梁娟娟，耿冬冬，丁婭，張燦

(1.中國藥科大學(xué)藥物質(zhì)量與安全預(yù)警教育部重點實驗室，江蘇 南京210009；2.中國藥科大學(xué)新藥研究中心，江蘇 南京210009)

納米載體材料的發(fā)展與應(yīng)用為改善藥物傳遞系統(tǒng)的性能提供了新的思路。近10年來，藥學(xué)研究者們利用不同的納米載體材料，如共聚物、樹狀高分子、脂質(zhì)體、納米管等，設(shè)計出了各種類型的藥物遞送系統(tǒng)[1]。金納米粒是應(yīng)用于生物成像和光熱療法的一類重要材料，由于其理化性質(zhì)與其形狀和粒徑密切相關(guān)，且具有表面等離子共振、光散射和光致發(fā)熱的特性，近年來也被研究與開發(fā)作為一類性質(zhì)可控的納米載體材料用于藥物傳遞系統(tǒng)[2]。基于金納米粒的小尺寸效應(yīng)，且通過合理的表面修飾，其表面可負載大量的小分子藥物和基因藥物，并能利用實體瘤的高通透性和滯留效應(yīng)（enhanced permeability and retention effect，即EPR效應(yīng)）進入腫瘤組織，故其作為藥物載體用于藥物傳遞系統(tǒng)，具有獨特優(yōu)勢[3-4]。此外，金納米粒用作藥物載體的主要優(yōu)勢還表現(xiàn)在：1）其內(nèi)核是惰性無毒物質(zhì)；2）易于制備，通過調(diào)控制備條件，可將其粒徑控制在1～150 nm之間；3）其表面可被多種官能團修飾，即可進行多功能化修飾，從而獲得多種應(yīng)用性能，如主動靶向性[5]和化學(xué)刺激敏感性釋放（如谷胱甘肽誘導(dǎo)性釋放[6]或pH敏感性釋放[7-10]）；4）難溶性藥物經(jīng)合理修飾而與其結(jié)合后，可增加藥物的溶解度[11]；5）利用其特殊的表面等離子共振、光散射和光致發(fā)熱等性質(zhì)，可通過細胞成像實現(xiàn)對藥物在細胞內(nèi)分布的追蹤，并可有效實現(xiàn)光介導(dǎo)的藥物釋放[2,12-14]。

1 金納米粒在小分子藥物傳遞系統(tǒng)中的應(yīng)用

金納米粒用于小分子藥物傳遞系統(tǒng)時，既可作為光敏材料摻入有機藥物載體內(nèi)，調(diào)控藥物釋放，也可直接作為藥物載體，遞送和轉(zhuǎn)運藥物。

1.1 金納米粒-脂質(zhì)體系統(tǒng)

脂質(zhì)體，一類可將疏水藥物分子包載于其中、具有雙層膜結(jié)構(gòu)的納米磷脂囊，在過去30年里作為極具潛力的藥物載體備受關(guān)注[15]。An等[16]利用脂質(zhì)體和金納米粒各自特點，制備了金納米粒-脂質(zhì)體復(fù)合物。實驗發(fā)現(xiàn)，該復(fù)合物一方面可防止金納米粒聚集，另一方面還可利用金納米粒的光學(xué)特性進行脂質(zhì)體成像和光致藥物釋放的研究。此外，對脂質(zhì)體構(gòu)成材料進行修飾，如制成陽離子脂質(zhì)體或聚乙二醇（PEG）脂質(zhì)體，并將金納米粒包載于其中，形成的金納米粒-脂質(zhì)體系統(tǒng)用作藥物傳遞載體具有良好前景。Nam等[17]合成了一種pH敏感的金納米粒-脂質(zhì)體雜合納米粒，這種納米粒集合了pH敏感性和智能金納米粒表面等離子共振特性，可增加PEG化脂質(zhì)體在體內(nèi)的循環(huán)時間和在腫瘤組織的富集。Pornpattananangkul[18]等報道了把殼聚糖修飾的金納米粒固定在載藥脂質(zhì)體表面，對載藥脂質(zhì)體可起穩(wěn)定作用，能有效防止其在儲存環(huán)境和生理條件下藥物的泄露。該研究小組以甲氧西林耐藥的金葡菌作為模型菌，萬古霉素為模型藥物，考察了這種金納米粒穩(wěn)定型脂質(zhì)體載藥系統(tǒng)在金葡菌感染部位的釋藥行為。結(jié)果顯示，該脂質(zhì)體載藥系統(tǒng)在金葡菌感染部位可經(jīng)細菌毒素誘導(dǎo)釋放抗生素，即呈現(xiàn)一種高度選擇性的釋藥行為，且24 h釋藥率達100%；該脂質(zhì)體載藥系統(tǒng)對金葡菌的生長抑制作用與等劑量的萬古霉素及其普通脂質(zhì)體相當(dāng)。

