朱 琳 張春霞

癌癥是世界范圍內(nèi)的公共衛(wèi)生健康問題，具有極高的發(fā)病率和死亡率[1-2]。臨床用于治療癌癥的方法主要有手術(shù)切除、放療和化療等，但是傳統(tǒng)治療后腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移的幾率仍然很高。隨著對腫瘤細(xì)胞增殖、侵襲轉(zhuǎn)移和放化療抵抗機(jī)制的不斷研究，越來越多的證據(jù)表明在乳腺癌[3]、肺癌[4-5]、肝癌[6]、胰腺癌[7]等惡性腫瘤中均存在一類特殊的細(xì)胞群體，稱之為腫瘤干細(xì)胞(Cancer stem cells，CSCs)，它被認(rèn)為是腫瘤發(fā)生發(fā)展、侵襲轉(zhuǎn)移和放化療抵抗的根本原因[8]。納米載藥系統(tǒng)(Nano-drug delivery system，NDDS)具有多種特性，常被用于靶向遞送和緩釋藥物[9]。又因腫瘤細(xì)胞吞噬能力強(qiáng)、病變組織血管豐富、血管內(nèi)皮細(xì)胞間隙大，NDDS更易進(jìn)入腫瘤毛細(xì)血管壁間隙并在腫瘤組織中富集，為根除CSCs提供了新的方法。本文將對CSCs和NDDS的特點(diǎn)以及近年來NDDS在CSCs中的研究進(jìn)展做一綜述。

1 CSCs

CSCs與正常干細(xì)胞相似，不僅能夠快速增殖，還具有多重耐藥、高致瘤性、自我更新和多向分化的潛能[10-11]。雖然僅占腫瘤組織的1%，但多數(shù)CSCs長期處于G0期，傳統(tǒng)的化療藥物只能殺傷增殖期腫瘤細(xì)胞，對G0期CSCs無效，使CSCs得到保護(hù)，逃脫了化療藥物的攻擊，不易被常規(guī)治療所根除。再經(jīng)過一段時(shí)間的增殖、分化形成新的腫瘤，導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)。因此，消滅CSCs是提高化療敏感性，治愈癌癥的有效方法之一。

目前靶向根除CSCs主要有以下幾種方式[12]：(1)通過與CSCs的特異表面標(biāo)志結(jié)合，例如CD133、CD90、CD44、ALDH1、ABCG2等；(2)P13K/AKT/mTOR、Notch、Wnt、Hedgehog等信號通路在多種CSCs常處于異常激活狀態(tài)，針對這些信號通路可有效靶向CSCs；(3)誘導(dǎo)CSCs分化成non-CSCs，使CSCs失去自我更新增殖能力；(4)針對腫瘤微環(huán)境，抑制正常干細(xì)胞轉(zhuǎn)為CSCs。

2 NDDS的特點(diǎn)

納米載體具有尺寸小、比表面積大、表面活性高、可體內(nèi)降解、生物相容性好和無免疫原性等多種特性，并且可以通過表面修飾，增加載藥量和改善藥代動力學(xué)，實(shí)現(xiàn)藥物靶向遞送和緩釋[13-15]。目前NDDS包括以下幾種遞送方式：(1)遞送化療藥物，提高化療藥物在腫瘤組織中的濃度，減少化療藥物對正常組織的毒副作用；(2)遞送基因藥物，增加內(nèi)源性抗腫瘤基因的表達(dá)程度，避免轉(zhuǎn)染效率低導(dǎo)致的脫靶問題；(3)同時(shí)遞送兩種或多種不同功能的藥物，實(shí)現(xiàn)藥物的聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn)和治療。

3 NDDS在CSCs中的靶向治療

3.1 納米-化療藥物

3.1.1 納米載紫杉醇 代謝重編程是機(jī)體為腫瘤細(xì)胞和CSCs提供充足能量及營養(yǎng)物質(zhì)的方式之一，對維持CSCs的活性至關(guān)重要[16]。Shen等[17]將載紫杉醇納米粒注射于小鼠卵巢移植瘤，發(fā)現(xiàn)該納米粒有效逆轉(zhuǎn)代謝重編程過程，腫瘤生長顯著受抑，實(shí)驗(yàn)鼠存活時(shí)間延長。細(xì)胞穿透肽可與膠質(zhì)瘤干細(xì)胞整合素αvβ3結(jié)合，并通過受體介導(dǎo)的轉(zhuǎn)胞吞作用快速穿透脂質(zhì)膜和血腦屏障，為此Liu等[18]制備表面經(jīng)細(xì)胞穿透肽R8修飾的載紫杉醇納米顆粒，該納米顆粒特異性靶向CSCs，并使血管生成擬態(tài)受阻，營養(yǎng)物質(zhì)和血液供應(yīng)減少，膠質(zhì)瘤CSCs增殖受抑。

