劉澤員，郭亮亮，張 靜

（鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院，鄭州450001）

富勒烯結(jié)構(gòu)完美、性能穩(wěn)定，在能源、環(huán)境、高效催化、生物醫(yī)藥、量子計(jì)算以及日常生活中都有廣泛應(yīng)用，由Kroto等［1］于1985年在激光蒸發(fā)石墨的過程中首先發(fā)現(xiàn)。富勒烯在醫(yī)藥領(lǐng)域具有很大應(yīng)用潛力，是因?yàn)楦焕障┚哂泻軓?qiáng)的光動力活性、清除自由基活性，并可以作為基因載體及藥物載體，這使得它能在治療腫瘤及由氧化應(yīng)激導(dǎo)致的疾病等方面發(fā)揮重要作用。但其自身存在以下缺點(diǎn)：①在水和極性溶劑中的溶解性極差；②對細(xì)胞產(chǎn)生毒性；③腫瘤靶向能力差。這些缺點(diǎn)成為限制富勒烯在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用的瓶頸，因此克服這些缺點(diǎn)能使富勒烯在醫(yī)藥領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。

目前改善富勒烯水溶性較為常用的方法有以下3種：（1）超聲制備富勒烯水溶膠；（2）制備富勒烯的水溶性包結(jié)物；（3）引入功能基團(tuán)進(jìn)行球外修飾，即在富勒烯碳籠表面結(jié)合水溶性基團(tuán)，如添加羥基、羧基、氨基等合成富勒烯衍生物。而其中富勒烯衍生物不僅具有富勒烯的良好特性，并且還具有較好水溶性、低毒性及對腫瘤的良好靶向性等優(yōu)點(diǎn)，這使其在包括抗腫瘤、藥物載體、抗菌、抗氧化應(yīng)激等方面具有很大應(yīng)用前景。本文從富勒烯及其衍生物在調(diào)控腫瘤微環(huán)境上發(fā)揮的重要作用出發(fā)，分別介紹了它們在藥物載體、光動力療法及抗氧化應(yīng)激方面的應(yīng)用研究進(jìn)展。

1 抗腫瘤——調(diào)控腫瘤微環(huán)境

腫瘤微環(huán)境是由腫瘤細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)等構(gòu)成的局部穩(wěn)態(tài)環(huán)境，為腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、侵襲、轉(zhuǎn)移等提供物質(zhì)基礎(chǔ)。當(dāng)微環(huán)境中的基質(zhì)細(xì)胞被腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)化時會在周圍產(chǎn)生細(xì)胞因子及基質(zhì)降解酶，通過誘生新生血管、抑制免疫反應(yīng)促進(jìn)腫瘤發(fā)展［2］。C60（OH）22（富勒醇）、Gd＠C82（內(nèi)包釓金屬富勒烯）與Gd＠C82（OH）22（內(nèi)包釓金屬富勒醇）具有調(diào)控腫瘤微環(huán)境而不直接“殺死”腫瘤細(xì)胞的能力。近幾年，對這3種富勒烯衍生物納米顆粒作為藥物在靶向調(diào)控腫瘤微環(huán)境上的最新研究主要集中在：①抑制腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)化間質(zhì)細(xì)胞；②監(jiān)禁腫瘤細(xì)胞并抑制其侵襲轉(zhuǎn)移；③抑制腫瘤新生血管形成并破壞其已有血管；④克服免疫耐受、激活免疫反應(yīng)。

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BDMSCs）可被招募到腫瘤中構(gòu)成腫瘤微環(huán)境并轉(zhuǎn)化為惡性細(xì)胞，反過來BDMSCs可通過細(xì)胞因子激發(fā)細(xì)胞信號通路來促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移。Nie等［3］發(fā)現(xiàn)BDMSCs和4T1乳腺癌細(xì)胞之間的這種相互作用能被C60（OH）22納米顆粒減弱或阻斷，C60（OH）22通過調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境中的ERK、p38-MAPK及其下游的NF-κB信號通路抑制惡性分化的BDMSCs（ERK：細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶，p38-MAPK：p38蛋白激酶，NF-κB：一個轉(zhuǎn)錄因子蛋白家族），最終達(dá)到抑制4T1腫瘤細(xì)胞生長和轉(zhuǎn)移的目的。

腫瘤細(xì)胞在侵襲和轉(zhuǎn)移過程中須穿透基底膜和細(xì)胞外基質(zhì)，合成并分泌基質(zhì)降解酶以降解細(xì)胞外基質(zhì)。這是腫瘤細(xì)胞實(shí)現(xiàn)侵襲和轉(zhuǎn)移的重要步驟?；|(zhì)金屬蛋白酶（MMP）屬于基質(zhì)降解酶的一種，Meng等［4］發(fā)現(xiàn) Gd＠C82（OH）22通過構(gòu)成物理屏障能將癌變組織嚴(yán)格限制在原發(fā)部位內(nèi)加以“監(jiān)禁”，同時切斷其與腫瘤微環(huán)境的通信，使MMP的產(chǎn)生受阻，從而降低侵入性腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移力。

血管生成是腫瘤轉(zhuǎn)移的前提和基礎(chǔ)，血管還可作為腫瘤轉(zhuǎn)移的通道，并為腫瘤生長增殖提供營養(yǎng)物質(zhì)，故通過阻止腫瘤血管新生、破壞腫瘤已有血管能夠切斷腫瘤營養(yǎng)供應(yīng)并最終殺滅之。Sun等［5］發(fā)現(xiàn) C60（OH）22能通過抑制 MMP2、MMP9、HDAC1和HDAC2酶的活性以及缺氧誘導(dǎo)因子（HIF-1α）和血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）的表達(dá)，進(jìn)一步抑制人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞異種移植的小鼠體內(nèi)的血管生成。研究人員利用腫瘤血管的異常泄漏性，在Gd＠C82或Gd＠C82與丙氨酸的納米復(fù)合物滲出腫瘤血管的時候通過射頻照射誘導(dǎo)它們發(fā)生相轉(zhuǎn)移，使其尺寸擴(kuò)張進(jìn)而破壞腫瘤血管，最終導(dǎo)致腫瘤缺血性壞死和萎縮［6－7］。

