趙 旭，王孟超，張抗抗，嚴(yán)秀平1，2，

（1.江南大學(xué) 食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫 214122；2.江南大學(xué) 國(guó)際食品安全聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫 214122；3.江南大學(xué) 食品學(xué)院，分析食品安全學(xué)研究所，江蘇 無(wú)錫 214122）

癌癥嚴(yán)重威脅人類的生命健康，如何實(shí)現(xiàn)腫瘤精準(zhǔn)診斷和治療是亟待解決的科學(xué)難題。腫瘤微環(huán)境較正常機(jī)體環(huán)境具有低pH值、乏氧、高谷胱甘肽（GSH）含量、過(guò)表達(dá)酶以及氧化應(yīng)激增加等系列異常特征［1－3］。這些內(nèi)源性差異為腫瘤精準(zhǔn)診療體系的構(gòu)建和發(fā)展提供了可能。內(nèi)源性刺激響應(yīng)型診療劑可對(duì)腫瘤微環(huán)境產(chǎn)生快速、精準(zhǔn)應(yīng)答，提高診療劑的腫瘤選擇性及診療信噪比，從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)療效的同時(shí)極大地降低副作用。因此，內(nèi)源性刺激響應(yīng)型診療劑已逐漸成為腫瘤精準(zhǔn)診療領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近年來(lái)，基于不同內(nèi)源性刺激響應(yīng)的診療劑已被廣泛開(kāi)發(fā)［4－6］。本文從不同內(nèi)源性刺激角度，綜述了近年來(lái)發(fā)展的刺激響應(yīng)型診療劑的設(shè)計(jì)原理及研究進(jìn)展，并展望了該領(lǐng)域面臨的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)。

1 p H響應(yīng)型

受腫瘤細(xì)胞過(guò)度增殖以及異常的血管結(jié)構(gòu)影響，腫瘤組織的代謝過(guò)程以無(wú)氧糖酵解為主，導(dǎo)致腫瘤微環(huán)境具有弱酸性。實(shí)體瘤細(xì)胞外微環(huán)境的pH值為6.5～6.8，內(nèi)吞囊泡具有更強(qiáng)的酸性（早期內(nèi)涵體pH 5.5～6.5，晚期內(nèi)涵體或溶酶體的pH低至5.0～5.5）［7－8］。弱酸性微環(huán)境對(duì)腫瘤侵襲、免疫、自噬以及耐藥性產(chǎn)生等過(guò)程起促進(jìn)和調(diào)節(jié)作用［9］，因此也成為腫瘤精準(zhǔn)診療的重要靶點(diǎn)。目前已有大量基于腫瘤弱酸性特性設(shè)計(jì)合成pH響應(yīng)型診療劑的報(bào)道［10－11］。pH響應(yīng)型診療劑的響應(yīng)機(jī)制主要可概括為酸堿敏感基團(tuán)的質(zhì)子化/去質(zhì)子化［12－13］、酸敏感化學(xué)鍵的斷裂［14－15］以及酸敏感無(wú)機(jī)物的降解［16－17］。

分子中引入酸堿敏感的基團(tuán)，不同pH條件下上述基團(tuán)發(fā)生質(zhì)子化/去質(zhì)子化，使得分子結(jié)構(gòu)、親－疏水性、體積以及空間構(gòu)象等發(fā)生改變，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)腫瘤精準(zhǔn)診斷以及靶向給藥等，是構(gòu)建pH響應(yīng)型診療劑的常用策略之一。例如，Zhao等［18］設(shè)計(jì)合成了系列pH可逆激活型不對(duì)稱菁類熒光/光熱/光動(dòng)力（FL/PTT/PDT）一體化分子，用于腫瘤精準(zhǔn)診斷及治療（圖1）。該類分子中未被取代的氮原子進(jìn)入腫瘤弱酸性微環(huán)境后被質(zhì)子化，使得探針?lè)肿佑蓧A式體轉(zhuǎn)變?yōu)樗崾襟w形式，伴隨著分子內(nèi)電荷誘導(dǎo)轉(zhuǎn)移產(chǎn)生，進(jìn)而激活探針?lè)肿拥臒晒?。腫瘤特異性熒光成像指引下施加808 nm激光照射，激活光熱/光動(dòng)力性能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)成像指引的特異性治療。Wang等［19］報(bào)道了細(xì)胞內(nèi)酸激活性多功能膠束，用于耐藥腫瘤的光熱/化療協(xié)同治療（圖2）。膠束由鍵合有光敏劑的pH響應(yīng)的二嵌段共聚物（PDPC）和阿霉素聚合前藥（PDOX）組成。膠束在血液循環(huán)過(guò)程保持穩(wěn)定，內(nèi)吞進(jìn)入細(xì)胞后弱酸微環(huán)境誘導(dǎo)膠束質(zhì)子化進(jìn)而發(fā)生解離，從而激活熒光成像及治療功能。