3.1.2 納米載吉西他濱 CD44通過與透明質(zhì)酸(Hyaluronic acid，HA)、細(xì)胞骨架蛋白等結(jié)合，參與細(xì)胞的增殖分化、侵襲轉(zhuǎn)移和血管形成等過程，被認(rèn)為是乳腺癌[19]、肝癌[20]、肺癌[21-22]和胃癌[23]等惡性腫瘤的CSCs表面標(biāo)志物。Han等[24]用HA修飾的脂質(zhì)體遞送吉西他濱(Gemcitabine，GEM)至乳腺癌CSCs，藥物穩(wěn)定性提高，半衰期被延長，并且對細(xì)胞的毒性、抗腫瘤轉(zhuǎn)移和抑制細(xì)胞克隆形成等作用顯著增強(qiáng)。同時(shí)在異種移植瘤小鼠模型中，該藥物的抗腫瘤作用是游離GEM的3.3倍，且未對正常組織表現(xiàn)出明顯的副作用。

3.1.3 納米載沙利霉素 沙利霉素(Salinomycin，Sali)可通過活化p38 MAPK和抑制Wnt信號通路發(fā)揮特異性殺滅CSCs作用，但由于Sali溶解性差以及強(qiáng)毒性，其臨床應(yīng)用受限。Zhao等[25]將Sali與MPBH、親水性彈性蛋白樣多肽偶聯(lián)，兩親性化合物自組裝成無毒且生物學(xué)穩(wěn)定的納米顆粒。繼續(xù)將Sali、DMHA和α-生育酚共載入該納米顆粒，通過增強(qiáng)通透性和滯留效應(yīng)，提高了Sali在CSCs中的聚集程度以及對CSCs的毒性作用。

3.1.4 納米載表柔比星 表柔比星通過干擾DNA、RNA合成和復(fù)制過程發(fā)揮抗肝癌作用，但作為ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白底物，常被識別和外排，并且ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白抑制劑臨床使用效果不佳。Wang等[26]將金剛石納米粒與表柔比星經(jīng)物理吸附作用形成復(fù)合物EPND，再通過內(nèi)吞和巨胞飲作用被腫瘤細(xì)胞攝取。研究發(fā)現(xiàn)，EPND在酸性環(huán)境中(PH=2)可快速完全釋放，但在中性環(huán)境(PH=7)和堿性環(huán)境中(PH=10)中釋放緩慢甚至受抑。因此，EPND不僅能限制表柔比星在血液循環(huán)系統(tǒng)(PH 7.35～7.45)中的作用，避免對正常組織和器官的損傷，還能有效提高腫瘤酸性環(huán)境內(nèi)表柔比星的濃度。

3.2 納米-基因藥物

3.2.1 納米載miRNA miR-34a通過負(fù)調(diào)控CD44抑制腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移、生長和分化，但是miR-34a在腫瘤組織中通常呈缺失或低表達(dá)狀態(tài)，且易受核酸酶和聚陰離子性質(zhì)的影響，突破體內(nèi)屏障到達(dá)腫瘤細(xì)胞實(shí)屬困難。Jang等[27]使用納米囊泡包裹PLI/miRNA并進(jìn)行裸鼠原位瘤和皮下移植瘤的全身遞送，發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性miR-34a升高，CD44下調(diào)，Bcl-2，Oct 3/4，Nanog表達(dá)降低，腫瘤生長顯著被延遲。

聚氨基酯(Poly(β-amino esters)，PBAE)是一類新型陽離子聚合物，具有合成簡單、毒性相對較低并能介導(dǎo)基因有效轉(zhuǎn)染等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于細(xì)胞內(nèi)遞送基因、蛋白和小分子藥物[28]。Lopez-Bertoni等[29]采用PBAE共載miR-148a和miR-296-5p，發(fā)現(xiàn)PBAE可逃離核內(nèi)體直接進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，并在腫瘤微環(huán)境的誘導(dǎo)下釋放miRNA，腫瘤細(xì)胞生長顯著受抑，移植瘤小鼠存活時(shí)間延長。