研究發(fā)現(xiàn)，處于腫瘤微環(huán)境中與腫瘤有關(guān)的免疫細(xì)胞（如吞噬細(xì)胞、T細(xì)胞亞群等）不僅不發(fā)揮免疫作用，反而會通過微環(huán)境中的各種免疫抑制因子、細(xì)胞因子產(chǎn)生免疫耐受并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的發(fā)展，因此須調(diào)節(jié)并激活免疫反應(yīng)使免疫系統(tǒng)對腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生免疫作用。Chen等［8］發(fā)現(xiàn) Gd＠C82（OH）22可以通 過 TLRs／MyD88／NF-κB（TLRs：Toll樣 受 體，MyD88：髓樣分化因子）途徑和NLRP3炎性小體的激活，來刺激巨噬細(xì)胞分泌IL-1β免疫因子。Tang等［9］研究了 C60（OH）22和 Gd＠C82（OH）22對巨噬細(xì)胞的調(diào)控能力，發(fā)現(xiàn)兩者能活化體內(nèi)巨噬細(xì)胞，增強(qiáng)其線粒體代謝和吞噬作用，并促進(jìn)其釋放由NF-κB介導(dǎo)的多種細(xì)胞因子，從而克服免疫耐受，成功抑制肺腫瘤細(xì)胞的生長和轉(zhuǎn)移，且Gd＠C82（OH）22對腫瘤細(xì)胞的抑制作用要優(yōu)于C60（OH）22。

2 應(yīng)用于藥物載體

C60作為藥物載體的優(yōu)點(diǎn)：①有30個雙鍵，可根據(jù)需要接上多種基團(tuán)進(jìn)行功能化修飾；②其獨(dú)特的碳籠結(jié)構(gòu)使得其能夠輕易被制成微球、微囊、納米粒、脂質(zhì)體（即囊泡）等；③其具有光敏活性，在體內(nèi)給藥的同時還可以進(jìn)行光動力治療。這些優(yōu)點(diǎn)使其能成為優(yōu)良藥物載體實(shí)現(xiàn)對藥物在體內(nèi)的靶向定位及緩控釋釋放。通常來說，C60及其衍生物負(fù)載藥物的方法按照與藥物的結(jié)合方式主要分為物理結(jié)合法和化學(xué)結(jié)合法，并且其負(fù)載藥物后不僅可以通過納米化實(shí)現(xiàn)被動分布發(fā)揮靶向作用，更可以通過物理化學(xué)靶向或主動靶向方式等實(shí)現(xiàn)藥物對體內(nèi)病變部位的靶向治療。

2.1 被動靶向

被動靶向是利用納米藥物的高通透性和滯留效應(yīng)（EPR效應(yīng)）實(shí)現(xiàn)在實(shí)體瘤中的靶向分布從而達(dá)到治療腫瘤的目的。Lin等［10］用中空納米囊與雙親官能化富勒烯衍生物（C60R5Cl，R＝4-氨基丁酸／谷氨酸或苯丙氨酸的甲酯）進(jìn)行雙層殼合成及自組裝，制備成尺寸為80～135 nm的囊泡，然后將氟尿嘧啶、環(huán)磷酰胺和順鉑等抗腫瘤藥物通過透析法負(fù)載于該延遲釋放載體（結(jié)構(gòu)如圖1所示），并揭示了R對囊泡載藥量和釋放藥物速率／量的影響。Li等［11］開發(fā)了 C60-phe-PLA給藥系統(tǒng)（phe：L-苯丙氨酸、PLA：聚乳酸），然后利用分散-溶劑擴(kuò)散法將甲氨蝶呤（MTX）吸附其上并通過自組裝形成微球，這種基于富勒烯的多功能藥物微球具有緩釋、持續(xù)釋放藥物的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)表明該微球?qū)τ诰植磕[瘤治療具有巨大潛力。Jovic＇等［12］將富勒醇與阿霉素（DOX）以非共價鍵結(jié)合得到一種新型納米藥物遞送系統(tǒng)（圖2），在之后的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)其可以增加腫瘤細(xì)胞對DOX的攝取，并以損傷DNA的方式抑制乳腺癌細(xì)胞增殖，最后又通過斑馬魚胚胎毒性試驗(yàn)證實(shí)了其自身的毒性得到降低。研究人員分別將C60以直接羧化、連接甘氨酸的方式得到含有游離羧基的中間體，然后?；⑼ㄟ^酯鍵與多西他賽（DTX）綴合［13－14］，而 Thotakura等［15］將天冬氨酸連接在富勒醇上，并由酯化反應(yīng)連接DTX，最后均得到負(fù)載DTX的C60衍生物納米給藥系統(tǒng)（3種物質(zhì)結(jié)構(gòu)式如圖3所示），實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)它們均具有優(yōu)異的藥物釋放效果及治療效果。

Figure 1 Vesicle structure of C60 R5 Cl［10］

Figure 2 Polar interaction between fullerol and doxorubicin（DOX）

Figure 3 Chemical structure of three kinds of C60-DTX（docetaxel）

2.2 物理化學(xué)靶向

物理化學(xué)靶向是應(yīng)用某些物理化學(xué)方法使靶向制劑在特定部位靶向分布的方法，這類靶向制劑如磁性靶向制劑、熱敏靶向制劑及pH敏感型靶向制劑等。

