解強，蔡林秀，張曦，高俊，孔泳

(1.南京中醫(yī)藥大學，南京 210023； 2.常州市中醫(yī)醫(yī)院骨科，江蘇 常州 213003； 3.張曦省名中醫(yī)工作室，江蘇 常州 213003； 4.常州大學石油化工學院，江蘇 常州 213164)

成年期人體骨骼代謝維持動態(tài)平衡，該平衡被打破則會影響骨骼正常代謝，導致骨質(zhì)疏松、轉移性骨腫瘤等疾病。由于骨骼結構無血管及軟骨區(qū)，因此常規(guī)給藥方式難以理想遞送藥物?！肮前邢颉备拍畹奶岢鲋荚谔岣甙屑毎虬衅鞴賹λ幬锏睦枚?，從而減少給藥次數(shù)、降低非靶器官的藥物濃度以及全身不良反應發(fā)生率[1]。藥物遞送系統(tǒng)(drug delivery system，DDS)是一種綜合臨床醫(yī)學、藥學及化工材料科學等多學科領域的給藥方式，通過搭建載藥平臺將藥物精準遞送至靶點位置。DDS的優(yōu)勢在于：①增加藥物的利用效率，提高疏水化合物的溶解度[1]；②克服半衰期短的藥物的治療局限[2]；③限制藥物對非特定組織或細胞的不良反應[3]；④納米級DDS粒徑小可輕易穿透生物屏障(如血-骨髓屏障等)，甚至可以利用腫瘤組織高滲性形成滯留效應[4]。而DDS的缺陷在于缺乏靶向特異性[5]。因此，在構建穩(wěn)定、有效DDS的研究過程中，針對骨相關疾病的特異性主動靶向DDS的開發(fā)顯得尤為重要?，F(xiàn)就骨靶向基團在骨靶向DDS中的研究進展予以綜述。

1 骨中潛在的靶點

骨由有機基質(zhì)、無機基質(zhì)和骨細胞組成，有機基質(zhì)約占干骨總質(zhì)量的30%，其中90%為膠原纖維，其余為糖蛋白、蛋白聚糖和其他蛋白質(zhì)[6]。無機基質(zhì)占干骨總質(zhì)量的65%～70%，由羥基磷灰石構成[7]。而骨細胞、成骨細胞和破骨細胞僅占干骨總質(zhì)量的1%～2%[8]。部分化合物分子可通過結合羥基磷灰石中的鈣而沉積于骨，因此對羥基磷灰石具有特異親和力的化合物均可作為骨靶向基團。

膠原是骨中的主要有機大分子，可作為骨靶向DDS的作用靶點[9]。但膠原蛋白也是骨中最豐富的成分，大量存在于軟骨和結締組織[10]，因此，可與膠原蛋白特異結合的DDS對骨組織均不具有靶向特異性。有機基質(zhì)蛋白(如骨鈣素[11]、骨連接蛋白和骨橋蛋白[9])均具有較高的靶向特異性，但由于其含量較低，骨靶向基團功能化效率隨之降低[12]。有學者選擇唑來膦酸作為骨靶向基團并負載白花丹素制成納米顆粒，成功通過調(diào)控pH實現(xiàn)靶向骨細胞釋放白花丹素，從而抑制成骨細胞生長、誘導破骨細胞活化及骨溶解，進而抑制腫瘤骨轉移[13]。但由于骨細胞嵌入致密的無機基質(zhì)，骨靶向基團無法與骨細胞結合，因此很難被DDS利用。無機基質(zhì)主要由羥基磷灰石組成，是骨組織的主要成分，因此羥基磷灰石可作為骨靶向基團功能化DDS的理想靶點。

2 骨靶向基團的趨骨性

用骨靶向基團修飾DDS達到骨靶向特異性需具備以下因素：①骨靶向基團對骨礦物質(zhì)的親和力較強，且骨靶向基團與DDS的結合過程并不影響骨靶向基團與羥基磷灰石的相互作用；②骨靶向基團-DDS復合物應具有生物低毒性及良好的生物相容性，不影響骨的代謝平衡；③骨靶向基團-DDS復合物不影響所負載藥物的穩(wěn)定性和療效[12]。骨靶向基團有許多不同類型，不同骨靶向基團的主要優(yōu)缺點見表1[13]。