1.2 金納米粒-膠束系統(tǒng)

膠束是一類可分散在水溶液中的雙親性表面活性劑分子或聚合物的集合體(Lasic D D，Nature, 1992年)。以金納米粒為交聯(lián)劑，讓膠束疏水端發(fā)生交聯(lián)，可形成具有核交聯(lián)結(jié)構(gòu)的膠束。而利用共價鍵或疏水作用將難溶性藥物連接或包載于膠束疏水區(qū)域，可獲得性質(zhì)穩(wěn)定、尺寸小的載藥膠束。此外，在核交聯(lián)膠束表面連接具有特異性識別性能的配體分子，如葉酸（FA）、半乳糖等，將賦予整個膠束系統(tǒng)主動靶向功能。 Patra等[19]制備了FA受體靶向的金納米粒-聚L-天冬氨酸（LA ）-阿霉素（DOX ）-PEG膠束系統(tǒng)[Au-P(LA-DOX)-b-PEG-OH/FA NPs]，該膠束系統(tǒng)主要由3部分組成：金納米粒內(nèi)核、連接有DOX分子的疏水性聚LA和連接有FA的親水性PEG，其中聚LA是膠束的疏水段，PEG為膠束的親水段，兩者組成具有雙親性結(jié)構(gòu)的膠束，而該膠束的疏水段通過金納米粒交聯(lián)。實驗研究顯示，具有FA受體靶向功能的該膠束系統(tǒng)在增強DOX的腫瘤靶向性的同時，保持了DOX的生物活性；而且，連接DOX與聚LA的腙鍵對腫瘤酸性微環(huán)境具有刺激響應(yīng)，令該膠束系統(tǒng)能腫瘤靶向性釋放藥物，從而更充分有效地發(fā)揮藥物對腫瘤細胞的殺傷力。Azzam等[20]通過實驗研究考察了包載金納米粒的聚（環(huán)氧乙烷）-b-聚（ε-己內(nèi)酯）（PEO-b-PCL）嵌段聚合物膠束的制備、表征和聚集行為，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)金納米粒和PEO -b- PCL嵌段聚合物的物質(zhì)的量比是1:1、2:1和3:1時，所制得的金納米粒-PEO-b-PCL嵌段聚合物膠束可穩(wěn)定地分散于能溶解嵌段聚合物的有機溶劑中，透射電鏡（TEM）所測其粒徑為（6±2）nm；且這種膠束可用于體內(nèi)傳輸藥物和研究藥物在組織和亞細胞中的定位。

1.3 金納米粒-殼聚糖雜合納米粒（球）

Guo等[21]利用低分子殼聚糖（LWCS）和乙二胺四乙酸（EDTA）間的相互靜電作用而交聯(lián)構(gòu)建納米粒，并利用EDTA的還原性在原位還原氯金酸（HAuCl4），獲得殼聚糖-金納米粒雜合納米粒。鑒于金納米粒特殊的光學(xué)性質(zhì)，該雜合納米?？捎糜诩毎上窈蜕飩鞲醒芯?。隨后，該研究小組制備了殼聚糖-聚乳酸納米球，也采用類似方法在納米球中原位合成金納米粒，用于順鉑的體內(nèi)傳遞和治療研究。實驗結(jié)果表明，此包載有金納米粒的殼聚糖-聚乳酸雜合納米球不但可實現(xiàn)順鉑的細胞內(nèi)傳遞，其中的金納米粒還可作為內(nèi)涵體和細胞核的造影劑，用于細胞器成像研究；此外，納米球的表面電位與其穿膜效率、細胞內(nèi)分布和毒性密切相關(guān)：與低表面電位相比，較高表面電位的納米球能更快地被細胞攝取，并具更有效的核靶向作用，然而同時也更易導(dǎo)致細胞膜的破裂而引發(fā)更高的細胞毒性。因此，通過調(diào)節(jié)納米球表面電荷，可對其穿膜效率、核靶向性和細胞毒性進行調(diào)控[22-24]。