磁性靶向制劑是一種以體外磁場為導(dǎo)向?qū)崿F(xiàn)自身在體內(nèi)靶向分布的制劑。Wang等［16］制備出了 C60＠CTAF／DNA／HA-SS-COOH雙響應(yīng)磁性靶向給藥系統(tǒng)（如圖4所示，CTAF：一種磁性表面活性劑，HA-SS-COOH結(jié)構(gòu)如圖5所示），并通過靜電作用將DOX負(fù)載于DNA上。

Figure 4 Schematic illustration of C60＠CTAF／DNA／HA-SS-COOH and its dosing［16］

Figure 5 Chemical structure of HA-SS-COOH

該系統(tǒng)能夠在外界磁場作用下“走動”并到達(dá)腫瘤部位，而腫瘤中的谷胱甘肽（GSH）能切斷HASS-COOH上的二硫鍵，最終導(dǎo)致負(fù)載的DOX快速釋放。Shi等［17］首先合成出C60-IONP-PEG復(fù)合物（IONP：氧化鐵納米顆粒，PEG：聚乙二醇），又通過吸附法將血卟啉單甲醚（HMME）負(fù)載其上，得到了C60-IONP-PEG／HMME藥物遞送系統(tǒng)（圖6），其在腫瘤治療中具有良好的磁靶向性。

熱敏靶向制劑與pH敏感型靶向制劑分別是依靠體內(nèi)某些部位或病變區(qū)的特殊溫度、pH實(shí)現(xiàn)靶向定位的一類制劑。Shi等［18］將DOX通過對pH敏感的腙鍵與富勒烯聚乙烯亞胺衍生物（C60-PEI）相連接形成C60-PEI-DOX給藥系統(tǒng)，該系統(tǒng)中與DOX連接的腙鍵能發(fā)揮靶向作用，腙鍵對酸性條件比較敏感，能于腫瘤的酸性環(huán)境下發(fā)生斷裂并釋放所負(fù)載的DOX，進(jìn)而達(dá)到靶向治療腫瘤的目的。由于腫瘤細(xì)胞對高熱敏感且散熱性差的原因使高溫對腫瘤具有靶向功效，射頻熱療能促進(jìn)富勒烯衍生物載藥體系更多地滲透進(jìn)入腫瘤細(xì)胞［19］。Shi等［20］之后又研發(fā)了一種C60＠Au-PEG／DOX熱敏靶向藥物輸送系統(tǒng)（圖7），運(yùn)用射頻消融技術(shù)能使其發(fā)揮靶向作用并很好地釋放包埋其上的DOX。Du等［21］開發(fā)了一種以射頻消融技術(shù)觸發(fā)藥物釋放的C60-Fe3O4-PEG2000／DTX納米脂質(zhì)體給藥系統(tǒng)，該多功能脂質(zhì)體具有溫度敏感性，對磁場響應(yīng)性強(qiáng)，能通過熱、磁的雙重響應(yīng)靶向作用于腫瘤細(xì)胞。

Figure6 Schematic illustration of C60-IONP-PEG／HMME［17］

2.3 主動靶向

主動靶向是一種依靠腫瘤細(xì)胞表面特異表達(dá)、過量表達(dá)的受體或轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中關(guān)鍵的酶實(shí)現(xiàn)體內(nèi)藥物靶向分布的方法。由于葉酸受體在許多惡性腫瘤細(xì)胞中顯著高表達(dá)，具有組織特異性，故葉酸（FA）能與腫瘤細(xì)胞上的葉酸受體特異性結(jié)合進(jìn)而發(fā)揮靶向作用。Shi等［22－23］首先合成出 C60-PEIFA復(fù)合物，然后通過物理方法負(fù)載DTX，得到了C60-PEI-FA／DTX給藥系統(tǒng)（如圖8所示），實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)對腫瘤具有良好的治療效果。之后又開發(fā)了一種具有精確控制釋放能力的“隨動”型C60-DOX-NGR納米藥物輸送系統(tǒng)（圖9），其中的DOX與富勒烯衍生物通過酰胺鍵連接，靶向分子NGR肽是一種能與腫瘤新生血管中αv整聯(lián)蛋白特異性結(jié)合的模體，有較強(qiáng)腫瘤靶向能力，能引導(dǎo)整個給藥系統(tǒng)到達(dá)腫瘤部位。通過532 nm激光“打開”該系統(tǒng)會使C60產(chǎn)生大量活性氧（ROS）分子從而導(dǎo)致ROS敏感型連接體（硫代縮酮）斷裂，所負(fù)載的DOX則被突然釋放作用于腫瘤細(xì)胞。青蒿琥酯（AS）是一種抗瘧疾藥物，對腫瘤細(xì)胞也具有鐵依賴性細(xì)胞毒作用，Zhang等［24］將透明質(zhì)酸（HA）與靶向分子轉(zhuǎn)鐵蛋白（Tf）接枝到富勒烯上，然后將AS吸附其上，得到具有腫瘤靶向功效的HA-C60-Tf／AS多功能藥物傳遞系統(tǒng)。由于大多數(shù)腫瘤細(xì)胞會在細(xì)胞表面高度表達(dá)轉(zhuǎn)鐵蛋白受體（TfR）從而攝取大量Fe3＋完成增殖，而TfR具有靶向結(jié)合Fe3＋的特異性，故該給藥系統(tǒng)可利用這種靶向關(guān)系作用于高吸鐵量的腫瘤細(xì)胞。

