的副作用；2）增加NO協(xié)同治療模式的機理研究，為協(xié)同抗癌治療提供更多理論依據(jù)。

綜上所述，以長遠的目光來看，研究并不斷改進NO氣體與其他抗癌治療方式的結合來提高腫瘤治療效率將為癌癥的治療起到推動作用。