1.4 金納米粒-藥物結(jié)合物

金納米粒-藥物結(jié)合物是近3年來受到廣泛關(guān)注的新型納米藥物傳遞系統(tǒng)，其中藥物通過共價鍵或非共價作用（靜電或疏水作用）方式結(jié)合于金納米粒表面，形成以金納米粒為內(nèi)核、藥物或生物大分子為外殼的傳遞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[20,25-26]。采用非共價作用方式構(gòu)建金納米粒-藥物結(jié)合物，簡便、快捷，但結(jié)合于金納米粒表面的藥物分子在體內(nèi)環(huán)境中的結(jié)合穩(wěn)定性是一個有待解決的問題。而以共價鍵方式構(gòu)建的金納米粒-藥物結(jié)合物則能提高其中藥物分子的結(jié)合穩(wěn)定性，尤其結(jié)構(gòu)中含有巰基的藥物可直接通過S—Au共價鍵結(jié)合到金納米粒表面，但多數(shù)不具有巰基的藥物分子則需進行合理的化學(xué)修飾后，才能通過S—Au等共價鍵將藥物穩(wěn)固地結(jié)合于金納米粒表面，從而更有效地靶向釋放藥物[27]；不過，金納米粒-藥物結(jié)合物所用共價鍵中S—Au鍵比其他鍵（如N—Au、—COO-—Au）的結(jié)合力更加牢固[28]。為了提高金納米粒-藥物結(jié)合物的溶解性、生物相容性以及在生理條件下的穩(wěn)定性，減少其被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)攝取，延長其在體內(nèi)的循環(huán)時間，通常將具有良好生物相容性的PEG分子引入結(jié)合物結(jié)構(gòu)中。Brown等[29]合成了奧沙利鉑-金納米粒結(jié)合物，其中奧沙利鉑連接到PEG表面，PEG再與金納米粒通過巰基連接，每個金納米粒表面能結(jié)合（280 ± 20）個藥物分子。實驗研究表明，該結(jié)合物對肺上皮癌A549細胞以及結(jié)腸癌HCT116、HCT11R、HT29和RKO細胞的細胞毒性大于游離的奧沙利鉑，且其能順利被癌細胞攝取并進入細胞核。同樣，Wang等[30]將DOX經(jīng)酸敏感的腙鍵連接到PEG化金納米粒表面，制得結(jié)合物DOX-Hyd@AuNPs，并考察了其對多藥耐藥的MCF-7/ADR乳腺癌細胞的細胞毒性。結(jié)果顯示，DOX-Hyd@AuNPs能通過細胞內(nèi)吞途徑進入癌細胞，克服癌細胞膜上P-糖蛋白的外排作用，從而使其能聚集于癌細胞中，有效抑制癌細胞的生長。

此外，在金納米粒表面修飾以特殊配體，能使其在體內(nèi)發(fā)揮主動靶向作用。Zhang等[31]把金納米粒和谷胱甘肽（GSH）通過S—Au鍵結(jié)合，再利用FA分子中的氨基和GSH中的羧基形成酰胺鍵，構(gòu)建了結(jié)合物FA-GSHAuNPs，并以FA受體過度表達的HeLa細胞作為模型細胞，缺乏FA受體的FB細胞作為對照細胞，比較了這2種細胞對FA-GSH-AuNPs的攝取作用。結(jié)果，共聚焦顯微鏡和透射電子顯微鏡分析顯示，F(xiàn)A-GSH-AuNPs在HeLa細胞中的攝取量較在FB細胞中高約8倍。Chen等[32]成功地把甲氨蝶呤連接于直徑為13 nm的金納米粒上，制得甲氨蝶呤-金納米粒結(jié)合物。甲氨蝶呤是一種FA結(jié)構(gòu)類似物，可通過阻斷癌細胞內(nèi)FA的合成而發(fā)揮抗癌作用。實驗證明，與游離的甲氨蝶呤相比，甲氨蝶呤-金納米粒結(jié)合物具有更強的腫瘤細胞毒性和體內(nèi)抗腫瘤活性。