Figure 7 Schematic illustration of C60＠Au-PEG／DOX［20］

Figure 8 Schematic illustration of C60-PEI-FA／DTX［22］

3 應(yīng)用于光動力療法

光動力療法（PDT）是一種光敏劑（PS）在光照下產(chǎn)生ROS如單線態(tài)氧、羥基自由基、超氧陰離子或者其他因子從而殺死細(xì)胞和微生物進(jìn)行疾病治療的新療法，該療法可以用來治療腫瘤和包括牛皮癬、特應(yīng)性皮炎、脂溢性皮炎等在內(nèi)的皮膚性疾病。通常，光動力療法機(jī)制包括：①Ⅰ型反應(yīng)，光敏劑分子吸光后由基態(tài)躍遷至短壽命的單重激發(fā)態(tài)，而后竄到長壽命的三重激發(fā)態(tài)并與底物發(fā)生抽氫反應(yīng)或電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，生成氧自由基或自由基離子；②Ⅱ型反應(yīng)，處于三重激發(fā)態(tài)的光敏劑分子與氧氣發(fā)生作用，生成單線態(tài)氧。

Figure9 Schematic illustration of C60-DOX-NGR［23］

富勒烯及其衍生物作為PS能顯示出較獨(dú)特的生物學(xué)活性，是因?yàn)椋孩俟夥€(wěn)定性強(qiáng)，光漂白少；②其可以在可見光、紫外光甚至近紅外光的激發(fā)下，通過Ⅰ型反應(yīng)或Ⅱ型反應(yīng)機(jī)制轉(zhuǎn)換為三線態(tài)（量子產(chǎn)率很高，可達(dá)100%），產(chǎn)生ROS分子且單線態(tài)氧的產(chǎn)率可達(dá)100%，高于目前被用于臨床的光敏劑血卟啉；③其通過多種方式的化學(xué)修飾之后可具備靶向體內(nèi)病變部位的能力，從而避免對體內(nèi)正常組織的破壞，最大限度減少避光時對身體正常部位的損害。富勒烯及其衍生物產(chǎn)生的ROS分子不僅能攻擊腫瘤細(xì)胞的蛋白質(zhì)、類脂和核酸等生物大分子，對腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生較強(qiáng)直接殺傷作用，還能對細(xì)菌產(chǎn)生較強(qiáng)滅活作用，因此具有較高的研究價值。

3.1 光動力抗腫瘤

新近研究中，Herreros-López等［25］將兩種氨基富勒烯衍生物（C60-LC-NH2和C60-SC-NH2）共價接枝到氧化納米晶纖維素（NCC-COOH）上形成NCCLC-C60和NCC-SC-C60的膠體懸浮液，又將異硫氰酸熒光素（FITC）和 C60-LC-NH2共價連接在 NCCCOOH表面上形成NCC-LC-C60-FITC，得到這3種新的NCC-C60雜合體（如圖10）。進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這些NCC-C60雜合體均具有光敏特性，在光照作用下可產(chǎn)生ROS分子，對人乳腺癌細(xì)胞具有良好的抑制作用。

白血病是一類造血干細(xì)胞惡性克隆性疾病，運(yùn)用化療藥物治療過程中會使白血病細(xì)胞產(chǎn)生多藥耐藥性，因此逆轉(zhuǎn)白血病細(xì)胞的多藥耐藥性并提高其敏感性是提高化療療效的重要手段。Franskevych等［26］制得了 C60-RITC（RITC：羅丹明 B異硫氰酸酯）共價綴合物，研究發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)在光動力下產(chǎn)生的ROS分子不僅會對白血病細(xì)胞發(fā)揮光毒性作用，還會通過誘導(dǎo)線粒體凋亡的途徑逆轉(zhuǎn)白血病細(xì)胞對順鉑的耐藥性。Shi等［27］研究出了一種C60-IONP-PEG-FA復(fù)合物，其能夠在磁-葉酸受體雙重靶向作用下到達(dá)腫瘤部位，從而可以用于光動力治療腫瘤及腫瘤成像等，實(shí)驗(yàn)表明其對腫瘤細(xì)胞具有較強(qiáng)的殺傷作用。

Figure 10 Synthesis of NCC-C60［25］

由于富勒烯作為PS對近紅外區(qū)域的光譜吸收差，因而受到很大限制。隨著研究不斷深入，富勒烯與傳統(tǒng)PS形成的復(fù)合物不斷涌現(xiàn)，這類富勒烯衍生物對近紅外區(qū)域（NIR）的光譜吸收能力較強(qiáng)。Li等［28］合成了新型 GO-C60雜化物（結(jié)構(gòu)如圖 11，GO：石墨烯氧化物），GO具有光熱活性，在近紅外區(qū)域表現(xiàn)出強(qiáng)烈的吸收，能對腫瘤進(jìn)行光熱治療。GO能將C60的吸收區(qū)域擴(kuò)展到近紅外區(qū)域，使C60實(shí)現(xiàn)了近紅外光照射的光動力治療。在光照后，細(xì)胞活力在GO-C60中降低最快，7 min照射下細(xì)胞活力僅為58.5%。這可歸因于GO-C60可以同時產(chǎn)生ROS分子和熱量，提供雙重效果殺死腫瘤細(xì)胞。Guan等［29－30］報道了一種 UCNP-PEG-FA／PC70納米復(fù)合物（UCNP：上轉(zhuǎn)換納米粒子，PC70：三甲基吡啶基卟啉-富勒烯C70），它能克服PDT中光照穿透深度不足和微環(huán)境缺氧的情況，且能在FA主動靶向作用下積累在腫瘤部位。之后又報道了一種能用于腫瘤成像和PDT的TFC70-OEG2-Ce6納米囊泡（TFC70：三丙二酸富勒烯 C70，OEG2：1，10-二氨基-4，7-二氧雜癸烷，Ce6：二氫卟吩 e6），其具有以下優(yōu)勢：①Ce6的高負(fù)載率（質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)57%）；②在NIR內(nèi)能有效吸收；③提高體外及體內(nèi)的細(xì)胞攝取率；④增強(qiáng)腫瘤成像和PDT效率；⑤良好的生物相容性和全身清除率。

