李江,史雄喜,劉佳慧,陳建明,武鑫,2

(1.福建中醫(yī)藥大學藥學院,福建 福州 350122;2.上海維洱實驗室,上海 201712)

阿霉素(doxorubicin,DOX),又稱多柔比星,屬于蒽環(huán)類抗生素藥物,對多種癌細胞均具有較強毒性作用,是一種使用最廣泛的一線或二線化療藥物,其抗腫瘤機制主要是通過嵌入癌細胞DNA堿基對之間阻斷DNA的復制與RNA的轉錄而發(fā)揮作用[1]。然而,DOX的心臟毒性一直是限制其使用的主要原因,過量的DOX會引起患者心臟組織的過氧化、心肌功能障礙,使用時通常不能超過550 mg·m-2。此外,口腔潰瘍、胃腸道反應、骨髓抑制、藥物的耐藥性也是在化療過程中常見的問題[2]。因此,DOX在實際使用過程中,通常與其他化療藥物聯(lián)合使用,盡管與單藥治療相比,DOX的聯(lián)合化療顯示了更好的治療效果,但也帶來了新的問題,如不同藥物半衰期的不同、藥物在體內的不協(xié)調分布、藥物在腫瘤積累量的不一致、藥物的重疊毒性等[3]。因此,國內外研究者開發(fā)出多種納米遞送系統(tǒng)用于共遞送兩種藥物,以解決傳統(tǒng)聯(lián)合用藥的不足。本文就DOX在納米制劑中聯(lián)合用藥的最新研究進行綜述,主要包括:無機納米粒、脂質納米粒和聚合物納米粒。

1 無機納米粒

1.1 介孔二氧化硅納米粒介孔二氧化硅納米粒是一種新型無機納米遞送系統(tǒng),它有著比普通納米粒子更大的表面積,因此可以運載更多的藥物,而且其表面可修飾與孔徑可調性可以滿足不同遞送需求,這些遞送優(yōu)點引起了研究者的關注[4]。

DOX與紫杉醇(PTX)的聯(lián)合化療是治療轉移性乳腺癌的常用手段,臨床研究證實了它們組合的治療效果[5]。Yan等[6]將DOX封裝在介孔二氧化硅納米粒的孔道內,再使PTX通過化學反應共價連接在納米粒的表面,最后通過微流控技術將聚苯乙烯磺酸鹽(PSS)覆蓋于粒子表面,同時控制納米粒大小、形狀和表面性質。該納米粒具有pH/還原雙響應藥物釋放的特點,細胞實驗顯示其可以選擇性地在癌細胞中釋放DOX與PTX以發(fā)揮兩者的協(xié)同效應。然而,該介孔二氧化硅納米粒在PTX負載過程中需要經過三步化學反應,這導致了生產制備過程工作量的增加以及藥物裝載效率的下降。為了更有效率地將DOX和PTX載入,Qiu等[7]首先通過吸附作用將DOX載于中空介孔二氧化硅納米粒內,然后將磷脂與PTX以物理形式混合,將其涂層在納米粒的表面,最后生成尺寸大小為200 nm左右的穩(wěn)定納米球,此方法在藥物負載過程相對簡便高效且保持了較高的包封率。

DOX與核酸藥物的聯(lián)合用藥是近年來的研究趨勢,鑒于DOX的耐藥性是導致化療失敗的主要原因之一,張夢瑋等[8]將DOX與小干擾RNA負載于脂質介孔二氧化硅納米粒中,其中小干擾RNA通過下調P-gp糖蛋白的表達來逆轉腫瘤細胞對DOX的耐藥性,從而提高抗腫瘤療效。該納米粒粒徑為(197.63±3.75)nm,Zeta電位為(20.64±0.98)mV,并表現(xiàn)出良好的理化性質。在MCF-7/ADR細胞凋亡實驗中,與對照組相比,納米粒的凋亡率顯著升高(40.90%±0.78% vs.10.19%±0.56%,P<0.05)。作者還對細胞中P-gp糖蛋白的表達進行考察,發(fā)現(xiàn)載有小干擾RNA的納米粒P-gp糖蛋白表達最低,這有利于逆轉DOX的耐藥性。