鑒于穿膜肽CRGDK可選擇性地與癌癥細胞表面過度表達的跨膜蛋白-1（Nrp-1）受體結(jié)合，從而有效調(diào)節(jié)受體介導(dǎo)的細胞內(nèi)吞作用，Kumar等[33]選擇p12作為治療肽，CRGDK肽作為靶向分子，制備了Au@p12+CRGDK結(jié)合物納米粒，并比較了Nrp-1受體過度表達的MDA-MB-321癌細胞對Au@p12+CRGDK結(jié)合物納米粒和Au@p12納米粒的攝取作用。結(jié)果表明，CRGDK肽的存在可增加細胞對金納米粒的攝取。且細胞毒性實驗也表明，Au@p12+CRGDK結(jié)合物納米粒對MDA-MB-321癌細胞的細胞毒性大于游離的p12和Au@p12納米粒。

2 金納米粒在基因藥物傳遞系統(tǒng)中的應(yīng)用

基因療法是通過核酸的體內(nèi)轉(zhuǎn)運，修補或替代病體中缺失或病變的基因，從而達到控制和治療疾病的目的。與小分子藥物相比，核酸由于相對分子質(zhì)量較大，并具有負電性質(zhì)，其體內(nèi)轉(zhuǎn)運需要更適宜的載體，以減少核酸酶的破壞和提高其細胞內(nèi)的遞送效率[34]。核酸類基因藥物載體主要可分為病毒載體和非病毒載體兩大類。盡管病毒載體顯示出較高的轉(zhuǎn)染率，但潛在的免疫原性等缺陷限制了其臨床應(yīng)用。而目前研究較多的非病毒載體主要集中在陽離子聚合物、樹狀分子和脂質(zhì)體等帶正電的載體材料，然而，陽離子載體除了在轉(zhuǎn)染率方面略遜于病毒載體外，由于其較強的正電性可對細胞膜產(chǎn)生強破壞性作用，從而還會引起更強的細胞毒性。因此，無機納米粒子作為基因藥物載體的研究備受關(guān)注，為開發(fā)出性能優(yōu)良的基因藥物載體開辟了新途徑。其中，金納米粒已被成功運用于多種核酸的傳遞研究。根據(jù)基因分子與金納米粒的相互作用方式，基因藥物-金納米粒系統(tǒng)主要可分為非共價和共價結(jié)合型兩類。

2.1 非共價結(jié)合型

金納米粒與核酸的非共價結(jié)合主要是利用修飾后帶正電荷的金納米粒與核酸間的相互靜電作用而實現(xiàn)。在這個系統(tǒng)中，金納米粒合成的多樣性為載體設(shè)計提供了更多的選擇，如具單層保護的金納米粒、氨基酸功能化金納米粒、多層修飾的金納米粒等。Han等[35]制備了表面帶有具正電荷的季銨基團單層保護的金納米粒（MMPC），再將其與質(zhì)粒DNA以互補的靜電作用相結(jié)合，制得DNA-MMPC結(jié)合物，并考察了該結(jié)合物在不同條件下的穩(wěn)定性。結(jié)果顯示，DNA-MMPC結(jié)合物可保護DNA不被DNA酶Ⅰ降解。而且，此研究團隊還考察了DNA-MMPC結(jié)合物在細胞內(nèi)外不同GSH水平下的穩(wěn)定性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該結(jié)合物能在細胞外GSH水平下保持穩(wěn)定狀態(tài)，而在細胞內(nèi)GSH水平下則可釋放出DNA[36]。這說明，環(huán)境GSH水平可調(diào)控DNAMMPC結(jié)合物中DNA的釋放。這一研究結(jié)果提示了一個控制DNA-MMPC結(jié)合物中DNA釋放的新途徑，并展現(xiàn)了金納米粒在基因藥物傳遞系統(tǒng)中作為轉(zhuǎn)運載體的應(yīng)用前景。