圖2 酸響應(yīng)膠束的組成及原理示意圖［19］Fig.2 Structural composition and schematic diagram of the acid-switchable micelles［19］

選用pH敏感的化學(xué)鍵（如腙鍵、酯鍵、亞氨鍵、β-羧基酰胺鍵等）作為橋基構(gòu)建診療探針，該類結(jié)構(gòu)在正常體液條件下可穩(wěn)定存在，到達(dá)腫瘤部位后pH敏感的橋聯(lián)基團(tuán)發(fā)生水解斷裂，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)腫瘤靶向成像及治療是構(gòu)建pH響應(yīng)型診療劑的另一常用策略［14－15，20］。其中，β-羧基酰胺鍵具有酸敏感的水解特性，可實(shí)現(xiàn)腫瘤微環(huán)境觸發(fā)的電荷反轉(zhuǎn)。正常生理?xiàng)l件下，β-羧基酰胺鍵末端羧基的存在使其帶負(fù)電；在腫瘤弱酸性微環(huán)境下酰胺鍵斷裂，裸露出的－NH2被質(zhì)子化呈現(xiàn)出正電性，進(jìn)而滿足了長(zhǎng)血液循環(huán)和腫瘤靶向等環(huán)節(jié)對(duì)材料所帶電荷的不同需求。

雖然pH響應(yīng)型診療體系已大量涌現(xiàn)且展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景，但該研究仍處于起步階段，診療體系及其降解/代謝產(chǎn)物的生物安全性、pH響應(yīng)的不可逆性以及腫瘤組織不同部位pH差異對(duì)結(jié)果靈敏性的影響等諸多問(wèn)題仍需解決。

2 乏氧響應(yīng)型

腫瘤細(xì)胞過(guò)度增殖以及異常血管結(jié)構(gòu)造成的又一微環(huán)境特征是氧含量降低（乏氧）［21－22］。基于腫瘤組織處含氧量低這一特性，近年來(lái)涌現(xiàn)出大量乏氧響應(yīng)型精準(zhǔn)診療策略。其中，設(shè)計(jì)乏氧響應(yīng)型前藥以及乏氧響應(yīng)型智能載藥體系是最為常見(jiàn)的策略。

乏氧響應(yīng)型前藥的設(shè)計(jì)策略主要是在藥物分子骨架中引入易被還原基團(tuán)（如硝基、醌、氮氧化物、過(guò)渡金屬等），這些基團(tuán)在腫瘤乏氧區(qū)域被還原酶還原，使得原本無(wú)毒或低毒的前體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨拘缘倪€原型代謝產(chǎn)物，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞的高選擇性殺傷。例如，Wang等［23］設(shè)計(jì)合成了整合素功能化的裝載吲哚菁綠（ICG）和乏氧激活型藥物替拉扎明（TPZ）的聚乳酸－羥基乙酸脂質(zhì)納米體系（圖3）。將乏氧激活型藥物TPZ裝載于納米載體中，不僅改善了TPZ的生物相容性，還提高了其腫瘤部位的滲透和靶向富集能力。近紅外光激發(fā)下，ICG分子將氧氣分子轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉€態(tài)氧，在發(fā)揮光動(dòng)力治療作用的同時(shí)進(jìn)一步加劇了腫瘤部位的乏氧，進(jìn)而激活TPZ發(fā)揮化學(xué)治療作用，實(shí)現(xiàn)光動(dòng)力－化療協(xié)同治療。

圖3 乏氧激活型納米平臺(tái)用于腫瘤光動(dòng)力－化療協(xié)同治療示意圖［23］Fig.3 Illustration of the hypoxia-activated nanoplatform for tumor photodynamic-chemotherapy synergistic therapy［23］

乏氧響應(yīng)型載藥體系主要依賴于在聚合物載體中引入硝基咪唑、偶氮苯片段或者金屬配合物等乏氧敏感片段［24－25］。例如，Yang等［24］利用酰胺縮合反應(yīng)制得光敏劑二氫卟吩改性人血清白蛋白（HC）以及化療藥物奧沙利鉑改性人血清白蛋白（HO），進(jìn)一步以偶氮苯為橋基將兩者交聯(lián)制備了乏氧響應(yīng)型納米診療體系。腫瘤乏氧微環(huán)境下連接基團(tuán)偶氮苯還原斷裂，該納米診療體系降解為HC和HO，實(shí)現(xiàn)了腫瘤靶向熒光成像指引的化療－光動(dòng)力協(xié)同治療。