1.2 磁性納米粒磁性納米粒由于具有(超)順磁性而被廣泛用于生物醫(yī)學領域,如磁性藥物遞送、核磁共振成像(MRI)、磁熱療、磁感染等。磁性納米粒作為藥物遞送載體時,它可以通過使用局部刺激(如pH、溫度等)和外部刺激(即外部磁場)控制藥物的特定聚集與釋放,因此常被開發(fā)成刺激性響應納米載體用于藥物遞送。然而,研究發(fā)現(xiàn)裸磁性納米粒在血漿中不穩(wěn)定,且易聚集成簇,研究人員通常對它表面進行涂層或者表面修飾來提高穩(wěn)定性、分散性和生物相容性[9]。

二氧化硅是一種常見的磁性納米粒涂層材料,Ghazimoradi等[10]制備了一種以二氧化硅涂層的核殼結構磁性納米粒,用于遞送DOX與甲氨蝶呤(MTX)以發(fā)揮協(xié)同抗腫瘤作用。該納米粒穩(wěn)定性高、分散性好,其直徑僅35 nm,且具有pH響應性藥物釋放的特點,通過與外界磁場的配合,可以控制藥物的定點聚集與釋放。研究顯示,與游離藥物相比,負載雙藥的磁性納米粒對MCF-7細胞顯示出更強的細胞吸收和細胞毒性,這與另一項研究中將DOX和MTX裝載在谷氨酸涂層磁性納米粒中的實驗結果相吻合[11],這些結果表明了磁性納米粒在DOX聯(lián)合用藥中的巨大潛力。

2 脂質納米粒

2.1 脂質體脂質體是由磷脂在水介質中自組裝形成的雙分子層囊泡,由于良好的生物相容性與藥物遞送特性,如今大多數(shù)上市的納米制劑產品為脂質體制劑,如阿霉素脂質體(Doxil)、硫酸長春新堿脂質體(Marqibo)、伊立替康脂質體(Onivyde)等[12]。脂質體可以同時攜帶親水性藥物和疏水性藥物,通常親水性藥物被包封在脂質體內水腔中,疏水性藥物可以嵌入在脂質雙層內。Celator 制藥公司開發(fā)的共包封阿糖胞苷和柔紅霉素復方脂質體(Vyxeos)于2017年經FDA批準用于治療相關的急性髓細胞性白血病(t-AML),它是第一款上市的共遞送納米制劑產品[13]。此外,伊立替康和氟脲苷復方脂質體(CPX-1)目前正處于Ⅱ期臨床試驗,是一個很有潛力的復方脂質體制劑[14]。

脂質體作為共遞送載體系統(tǒng)時,它可以同時包封親水與疏水性藥物以開發(fā)高載藥量制劑,從而實現(xiàn)藥物聯(lián)合作用的最大化。黃芪甲苷是中藥黃芪中的一種苷類成分,研究顯示其可以有效地清除體內氧自由基,當與DOX聯(lián)合用藥時能降低心臟毒性抑制作用,同時還能逆轉DOX的化療耐藥性。但黃芪甲苷的疏水性與低生物利用度限制了其與DOX的聯(lián)合用藥,為了解決此問題,王成祥等[15]制備了阿霉素-黃芪甲苷脂質體,水溶性的DOX包封于脂質體內水相,而難溶于水的黃芪甲苷包封于脂質雙層內,兩種藥物的包封率高達98.57%±0.49%和99.37%±0.08%,載藥量分別為4.62%±0.02%和14.45%±0.04%。脂質體高效地包封這兩種不同性質的藥物,解決了聯(lián)合用藥缺陷的同時提高了抗腫瘤效應。