表1 骨靶向基團的主要類型及其優(yōu)缺點

目前關于不同類型骨靶向基團趨骨性的研究較少。有研究者合成了平均粒徑為10～15 nm的金納米粒子，并用L-谷氨酸、2-氨基乙基膦酸(或阿侖膦酸)進行表面修飾，這些修飾劑均含有與金納米粒子結合的伯胺基團，可分別與對應的羧酸鹽、膦酸鹽或雙膦酸鹽基團結合，用于合成具有骨靶向性的DDS；

進一步研究發(fā)現(xiàn)，雙膦酸鹽修飾的金納米粒子與羥基磷灰石的結合能力最強，其次是谷氨酸和膦酸[14]。

2.1雙膦酸鹽 目前雙膦酸鹽已廣泛應用于骨質(zhì)疏松癥[15]、溶骨性骨腫瘤引起的疼痛以及高鈣血癥、代謝性骨病等疾病的治療[16-17]。雙膦酸鹽又可細分為含氮和非含氮兩類，均具有與天然焦磷酸相似的結構，焦磷酸鹽的結構以P-O-P鍵為特征，由于P-O-P鍵不穩(wěn)定，因此不適合作為骨靶向基團。而雙膦酸鹽分子中含有兩個緊密相連的磷酸根基團(P-C-P)，這兩個膦酸酯基團中的羥基去質(zhì)子化后螯合羥基磷灰石上的二價鈣離子(Ca2+)形成雙齒結構并與羥基磷灰石牢固結合，因此雙膦酸鹽具有較強的趨骨性[18]。Wang等[19]以雙磷酸鹽鏈接硼酸鹽脂構建的DDS可特異性靶向骨表面，表明雙膦酸鹽-硼酸鹽結合骨片更持久且療效更好。此外，雙磷酸鹽的P-C-P結構與骨結合更穩(wěn)定，且雙膦酸鹽在骨組織中的停留時間延長[20]。而增加雙膦酸鹽中兩個去質(zhì)子化羥基之間的距離(如用P-N-P鍵或P-C-C-P鍵取代P-C-P鍵)，可降低其對羥基磷灰石的親和力[21]。此外，也可通過修飾P-C-P碳原子上的剩余基團R1和R2調(diào)節(jié)雙膦酸鹽對羥基磷灰石的親和力。有報道顯示，R1處存在羥基或氨基的雙膦酸鹽對羥基磷灰石的親和力更強[22-23]。另有研究通過改變雙膦酸鹽的R2基團發(fā)現(xiàn)，雙膦酸鹽不僅可作為DDS的骨靶向基團，還可作為有效的抗骨質(zhì)疏松藥[23-24]。臨床常用的6種雙膦酸鹽的趨骨性排名依次為：氯膦酸鹽<依替膦酸鹽<利塞膦酸鹽<伊班膦酸鹽<阿侖膦酸鹽<唑來膦酸鹽[23,25]。

關于雙膦酸鹽作為骨靶向基團的研究較多。Ryu等[26]研究發(fā)現(xiàn)，由于阿侖膦酸鹽的存在，阿侖膦酸鹽結合納米金剛石(alendronate-conjugated nanodiamonds，Alen-NDs)對羥基磷灰石的親和力顯著增加；與對照組(成骨培養(yǎng)基)相比，NDs可增加MC3T3-E1細胞的堿性磷酸酶活性，而Alen-NDs增強堿性磷酸酶活性的能力更顯著；體內(nèi)研究表明，給大鼠尾靜脈注射Alen-NDs后，Alen-NDs在骨組織中的積聚顯著增加。Santhosh等[27]用利塞膦酸修飾殼聚糖制備納米顆粒，結果發(fā)現(xiàn)，該納米顆?？娠@著改善骨密度和骨小梁微結構。Chen等[28]通過制備阿倫膦酸修飾的脂質(zhì)體納米顆粒發(fā)現(xiàn)，阿倫膦酸的加入可顯著提高脂質(zhì)體的礦物親和力。