Kim等[37]在金納米粒上連接生物可降解的谷氨酸作為骨架，再連接上陽離子型三乙四胺（TETA）分子，并將TETA與陰離子型小分子干擾RNA（siRNA）通過互補的靜電作用結(jié)合，獲得siRNA-金納米粒結(jié)合物，并通過瓊脂糖凝膠阻滯實驗考察了該結(jié)合物中樹枝化的金納米粒與陰離子型siRNA結(jié)合的最適比例。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該結(jié)合物中金納米粒與siRNA的比例為2時，可最有效地抑制基因表達，導(dǎo)致約50%的基因沉默，且無細胞毒性。

Ryou等[38]報道，采用一種單鏈DNA寡核苷酸功能化的金納米粒來轉(zhuǎn)運短發(fā)夾RNA（shRNA），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該功能化金納米粒能成功將shRNA轉(zhuǎn)運至2種不同細胞（HEK293和HeLa細胞）中，有效抑制靶基因的表達。

層層修飾技術(shù)的出現(xiàn)為構(gòu)建基因藥物-金納米粒系統(tǒng)提供了一個新策略，采用這種技術(shù)合成的均勻分散的納米粒作為載體能有效實現(xiàn)核酸的細胞內(nèi)轉(zhuǎn)運。Elbakry等[39]便應(yīng)用層層修飾技術(shù)，首先把11-巰基十一酸（MUA）通過S—Au鍵結(jié)合到金納米粒表面，以方便后續(xù)層的修飾；然后將納米粒加入帶相反電荷的聚電解質(zhì)溶液，即相對分子質(zhì)量為25 000的聚乙烯亞胺（PEI）溶液中，隨之再加入含21個堿基的雙鏈siRNA，合成siRNA/PEI-AuNPs；最后將PEI覆蓋到納米粒最外層，制得 PEI/siRNA/PEIAuNPs。實驗結(jié)果表明，與檸檬酸保護的金納米粒相比，siRNA/PEI-AuNPs 和PEI/siRNA/PEI-AuNPs的細胞攝取率更高，且PEI/siRNA/PEI-AuNPs的細胞毒性與其中PEI含量無關(guān)。

2.2 共價結(jié)合型

金納米粒與核酸以共價鍵方式結(jié)合，主要是通過在不影響核酸的活性條件下先對核酸進行修飾，再將核酸以S—Au鍵結(jié)合于金納米粒表面。研究表明，此種共價結(jié)合型基因藥物-金納米粒系統(tǒng)也是一種細胞內(nèi)基因藥物傳遞的有效形式[40]。球形核酸（SNA）是一種新型單體基因調(diào)節(jié)材料，可調(diào)節(jié)細胞轉(zhuǎn)染和基因抑制。Choi等[41]把SNA共價連接到金納米粒表面，制得SNA-金納米粒結(jié)合物。實驗研究顯示，該結(jié)合物可有效進入50種不同類型的細胞，為克服基因轉(zhuǎn)染過程中轉(zhuǎn)染介質(zhì)的限制提供了新的研究方向；該結(jié)合物是通過細胞質(zhì)膜微囊旁路途徑進入細胞，且與線性RNA相比，SNA與細胞膜上受體的親和性更強。為了提高SNA-金納米粒結(jié)合物的細胞選擇性，Zhang等[42]先以非共價方式將抗體與SNA連接，再將獲得的SNA-抗體結(jié)合物共價連接到金納米粒表面，構(gòu)建了抗體-SNA-金納米粒結(jié)合物。實驗數(shù)據(jù)表明，與連接單純的SNA相比，金納米粒表面連接了SNA-抗體結(jié)合物后，可有效提高其細胞選擇性和細胞攝取率，更有效地作用于靶基因。

3 結(jié)語

金納米粒具有低毒性、低免疫原性、生物相容性好、體表面積大、易制備、粒徑和形態(tài)可控、表面易修飾等優(yōu)點，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和藥物傳遞系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。本文主要概述了金納米粒的特性及其在小分子藥物和基因藥物傳遞系統(tǒng)中的應(yīng)用研究新進展。目前金納米粒作為小分子藥物和基因藥物傳輸載體的應(yīng)用研究已逐漸從細胞水平發(fā)展至動物水平，而其臨床應(yīng)用的研究與開發(fā)還有待于進一步推進。

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