脂質體能夠延長藥物的半衰期,增強腫瘤組織的吸收以更好地發(fā)揮抗腫瘤作用。Wang等[16]制備了一種共遞送DOX和PTX前藥的復方脂質體,體內藥代動力學研究顯示,脂質體包裹的DOX和前藥PTX,半衰期分別從3.04、4.36 h 延長至7.52、15.54 h,曲線下面積(AUC)分別是游離藥物的470.30倍和57.91倍,且DOX和PTX在24 h內維持5∶1的協(xié)同作用比例,在4T1乳腺癌模型中也證實了復方脂質體的協(xié)同治療效果。另一項研究中制備的DOX與五味子甲素長循環(huán)復方脂質體,藥物在大鼠體內半衰期分別是游離藥物的7.16倍和2.05倍,DOX的平均駐留時間(MRT)從13.6 h增至14.68 h,五味子甲素從11.71 h增至15.89 h[17]。這些結果表明,經過脂質體的包封,可以延長藥物在體內循環(huán)的時間,以提高藥物的生物利用度、減少其副作用,從而更好地發(fā)揮藥物的聯(lián)合用藥。

2.2 固體脂質納米粒與納米結構脂質載體固體脂質納米粒(SLNs)是一種膠體載體,由生理脂質(如甘油三酯、甘油單酯、脂肪酸)、表面活性劑和助表面活性劑(或磷脂單層涂層)形成。它在生產過程中不需要有機溶劑,且易于消毒和擴大生產[18]。在二十世紀末SLNs被提出作為藥物遞送系統(tǒng)后不久,Cavalli等[19]就采用微乳分散法對DOX和伊達比星進行了共包裹的嘗試,這為兩種藥物的聯(lián)合化療開發(fā)新型遞送系統(tǒng)提供了新方向。然而,SLNs在制備過程中,固體脂質的規(guī)則晶體排列導致藥物的載藥量低,甚至在儲存過程中發(fā)生藥物泄露現(xiàn)象。因此,第二代脂質納米?！{米結構脂質載體 (NLCs)被開發(fā)用于克服這些局限。與SLNs稍有不同,NLCs是由液體脂質和固體脂質混合而成的,液體脂質的存在會使固體脂質在納米粒內形成不規(guī)則晶體,從而提高載藥量并防止藥物的泄漏[20]。

Mahoutforoush等[21]以硬脂酸和單硬脂酸甘油酯兩種固體脂質和辛酸/癸酸甘油三酯液體脂質為原輔料,首次使用熱均質技術制備的NLCs用于DOX、多西他賽(DTX)和MTX的共遞送,其中MTX與葉酸結構類似,它能與腫瘤細胞中過表達的葉酸受體特異性結合,從而提高NLCs的腫瘤靶向性。實驗結果表明:用藥物處理MCF-7細胞后,游離DOX、游離DTX和游離MTX的IC50值分別為1.02、0.011 2和25.46 μmol·L-1,而單藥負載的DOX-NLCs、DTX-NLCs和MTX-NLCs的IC50值分別為0.99、0.008 79和18.29 μmol·L-1,這表明了藥物經過NLCs的包封后,有效地增強了化療藥物對癌細胞的毒性作用,多藥負載的DTX/DOX-NLCs和DTX/DOX/MTX-NLCs的IC50值分別為0.005 43和0.004 18 μmol·L-1,這顯示出NLCs在藥物的聯(lián)合用藥中的優(yōu)越性。此外,作者發(fā)現(xiàn)NLCs表面連接的MTX分子不僅可以通過葉酸受體介導的內吞作用內化到細胞以提高制劑的腫瘤靶向性,其還會額外促進DOX的細胞攝取,最終達到了DOX與MTX、DTX三藥聯(lián)合作用的目的。