Figure 11 Chemical structure of GO-C60

3.2 光動力抗微生物

在傳統(tǒng)的基于革蘭陰性菌的靶向方法中：由于細(xì)菌外層膜上的脂多糖帶有的高密度負(fù)電荷會產(chǎn)生陰離子屏蔽現(xiàn)象，導(dǎo)致光動力滅菌效率降低，使革蘭陰性菌對光動力滅活產(chǎn)生抗性；在沒有給電子基的條件下，普通的富勒烯衍生物類光敏劑（FPS）僅能于Ⅱ型反應(yīng)中得到單線態(tài)氧作為主要ROS分子，因而其殺傷能力有限。Yin等［31］開發(fā)了3種新型C60衍生物和（分別簡寫為LC14、LC15和LC16，結(jié)構(gòu)如圖12所示）。這3種C60衍生物可以實(shí)現(xiàn)：①因具有大量季銨陽離子，會靶向定位于革蘭陰性菌，并在光誘導(dǎo)下產(chǎn)生ROS殺傷革蘭陰性菌，使光動力滅活革蘭陰性菌變得更有效；②在紫外線（UVA，波長320～420 nm）或白光波長照射下，既能產(chǎn)生Ⅱ型單線態(tài)氧，也能產(chǎn)生Ⅰ型羥基自由基，作用于多種耐藥細(xì)菌如耐藥革蘭陽性菌，增強(qiáng)殺傷能力與范圍。Yin等［32］還研究了以上3種FPS在通過UVA或白光激發(fā)后產(chǎn)生活性氧的相對能力，并使用耐甲氧西林金黃色葡萄球菌，大腸埃希菌和白色念珠菌進(jìn)行抑菌作用測試，發(fā)現(xiàn)含有近紅外“光吸收天線”的LC15是最強(qiáng)大的廣譜抗菌FPS，其次是LC16，LC14最弱，并發(fā)現(xiàn)該過程中，Ⅰ型電子轉(zhuǎn)移機(jī)制得到強(qiáng)化，提高了光動力下上述FPS殺死微生物的能力；于無氧條件下添加疊氮陰離子會大大增強(qiáng)抑菌效果。

Grinholc等［33］發(fā)現(xiàn)單-N-甲基吡咯烷鎓富勒烯碘化物（如圖13所示）在光照射下對大腸埃希菌、綠膿桿菌、金黃色葡萄球菌和白色念珠菌具有殺傷作用。體外研究發(fā)現(xiàn)，該C60衍生物于黑暗條件下不會對大腸埃希菌和白色念珠菌產(chǎn)生毒性抑制作用，在光照下會產(chǎn)生活性氧破壞細(xì)菌細(xì)胞膜，抑制所有細(xì)菌且對葡萄球菌產(chǎn)生高度抑制性。Ballatore等［34］通過在氧化銦電極上電解得到咔唑基取代的TCP-C60復(fù)合膜（TCP：卟啉，結(jié)構(gòu)如圖 14），實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這種復(fù)合膜能在光動力下對金黃色葡萄球菌和大腸埃希菌產(chǎn)生較強(qiáng)滅殺作用，而且它不僅能對水介質(zhì)消毒，還適用于在醫(yī)療條件下控制微生物繁殖，進(jìn)行無菌操作。

4 抗氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激是指體內(nèi)氧化與抗氧化作用失衡，從而產(chǎn)生大量氧化產(chǎn)物如ROS和活性氮（RNS）?；熕幬?、外界輻射及機(jī)體內(nèi)部生理代謝均會導(dǎo)致氧化應(yīng)激，促使這些氧化產(chǎn)物在體內(nèi)生成并對人體細(xì)胞造成損傷，這被認(rèn)為是導(dǎo)致疾病和衰老的一個重要因素。富勒烯不但具有在光動力下產(chǎn)生ROS分子使細(xì)胞損傷或凋亡的能力，還擁有猝滅ROS分子、清除自由基、抗氧化應(yīng)激從而發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)作用的能力，這是因?yàn)楦焕障碛写罅刻继茧p鍵和LUMO軌道，可以很好地吸收電子并與自由基反應(yīng)，然后除去它們。科學(xué)研究表明，富勒烯具有非常強(qiáng)的抗氧化能力，是維生素C的125倍，被稱為“自由基海綿”?；诖?，不但可以將富勒烯制備成具有光動力抗腫瘤作用和抗菌作用的富勒烯衍生物，也可以開發(fā)成具有細(xì)胞保護(hù)作用的富勒烯衍生物。根據(jù)其抗氧化應(yīng)激應(yīng)用富勒烯衍生物的作用如下：①對化療、外源性輻射的防護(hù)作用；②對內(nèi)源性生理代謝的保護(hù)作用。

Figure 12 Chemical structures of LC14，LC15 and LC16

Figure 13 Chemical structure of N-methylpyrrolidinium fullerene iodide salts

Figure 14 Chemical structure of TCP-C60

4.1 對化療、外源性輻射的防護(hù)作用

在化療過程中，由于藥物的毒性機(jī)體會產(chǎn)生有害的ROS，因此，需要進(jìn)行化療防護(hù)。Zhou等［35］通過固液法制備了兩種新型的C60-OH與C70-OH，并對其抗氧化活性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)體外或體內(nèi)狀態(tài)下C70-OH在抗DOX誘導(dǎo)的肝臟毒性中均表現(xiàn)出優(yōu)于C60-OH的清除ROS活性，故C70-OH在化療防護(hù)中的自由基清除能力要優(yōu)于C60-OH。