雙膦酸鹽作為骨靶向基團修飾抗骨質(zhì)疏松藥制備的絡合物，在一定程度上可糾正原藥特異性差、不良反應大等缺陷。Bhandari等[29]以雙膦酸類化合物為骨靶向基團、以合成鮭魚降鈣素作為模型藥物，合成具有骨靶向能力的鮭魚降鈣素化合物，結果發(fā)現(xiàn)，與未經(jīng)雙膦酸修飾的降鈣素相比，雙膦酸鹽-降鈣素的趨骨性和特異性未均顯著增強，且降鈣素與雙膦酸鹽結合后仍具有較強的生物活性。Hirabayashi等[30]構建氨基雙膦酸鍵連雌二醇化合物，并靜脈注射給卵巢切除的骨質(zhì)疏松大鼠(每周1次)，結果發(fā)現(xiàn)大鼠的骨密度增加，而子宮的重量未見增加；藥動學實驗結果顯示，小鼠骨中雌二醇水平顯著增加。然而，雙膦酸鹽本身即存在潛在的不良反應，如頜骨骨壞死、不典型的股骨轉子下骨折和食管癌等[31]，同時其還可能增加患者心房顫動的發(fā)生風險[32]，這可能與長期(>5年)使用雙膦酸鹽類藥物治療有關[33]。

2.2其他含膦酸鹽分子 雙膦酸鹽并不是唯一與羥基磷灰石有親和力的膦酸鹽類分子。乙二胺四(亞甲基膦酸)和四氮環(huán)十四烷-1，4，8，11-四亞甲基膦酸也可與Ca2+離子螯合，將放射性藥物和蛋白質(zhì)遞送至骨組織[34]。為了增加可螯合Ca2+離子的膦酸基團的數(shù)量，還可將多個雙膦酸鹽結合在一起形成樹枝狀結構，應用雙膦酸鹽的R2基團與間隔基團創(chuàng)建前藥分支結構[35]。含有多個膦酸鹽的分子一般作為DDS的骨靶向基團，而不作為獨立的藥物，這點與雙膦酸鹽化合物不同。

2.3四環(huán)素 廣譜抗生素四環(huán)素是常見的抗革蘭陽性與革蘭陰性細菌類藥物[36]。由于四環(huán)素對非骨組織特異性較低，其沉積于骨組織可提高藥物在骨組織局部的濃度，從而提高藥物利用度，減少非靶向組織不良反應的發(fā)生。四環(huán)素分子結構中的β二酮、烯醇及甲酰胺基團均可與羥基磷灰石上的Ca2+螯合[37]。除四環(huán)素與羥基磷灰石的螯合作用外，四環(huán)素分子中的羥基與羥基磷灰石間存在的范德華力和氫鍵也可提供額外的親和作用[38]。Xie等[39]以四環(huán)素作為骨靶向基團修飾聚乳酸-乙醇酸-聚乙二醇(poly lactic-co-glycolic acid-poly ethylene glycol，PLGA-PEG)合成高分子膠束并負載辛伐他汀，結果發(fā)現(xiàn)，該載藥膠束在體內(nèi)循環(huán)時間顯著延長，且優(yōu)先積聚于骨，可顯著改善骨密度、骨礦含量和骨力學強度。有學者通過動物實驗評價多西環(huán)素(四環(huán)素家族之一)對骨質(zhì)疏松的作用，結果顯示，多西環(huán)素對雙側卵巢切除骨質(zhì)疏松大鼠的骨組織有積極作用，大鼠骨質(zhì)丟顯著減少[40]。