3 聚合物納米粒

3.1 聚合物膠束聚合物膠束是由不同的親水性和疏水性嵌段的兩親性共聚物在水介質中自組裝形成的。與傳統(tǒng)的低分子量表面活性劑形成的膠束相比,聚合物膠束有更強的載藥能力、更低的臨界膠束濃度(即高的熱力學穩(wěn)定性)和無毒性,使其在藥物遞送中得到廣泛研究[22]。Zeng等[23]構建了載有PI3K/mTORC1的雙重抑制劑PF04691502(PF)和DOX的共載膠束用于改善胰腺癌的耐藥性和抑制癌細胞的轉移擴散,其中PF有效地增強了DOX對癌細胞的敏感性。共載聚合物膠束對細胞毒性展現(xiàn)出劑量依賴性,并通過增強BxPC-3細胞攝取而發(fā)揮毒性作用,有效抑制腫瘤生長和轉移。

用聚合物膠束負載DOX與光熱劑吲哚菁綠來實現(xiàn)DOX的化療-光熱聯(lián)合治療,二者的包封率分別為97.03%±0.72%和91.01%±2.61%,粒徑為(76.70±1.28)nm。體內藥效研究中分為空白組、DOX組、DOX膠束組、DOX-吲哚菁綠共載膠束組、DOX-吲哚菁綠共載膠束-近紅外光照射組,經小鼠尾靜脈給藥后,各組瘤質量分別為(0.71±0.10)、(0.43±0.04)、(0.40±0.06)、(0.39±0.10)和(0.10±0.07)g,DOX-吲哚菁綠共載膠束-近紅外光照射組瘤重顯著低于其他各組,表明DOX的化療-光熱聯(lián)合治療的可行性,這也是未來DOX在聯(lián)合化療中的應用方向之一[24]。

將DOX和中藥活性成分進行聯(lián)合用藥也顯示出很好的抗腫瘤效果,它們可以通過多種不同的作用機制聯(lián)合治療腫瘤。李芳嬋等[25]將DOX與傳統(tǒng)中藥活性成分姜黃素共載于三嵌段ABA聚合物(聚己內酯-聚乙二醇-聚己內酯)形成的聚合物膠束內,相比于游離藥物和單載藥膠束,共載藥膠束組表現(xiàn)出最高的細胞抑制率。宋佳等[26]制備了一種三嵌段ABC聚合物形成的聚合物膠束用于對DOX和天然黃酮類化合物槲皮素的遞送,該聚合物膠束具有pH和溫度雙重敏感特性,它能通過改變外界環(huán)境來控制藥物的先后釋放。釋藥行為研究顯示,隨著pH值的降低和溫度的升高,聚合物膠束釋藥速率和釋藥量明顯增加。這些研究表明了DOX與中藥的中西聯(lián)合用藥治療腫瘤有很大的應用前景。

3.2 納米凝膠納米凝膠是水凝膠以納米尺寸(小于1 μm)形式存在的三維聚合物結構顆粒,其作為藥物遞送系統(tǒng)有許多優(yōu)點,如制備方便,可生物降解,相比于其他納米粒更具有柔性,使之更易穿透腫瘤脈管系統(tǒng),它在水中的高溶脹能力大大提高了其載藥能力,多種不穩(wěn)定且難以遞送的疏水性藥物可以嵌入納米凝膠多孔網絡中。由于對各種物理化學刺激都異常敏感,納米凝膠常被設計為智能響應載體對藥物進行時間與空間上的控釋[27]。