電離輻射的種類很多，如α、β、γ射線和各類X射線，機(jī)體受到電離輻射后會產(chǎn)生自由基對機(jī)體造成傷害。Krokosz等［36］研究了在氧氣和 C60（OH）～30納米顆粒的存在下，X射線輻射對醇脫氫酶（ADH）活性的影響，發(fā)現(xiàn)與不含富勒醇的ADH相比，含有75 mg／mL富勒醇的ADH在輻射下滅活產(chǎn)率降低20%。在輻射條件下，50%的羥基自由基與富勒醇反應(yīng)，另外50%與ADH反應(yīng)，由此可認(rèn)為富勒醇對ADH的輻射保護(hù)作用主要是由富勒醇的清除作用產(chǎn)生。

非電離輻射包括紫外線、光線、紅內(nèi)線等輻射，如紫外輻射會對人體皮膚造成傷害，可發(fā)生皮膚老化、光照性皮炎甚至皮膚癌。Awan等［37］首次將C60（OH）30共軛到纖維素納米晶體（CNC）表面，并利用2，2-二苯基-1-苦肼基（DPPH，一種評價物質(zhì)抗氧化能力的試劑）檢驗(yàn)了該納米雜合物的抗氧化性能，發(fā)現(xiàn)其具有良好的抗氧化性能，可以很好地清除自由基，在抵御紫外線、保護(hù)人體皮膚方面作用良好。

4.2 對內(nèi)源性生理代謝的保護(hù)作用

富勒烯及其衍生物能夠在諸如神經(jīng)變性疾病（如帕金森病，阿爾茨海默病和肌營養(yǎng)不良性側(cè)索硬化癥）、過敏性腦脊髓炎、動脈粥樣硬化、關(guān)節(jié)炎和骨質(zhì)疏松等許多由氧化應(yīng)激而導(dǎo)致的疾病方面起重要作用［38－39］。新近研究中，Huang等［40］合成了一種新的水溶性還原型谷胱甘肽富勒烯衍生物（C60-GSH，結(jié)構(gòu)如圖15），并研究了其對H2O2誘導(dǎo)HEK 293T細(xì)胞產(chǎn)生氧化應(yīng)激及凋亡的保護(hù)作用。C60-GSH會通過HEK 293T細(xì)胞中由H2O2激活的Bcl-2／Bax-caspase-3信號通路抑制細(xì)胞內(nèi)鈣調(diào)動和細(xì)胞凋亡，最終達(dá)到清除H2O2，提高細(xì)胞活力，保持細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)從而保護(hù)細(xì)胞的目的。由于肌肉疲勞期間內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)會被激活，使還原型谷胱甘肽和過氧化氫酶的活性增加而導(dǎo)致TBARS指標(biāo)（一種用來評估脂質(zhì)氧化程度的指標(biāo)）和H2O2含量下降。Prylutskyy等［41］發(fā)現(xiàn) C60膠體水溶液（C60FAS）能通過清除自由基作用同樣使這兩者降低，并縮短肌肉收縮恢復(fù)時間，增加肌肉耐力，最終減弱由活性氧造成的骨骼肌肉疲勞。

Figure 15 Chemical structure of C60-GSH

衰老在很大程度上與體內(nèi)多余的自由基有關(guān)聯(lián)，而富勒烯及其衍生物不僅能對紫外線下的皮膚起到抗衰老作用，也能夠?qū)ι矬w內(nèi)部生理性衰老現(xiàn)象起到抑制作用。研究表明，ROS分子生成和對氧化應(yīng)激的應(yīng)答（包括應(yīng)激反應(yīng)基因的表達(dá)）都是確定生物體壽命的關(guān)鍵因素。Baati等［42］對經(jīng)四氯化碳中毒的實(shí)驗(yàn)小鼠連續(xù)7個月喂食溶解有富勒烯的橄欖油，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，小鼠不僅沒有出現(xiàn)明顯的中毒等不良反應(yīng)，而且其平均壽命從2年延長到了5年。DAF-16基因是調(diào)節(jié)長壽的主要轉(zhuǎn)錄因子，Cong等［43］發(fā)現(xiàn)在氧化脅迫條件下富勒醇通過抗氧化應(yīng)激作用，不僅可以清除體內(nèi)活性氧，還能以調(diào)控DAF-16的方式增加脅迫相關(guān)基因mRNA的表達(dá)、上調(diào)胞外過氧化物歧化酶編碼基因（SOD-3）和熱休克蛋白基因（HSP-16.2）的表達(dá)，從而延長秀麗隱桿線蟲的壽命。

5 展 望

富勒烯及其衍生物的發(fā)展已經(jīng)日趨成熟，但尚有一些問題亟待解決，如毒性問題，雖然通過化學(xué)修飾之后能減弱部分毒性，但卻不能得到令人滿意的結(jié)果，所以其用于體內(nèi)給藥還存在一定的風(fēng)險及隱患。目前學(xué)術(shù)界對富勒烯及其衍生物的毒性來源、毒性強(qiáng)弱的看法存在很大爭議，相信隨著技術(shù)的發(fā)展與改進(jìn)終會解決這個問題。本文詳述了富勒烯及其衍生物在抗腫瘤方面的應(yīng)用，實(shí)際上，富勒烯及其衍生物還可以用于提高微波熱療對腫瘤的靶向性并減少其對周圍組織細(xì)胞的損傷［44］。由此可見，隨著人類的不斷研究與發(fā)現(xiàn)，富勒烯及其衍生物將會在更多的抗腫瘤方法中扮演重要的角色。除此之外，富勒烯及其衍生物在細(xì)胞保護(hù)、抗衰老、抗微生物、DNA切割、酶抑制、基因載體、核醫(yī)學(xué)成像、皮膚保健及頭發(fā)滋生等方面也得到更廣泛而重要的應(yīng)用，相信不久將來富勒烯及其衍生物在人類的重大及頑固性疾病的診斷、治療、預(yù)防等方面發(fā)揮更大重要作用。