乏氧響應(yīng)策略雖展現(xiàn)出較好的腫瘤精準(zhǔn)治療的應(yīng)用前景，但乏氧環(huán)境一般存在于深層腫瘤組織［21－22］，因此限制了此類響應(yīng)型診療劑的廣泛應(yīng)用。如何增強(qiáng)診療體系的腫瘤組織穿透能力和乏氧敏感性是待解決的難題。

3 氧化還原響應(yīng)型

內(nèi)源性氧化還原物種通過(guò)形成一個(gè)復(fù)雜的抗氧化防御系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)氧化還原平衡，影響細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖以及凋亡等多階段。其中，過(guò)氧化氫（H2O2）和GSH是最具代表性的內(nèi)源性氧化還原物質(zhì)，已被作為有效的“調(diào)節(jié)因子”和“靶點(diǎn)”用于氧化還原響應(yīng)型腫瘤診療平臺(tái)的構(gòu)建［26］。

H2O2響應(yīng)型診療平臺(tái)的設(shè)計(jì)策略可分為以下3類［26－28］：①提高氧氣（O2）依賴型治療模式的治療效率。內(nèi)源性的H2O2可在過(guò)氧化氫酶的作用下催化分解原位生成O2，從而緩解腫瘤微環(huán)境的乏氧狀態(tài)，增強(qiáng)O2依賴型治療策略（如光動(dòng)力療法、聲動(dòng)力療法等）的療效。②產(chǎn)生其他活性較高的活性氧或活性氮等，造成腫瘤細(xì)胞氧化損傷。H2O2可通過(guò)芬頓或類芬頓反應(yīng)轉(zhuǎn)化為羥基自由基等，導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化，DNA和蛋白質(zhì)損傷。③含有H2O2敏感的化學(xué)鍵的反應(yīng)型納米平臺(tái)。具有過(guò)氧化氫酶模擬活性的納米材料已廣泛應(yīng)用于催化內(nèi)源性H2O2原位自補(bǔ)給O2，如二氧化錳、氧化鈰、金屬有機(jī)框架、鈀納米顆粒等。

腫瘤微環(huán)境中過(guò)高含量GSH為氧化還原響應(yīng)診療平臺(tái)設(shè)計(jì)提供了又一靶點(diǎn)［29－30］。GSH響應(yīng)型診療平臺(tái)的設(shè)計(jì)策略主要是將GSH可裂解基團(tuán)（如S－S、Se－Se、C－Se、Au－S等）插入到診療探針或載體的結(jié)構(gòu)骨架中。值得注意的是，GSH可消耗H2O2催化氧化產(chǎn)生的活性氧（ROS）等，進(jìn)而降低療效。因此，增加ROS水平的同時(shí)耗盡GSH，最大程度地?cái)U(kuò)增腫瘤氧化應(yīng)激是最具前景的設(shè)計(jì)策略［26，31］。

H2O2和GSH在腫瘤組織不同部位存在濃度差異以及H2O2隨治療過(guò)程耗竭等問(wèn)題制約了氧化還原響應(yīng)型診療體系的深入發(fā)展［26，31］。

4 酶響應(yīng)型

酶活性失調(diào)和異常表達(dá)與許多疾病的發(fā)生息息相關(guān)。腫瘤組織較正常組織過(guò)表達(dá)一些特定的酶（如金屬基質(zhì)蛋白酶、組蛋白酶B、磷脂酶以及透明質(zhì)酸酶等）［32－33］。以過(guò)表達(dá)的內(nèi)源性酶為生物觸發(fā)器，構(gòu)建酶響應(yīng)型精準(zhǔn)診療平臺(tái)，已成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)［34－36］。酶響應(yīng)型診療平臺(tái)的設(shè)計(jì)原則主要是依賴于酶對(duì)其底物的高選擇性和水解特性。將酶特異性底物作為橋聯(lián)基團(tuán)、載體或門控開(kāi)關(guān)等構(gòu)建智能診療體系，在高濃度酶作用下酶底物被水解切斷，診療體系發(fā)生偶聯(lián)鍵斷裂或解組裝等進(jìn)而使結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)腫瘤特異性診治。Wang等［33］設(shè)計(jì)了腫瘤細(xì)胞內(nèi)酯酶響應(yīng)型納米載藥系統(tǒng)。該智能載藥系統(tǒng)在血液循環(huán)過(guò)程中保持穩(wěn)定，在富含酯酶的腫瘤微環(huán)境下高效釋放7-乙基-10-羥基喜樹(shù)堿，顯著提升了該藥物在腫瘤內(nèi)的蓄積。