DOX與奧拉帕尼聯(lián)合載于二硫鍵交聯(lián)多肽納米凝膠上,用于治療乳腺癌。在癌細胞內高谷胱甘肽(GSH)環(huán)境的刺激下,藥物快速從納米凝膠中釋放出來以作用于癌細胞。相比于較低GSH環(huán)境的正常細胞,癌細胞中的DOX從納米凝膠中的釋放率從29.16%增至76.43%,奧拉帕尼從33.81%增至67.46%。納米凝膠使兩種藥物在癌細胞中定點釋放,從而有效聯(lián)合作用于腫瘤[28]。用納米凝膠遞送DOX和PTX這對常用臨床藥物組合,能有效降低毒副作用。荷瘤小鼠經腫瘤內注射給藥后,游離PTX/DOX溶液組中的小鼠體重逐漸減少,載藥納米凝膠組小鼠的重量緩慢增加。血液分析結果顯示,除游離PTX/DOX溶液組的谷丙轉氨酶和谷草轉氨酶含量異常增高外,其他載藥納米凝膠組血液指標均正常,這些結果也證明了納米凝膠的安全性[29]。

4 其他遞送系統(tǒng)

除了以上遞送系統(tǒng)外,研究人員還開發(fā)了更多類型的多功能遞送載體用于DOX的聯(lián)合用藥,如非離子表面活性劑囊泡、聚合物囊泡、納米膠囊等。此外,多種納米材料結合所形成的復合材料是共遞送系統(tǒng)的一個新方向,如磁性-樹狀大分子、石墨烯-量子點、石墨烯-樹狀大分子等。多種性質的復合材料可以同時用于腫瘤的監(jiān)測、成像、治療與診斷,它們在DOX聯(lián)合用藥方面也取得了一定進展,表1總結了DOX在其他遞送系統(tǒng)中聯(lián)合用藥的應用。

表1 DOX在其他遞送系統(tǒng)中聯(lián)合用藥的應用

5 結語與展望

化療一直是癌癥治療的主要手段之一,盡管單藥化療給許多患者帶來了希望,但它也帶來了難以忍受的毒副作用。另一方面,由于癌癥的復雜性與異質性,大部分癌癥患者的生存率仍然較低?；熕幬锏穆?lián)合治療在臨床上是一種被認可的治療模式,因為不同藥物對癌細胞的作用機制不同,這使得藥物以多種作用機制消滅癌細胞,同時藥物的副作用可以隨著藥物劑量的下降而減少,從而改善患者的順從性。

DOX是典型的用于聯(lián)合化療的藥物,它與其他藥物的聯(lián)合用藥在臨床上顯示出很好的療效,但傳統(tǒng)的“雞尾酒”式聯(lián)合用藥也有許多不足之處。因此,研究者開發(fā)出多種新型納米遞送系統(tǒng)用于DOX的聯(lián)合化療,以便更好地服務于臨床治療。本文主要介紹了6種藥物遞送系統(tǒng),這些遞送載體都有各自的遞送特性。介孔二氧化硅納米粒和磁性納米粒屬于無機納米材料,它們有獨特的生物學、熱學、傳感和磁性等物理性質,這為藥物在時間與空間上的精準控釋提供了可能;脂質體、SLNs和NLCs主要以脂質為輔料所制備,相比于其他載體,它們的制備技術發(fā)展更成熟,工藝體系更明確,且有更好的生物相容性與安全性;聚合物膠束與納米凝膠是由多個單體組成的聚合物,它們能顯著改善藥物的溶解度、穩(wěn)定性、滲透性和生物分布?？偠灾?這些納米遞送系統(tǒng)的運用,有效地提高了藥物聯(lián)合的療效、降低了藥物的毒副作用、減少甚至逆轉藥物的耐藥性,為DOX的聯(lián)合用藥提供了新的選擇。然而,聯(lián)合用藥在納米遞送系統(tǒng)中的運用還處于初步研究階段,因此許多問題還有待解決,如納米載體在進入體內后產生的某些未知毒性,即納米載體與生物體之間的相互作用,尤其是無機納米材料,對于它們的毒性研究相對較少。隨著研究的不斷深入與納米技術的不斷發(fā)展,我們相信DOX的聯(lián)合用藥在納米遞送中的運用能實現(xiàn)從實驗室走向臨床運用的轉化,以達到改善患者生活質量的最終目的。