［1］ Kroto HW，Weath JR，Curl RF，et al．C60：Buckminster fullerene［J］.Nature，1985，318（6042）：162－163.

［2］ Du GJ，Shi XY.New approaches to cancer treatment：targeting the tumormicroenvironment［J］.J Int Pharm Res（國際藥學(xué)研究雜志），2011，38（5）：336－340.

［3］ Nie X，Tang JL，Liu Y，et al．Fullerenol inhibits the cross-talk between bonemarrow-derived mesenchymal stem cells and tumor cells by regulating MAPK signaling［J］.Nanomedicine，2017，13（6）：1879－1890.

［4］ Meng H，Xing GM，Blanco E，et al．Gadolinium metallofullerenol nanoparticles inhibit cancermetastasis throughmatrixmetalloproteinase inhibition：imprisoning instead of poisoning cancer cells［J］.Nanomedicine，2012，8（2）：136－146.

［5］ Sun CD，Wang LM，Gao D，et al．C60（OH）22：a potential histone deacetylase inhibitorwith anti-angiogenic activity［J］.Nanoscale，2016，8（36）：16332－16339.

［6］ Zhen MM，Shu CY，Li J，et al．A highly efficient and tumor vascular-targeting therapeutic technique with size-expansible gadofullerene nanocrystals［J］.Sci China Mater（中國科學(xué)：材料科學(xué)），2015，58（10）：799－810.

［7］ Zhou Y，Deng RJ，Zhen MM，et al．Amino acid functionalized gadofullerene nanoparticles with superior antitumor activity via destruction of tumor vasculature in vivo［J］.Biomaterials，2017，133：107－118.

［8］ Chen ZY，Liu Y，Sun BY，et al．Polyhydroxylated metallofullerenols stimulate IL-1β secretion of macrophage through TLRs／MyD88／NF-κB pathway and NLRP3inflammasome activation［J］.Small，2014，10（12）：2362－2372.

［9］ Tang JL，Chen ZY，Sun BY，et al．Polyhydroxylated fullerenols regulate macrophage for cancer adoptive immunotherapy and greatly inhibit the tumor metastasis［J］.Nanomedicine，2016，12（4）：945－954.

［10］Lin MS，Chen RT，Yu NY，etal．Fullerene-based amino acid ester chlorides self-assembled as spherical nano-vesicles for drug delayed release［J］.Colloids Surf B，2017，159：613－619.

［11］Li Z，Zhang FL，Pan LL，et al．Preparation and characterization of injectablemitoxantrone poly（lactic acid）／fullerene implants for in vivo chemo-photodynamic therapy［J］.J Photochem Photobiol B，2015，149：51－57.

［12］Jovi＇c DS，Seke MN，Djordjevic AN，et al．Fullerenol nanoparticles as a new delivery system for doxorubicin［J］.RSC Advances，2016，6（45）：38563－38578.

［13］Raza K，Thotakura N，Kumar P，et al．C60-fullerenes for delivery of docetaxel to breast cancer cells：a promising approach for enhanced efficacy and better pharmacokinetic profile［J］.Int J Pharm，2015，495（1）：551－559.

［14］Misra C，Thotakura N，Kumar R，et al．Improved cellular uptake，enhanced efficacy and promising pharmacokinetic profile of docetaxel employing glycine-tethered C60-fullerenes［J］.Mater Sci Eng C，2017，76：501－508.

［15］Thotakura N，Sharma G，Singh B，et al．Aspartic acid derivatized hydroxylated fullerenes as drug delivery vehicles for docetaxel：an explorative study［J］.Artif Cells Nanomed Biotechnol，2017：1－10.doi：10.1080／21691401.2017.1392314.

［16］Wang L，Wang YT，Hao JC，et al．Magnetic fullerene-DNA／hyaluronic acid nanovehicles with magnetism／reduction dual-responsive triggered release［J］.Biomacromolecules，2017，18（3）：1029－1038.

［17］Shi JJ，Yu XY，Wang L，et al．PEGylated fullerene／iron oxide nanocomposites for photodynamic therapy，targeted drug delivery and MR imaging［J］.Biomaterials，2013，34（37）：9666－9677.

［18］Shi JJ，Liu Y，Wang L，etal．A tumoralacidic pH-responsive drug delivery system based on a novel photosensitizer（fullerene）for in vitro and in vivo chemo-photodynamic therapy［J］.Acta Biomaterialia，2014，10（3）：1280－1291.

［19］Lapin NA，Krzykawska-Serda M，Dilliard S，et al．The effects of non-invasive radiofrequency electric field hyperthermia on biotransport and biodistribution of fluorescent［60］fullerene derivative in amurine orthotopicmodel of breastadenocarcinoma［J］.JControlled Release，2017，260：92－99.

［20］Shi JJ，Chen ZY，Wang L，et al．A tumor-specific cleavable nanosystem of PEG-modified C60＠Au hybrid aggregates for radio frequency-controlled release，hyperthermia，photodynamic therapy and X-ray imaging［J］.Acta Biomaterialia，2015，29：282－297.