2.4骨靶向肽 多肽具有空間分子量小、結構簡單、滲透力強、特異性高、不易被酶類識別和降解、免疫原性低等特點。骨基質(zhì)蛋白，如骨鈣素、骨橋蛋白、牙本質(zhì)基質(zhì)蛋白、胎球蛋白等均具有較強的骨礦表面Ca2+螯合性能[41]。寡肽中的天冬氨酸或谷氨酸對羥基磷灰石均具有較高的親和力[42]。Sun等[43]制備成骨細胞靶向肽修飾聚氨酯納米膠束遞送干擾小RNA/微RNA，成功靶向成骨細胞，增加去卵巢骨質(zhì)疏松癥模型小鼠骨量，并通過標記干擾小RNA行熒光實驗證實成骨細胞靶向肽修飾的DDS具有靶向性。Yamashita等[44]將聚酰胺型胺主鏈與多種羧酸(天冬氨酸、谷氨酸、琥珀酸或烏頭酸)共軛獲得不同類型的羧酸改性聚酰胺型胺，再以PEG共價的方式結合到聚酰胺型胺上，得到PEG化羧酸修飾的聚酰胺型胺，結果發(fā)現(xiàn)，該化合物的骨清除率與其對羥基磷灰石和Ca2+的親和力成正比，其中PEG(5)-天冬氨酸-聚酰胺型胺骨靶向效果最佳。Fu等[45]利用天冬氨酸作為骨靶向基團修飾PLGA-PEG合成靶向骨組織的納米粒子，結果發(fā)現(xiàn)，PLGA-PEG-天冬氨酸3-納米粒子的樹突狀天冬氨酸部分具有羥基磷灰石結合能力，其骨靶向效率也較缺乏樹突狀天冬氨酸的PLGA-PEG-納米粒子更高。Zhao等[46]以新型樹突狀天冬氨酸衍生物作為脂質(zhì)體配體，得到天冬氨酸衍生物修飾的DDS，結果顯示，該天冬氨酸衍生物修飾的DDS對羥基磷灰石有良好的親和力。此外，部分特殊序列多肽對羥基磷灰石和骨樣材料也具有強烈且特異的親和力，如VTKHLNQISQSY、STLPIPHEFSRE和APWHLSSQYSRT等[47]。

2.5其他骨靶向基團 除上述幾種骨靶向基團外，還有些分子也可作為骨靶向基團修飾DDS，如25-35堿基長類單鏈RNA或DNA的核苷酸序列(核酸適體)也均具有高親和力，且可特異性識別并結合其靶標[48]。Liang等[49]通過構建人體成骨細胞適體修飾的脂質(zhì)納米顆粒發(fā)現(xiàn)，人體成骨細胞適體主要通過大胞飲作用促進體外成骨細胞選擇性攝取PLEKHO1(pleckstrin homology domain containing,family O member 1)干擾小RNA，并通過促進體內(nèi)成骨細胞特異性PLEKHO1基因沉默，改善骨微結構、增加骨質(zhì)量，從而增強骨質(zhì)疏松鼠和健康鼠骨的力學性能。

此外，骨細胞中含一些生長因子受體，導致成纖維細胞生長因子1、骨形態(tài)發(fā)生蛋白等具有趨骨性[50]。利用成纖維細胞生長因子1構建的骨靶向DDS可靶向遞送藥物、增加骨質(zhì)疏松癥小鼠的骨量[51]。Haider等[52]將骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2化學移植到L-谷氨酸修飾的羥基磷灰石表面，并將其與PLGA納米纖維基質(zhì)結合，結果發(fā)現(xiàn)，骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2/L-谷氨酸/PLGA復合納米纖維支架可顯著促進成骨細胞的生長，因此，骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2/L-谷氨酸/PLGA復合納米纖維支架可作為靶向給藥的納米藥物載體。

3 小 結

骨靶向基團是一類強大的分子工具，其功能化的化合物可與骨中的羥基磷灰石特異性結合并遞送治療性藥物至靶點。雙膦酸鹽、四環(huán)素、多肽序列及核酸適體均是常用的骨靶向基團[53]。靶向非特異性的DDS被骨靶向基團修飾后具有顯著的骨靶向特異性，為骨靶向治療提供了理想的遞藥系統(tǒng)。骨靶向DDS的優(yōu)勢使其具有臨床應用潛力，但也存在許多問題，因此目前仍無骨靶向DDS臨床應用的報道。未來，選擇合適的骨靶向基團并增強其靶向特異性、構建控制遞送藥物質(zhì)量與緩釋功能的骨靶向DDS，對于治療骨骼相關疾病均具有重要的研究意義及臨床價值。