酶響應(yīng)型診療體系具有良好的靈敏性和特異性，但在不同腫瘤或同種腫瘤的不同發(fā)展時(shí)期，過(guò)表達(dá)酶的種類和水平存在較大差異。同種酶亦存在不同亞型，同一家族酶的底物也存在類似性［34，36］。因此，需要發(fā)現(xiàn)更優(yōu)的腫瘤特異性酶，設(shè)計(jì)更為巧妙的響應(yīng)型策略以提高診療的準(zhǔn)確性和靈敏性。

5 雙/多刺激響應(yīng)型

基于內(nèi)源性刺激響應(yīng)的智能診療平臺(tái)展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景，但如上所述，單一刺激響應(yīng)策略存在一些不足，限制了其進(jìn)一步應(yīng)用和發(fā)展。為此，雙刺激/多刺激響應(yīng)策略應(yīng)運(yùn)而生，并逐漸成為內(nèi)源性刺激響應(yīng)型診療平臺(tái)的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)［37－40］。Fu等［31］開(kāi)發(fā)了一種具有產(chǎn)生H2O2及清除GSH功能的納米催化診療劑，實(shí)現(xiàn)了pH、H2O2、GSH和葡萄糖氧化酶（GOx）等多因素調(diào)控的饑餓/化學(xué)動(dòng)力學(xué)/化療協(xié)同治療（圖4）。采用仿生礦化的方法，以聚乙二醇修飾的GOx（PEG－GOx）為模板制備了銅離子摻雜的磷酸鈣納米粒子（PGC），進(jìn)一步裝載抗癌藥阿霉素（DOX）制得PGC－DOX。腫瘤的弱酸性微環(huán)境誘導(dǎo)磷酸鈣殼層降解釋放出GOx、Cu2+及DOX。GOx催化腫瘤內(nèi)葡萄糖產(chǎn)生H2O2，消耗腫瘤內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)葡萄糖，實(shí)現(xiàn)饑餓治療的同時(shí)為后續(xù)的類芬頓反應(yīng)提供了原料。Cu2+與GSH反應(yīng)的還原產(chǎn)物Cu+通過(guò)類芬頓反應(yīng)將H2O2轉(zhuǎn)化成強(qiáng)毒性的·OH，實(shí)現(xiàn)化學(xué)動(dòng)力學(xué)治療。同時(shí)，Cu2+與GSH之間的氧化還原反應(yīng)還可清除GSH，以避免其消耗活性氧等物質(zhì)，進(jìn)一步增強(qiáng)化學(xué)動(dòng)力學(xué)療效。

圖4 診療平臺(tái)PGC－DOX制備及多刺激介導(dǎo)的饑餓/化學(xué)動(dòng)力學(xué)/化療協(xié)同治療示意圖［31］Fig.4 Illustration of the preparation process and therapeutic mechanism of PGC－DOX theranostics platform for multi-stimuli mediated starvation/chemodynamic/chemotherapy cooperative therapy［31］

不同刺激響應(yīng)策略巧妙融合構(gòu)建的雙刺激/多刺激響應(yīng)型診療體系展現(xiàn)出更智能、更全面的療效。但復(fù)雜的制備流程，不同組分間的交叉影響以及復(fù)合材料的生物安全性等問(wèn)題給該類診療劑的應(yīng)用和臨床轉(zhuǎn)化帶來(lái)了更多困擾。

6 結(jié)論與展望

腫瘤微環(huán)境較正常組織的顯著差異為腫瘤精準(zhǔn)診療平臺(tái)的構(gòu)建及研發(fā)提供了廣闊空間和替代靶點(diǎn)。目前，大量微環(huán)境響應(yīng)型診療平臺(tái)已被開(kāi)發(fā)。然而，現(xiàn)有微環(huán)境響應(yīng)型診療研究大多停留于基礎(chǔ)研究和起步階段，復(fù)雜的制備流程，復(fù)合材料的穩(wěn)定性及生物安全性等極大地限制了該類診療劑的進(jìn)一步發(fā)展。因此，設(shè)計(jì)構(gòu)建組分簡(jiǎn)單、制備工藝簡(jiǎn)便、易于放大生產(chǎn)、穩(wěn)定性和安全性良好的多重響應(yīng)型智能診療平臺(tái)，將更具研究及應(yīng)用價(jià)值。此外，將內(nèi)源性刺激響應(yīng)策略與外源性刺激（如光、磁、聲等）巧妙結(jié)合，設(shè)計(jì)更智能、更精準(zhǔn)、更靈敏的診療平臺(tái)，亦具有較好的應(yīng)用前景。