［21］Du B，Han SP，Li HY，et al．Multi-functional liposomes showing radiofrequency-triggered release and magnetic resonance imaging for tumor multi-mechanism therapy［J］.Nanoscale，2015，7（12）：5411－5426.

［22］Shi JJ，Zhang HL，Wang L，et al．PEI-derivatized fullerene drug delivery using folate as a homing device targeting to tumor［J］.Biomaterials，2013，34（1）：251－261.

［23］Shi JJ，Wang BH，Wang L，et al．Fullerene（C60）-based tumortargeting nanoparticles with“off-on”state for enhanced treatment of cancer［J］.JControlled Release，2016，235：245－258.

［24］Zhang HJ，Hou L，Jiao XJ，et al．Transferrin-mediated fullerenes nanoparticles as Fe2＋-dependent drug vehicles for synergistic anti-tumor efficacy［J］.Biomaterials，2015，37：353－366.

［25］Herreros-López A，CariniM，Ros TD，et al．Nanocrystalline cellulose-fullerene：novel conjugates［J］.Carbohydr Polym，2017，164：92－101.

［26］ Franskevych D，Palyvoda K，Petukhov D，et al．Fullerene C60penetration into leukemic cells and its photoinduced cytotoxic effects［J］.Nanoscale Res Lett，2017，12（1）：40.

［27］Shi JJ，Wang L，Gao J，et al．A fullerene-based multi-functional nanoplatform for cancer theranostic applications［J］.Biomaterials，2014，35（22）：5771－5784.

［28］Li Q，Hong L，Li HG，et al．Graphene oxide-fullerene C60（GOC60）hybrid for photodynamic and photothermal therapy triggered by near-infrared light［J］.Biosens Bioelectron，2017，89（Pt 1）：477－482.

［29］Guan MR，Ge JC，Li SM，etal．Multifunctional upconversion-nanoparticles-trismethylpyridylporphyrin-fullerene nanocomposite：a near-infrared light-triggered theranostic platform for imagingguided photodynamic therapy［J］.NPG Asia Mater，2015，7（7）：e205.

［30］ Guan MR，Ge JC，Wu JY，et al．Fullerene／photosensitizer nanovesicles as highly efficient and clearable phototheranostics with enhanced tumor accumulation for cancer therapy［J］.Biomaterials，2016，103：75－85.

［31］Yin R，Wang M，Huang YY，et al．Antimicrobial photodynamic inactivation with decacationic functionalized fullerenes：oxygenindependent photokilling in presence of azide and new mechanistic insights［J］.Free Radical Biol Med，2015，79：14－27.

［32］Zhang YS，Dai TH，Wang M，et al．Potentiation of antimicrobial photodynamic inactivation mediated by a cationic fullerene by added iodide：in vitro and in vivo studies［J］.Nanomedicine（Lond），2015，10（4）：603－614.

［33］Grinholc M，Nakonieczna J，F(xiàn)ila G，et al．Antimicrobial photodynamic therapy with fulleropyrrolidine：photoinactivation mechanism of staphylococcus aureus，in vitro and in vivo studies［J］.Appl Microbiol Biotechnol，2015，99（9）：4031－4043.

［34］Ballatore MB，Durantini J，Gsponer NS，et al．Photodynamic inactivation of bacteria using novel electrogenerated porphyrinfullerene C60polymeric films［J］.Environ Sci Technol，2015，49（12）：7456－7463.

［35］Zhou Y，Li J，Ma HJ，et al．Biocompatible［60］／［70］fullerenols：potent defense against oxidative injury induced by reduplicative chemotherapy［J］.ACS Appl Mater Interfaces，2017，9（41）：35539－35547.

［36］Krokosz A，Grebowski J，Rodacka A，etal．The effectof fullerenol C60（OH） ～30on the alcohol dehydrogenase activity irradiated with X-rays［J］.Radiat Phys Chem，2014，97：102－106.

［37］Awan F，Bulger E，Berry RM，et al．Enhanced radical scavenging activity of polyhydroxylated C60functionalized cellulose nanocrystals［J］.Cellulose，2016，23（6）：3589－3599.

［38］Goodarzi S，Ros TD，Conde J，et al．Fullerene：biomedical engineers get to revisitan old friend［J］.Mater Today，2017，20（8）：460－480.

［39］Dellinger A，Zhou ZG，Connor J，etal．Application of fullerenes in nanomedicine：an update［J］.Nanomedicine，2013，8（7）：1191－1208.

［40］Huang J，Zhou C，He J，et al．Protective effect of reduced glutathione C60derivative againsthydrogen peroxide-induced apoptosis in HEK 293T cells［J］.JHuazhong Univ Sci Technol（華中科技大學(xué)學(xué)報），2016，36（3）：356－363.

［41］ Prylutskyy YI，Vereshchaka IV，Maznychenko AV，et al．C60fullerene as promising therapeutic agent for correcting and preventing skeletalmuscle fatigue［J］.J Nanobiotechnol，2017，15（1）：8.

［42］Baati T，Bourasset F，Gharbi N，et al．The prolongation of the lifespan of rats by repeated oral administration of［60］fullerene［J］.Biomaterials，2012，33（19）：4936－4946.

［43］Cong WS，Wang P，Qu Y，et al．Evaluation of the influence of fullerenol on aging and stress resistance using caenorhabditis elegans［J］.Biomaterials，2015，42：78－86.

［44］Sun MR，Kiourti A，Wang H，et al．Enhanced microwave hyperthermia of cancer cells with fullerene［J］.Mol Pharmaceutics，2016，13（7）：2184－2192.