明膠酶是與惡性腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移密切相關(guān)的蛋白酶，在腫瘤組織中常過表達(dá)。Cui等[30]合成了對明膠酶敏感的高分子納米載體PEG-Pep-PCL，負(fù)載miR-200c并作用于胃癌細(xì)胞后，發(fā)現(xiàn)胃癌細(xì)胞對放療顯著增敏。另外，CD44表達(dá)下調(diào)，CD44+BGC823細(xì)胞數(shù)目減少，細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移和抗凋亡能力減弱，CSCs放療抵抗相關(guān)特性降低。

3.2.2 納米載基因 多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤對替莫唑胺(Temozolomide，TMZ)的抗性與O6-甲基嘌呤DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(O6-methylguanine-DNA methyltransferase，MGMT)上調(diào)相關(guān)，野生型p53可下調(diào)MGMT，但是p53跨越血腦屏障(Blood-brain barrier，BBB)受限，導(dǎo)致治療效率不高。轉(zhuǎn)鐵蛋白受體(Transferrin receptor，TfR)是一種跨膜糖蛋白，在正常細(xì)胞中表達(dá)水平較低，但在多種腫瘤細(xì)胞和BBB中表達(dá)顯著增加。Kim等[31]利用抗TfR抗體與TfR結(jié)合的特點(diǎn)，將p53基因質(zhì)粒載于表面經(jīng)抗TfR抗體修飾的納米復(fù)合物中，制備成SCL-p53。當(dāng)SCL-p53遇到腫瘤細(xì)胞時(shí)，可與TfR結(jié)合并通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用有效內(nèi)化和破壞核內(nèi)體細(xì)胞膜，促使p53基因質(zhì)粒釋放，實(shí)現(xiàn)核內(nèi)體逃逸。當(dāng)小鼠全身給予SCL-p53后，MGMT表達(dá)下調(diào)，多形性膠質(zhì)母細(xì)胞和CSCs對TMZ增敏，細(xì)胞凋亡增多。

3.2.3 納米載siRNA CD133是一種細(xì)胞膜表面糖蛋白，已在多種實(shí)體瘤中證實(shí)CD133+腫瘤細(xì)胞具有CSCs特性[32-34]。Bmi-1基因與CD133共表達(dá)，是CD133+細(xì)胞致瘤的關(guān)鍵因子，但是未被包封的核苷酸片段易被核酸酶降解。因此，Wei等[35]采用殼聚糖-甲氧基聚乙烯納米粒子包封Bmi-1 siRNA，由于該納米粒子具有疏水性，所以容易被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)吞噬，轉(zhuǎn)染效率提高。將其作用于CD133+Hep-2細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)Bmi-1 mRNA水平顯著降低，細(xì)胞侵襲能力減弱，對放化療增敏。

3.3 納米-兩種藥物聯(lián)合治療

全反式維甲酸(All-trans retinoic acid，ATRA)通過干擾維持細(xì)胞干性的多條信號通路，達(dá)到促進(jìn)CSCs分化的效果，但是ATRA本身對CSCs的殺傷和抑制并不明顯。阿霉素(Doxorubicin，DOX)作為傳統(tǒng)化療藥物，可被多種CSCs抵抗，引起CSCs富集，導(dǎo)致腫瘤化療耐受、復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移。Sun等[36]通過控制ATRA和DOX的投料比獲得同時(shí)包埋兩種藥物的聚乙二醇-嵌段-聚乳酸載藥納米顆粒，該納米顆粒誘導(dǎo)乳腺癌CSCs分化為non-CSCs，減弱CSCs初始增殖能力，使DOX對乳腺癌細(xì)胞殺傷作用增強(qiáng)。并在細(xì)胞和動物實(shí)驗(yàn)中證實(shí)，該納米顆?？商岣呷橄貱SCs對藥物的攝取，延長藥物半衰期，提高藥物富集度，腫瘤生長抑制效果顯著。

紫杉醇(Paclitaxel，PTX)對多種惡性腫瘤具有良好的治療效果，已成為乳腺癌化療的一線藥物。但是，PTX水溶性差、作為多藥耐藥蛋白和P-糖蛋白的底物使其臨床應(yīng)用受限。Sali對乳腺癌干細(xì)胞的殺傷作用是PTX的100倍，并且作為P-gp抑制劑，可減少藥物外排。據(jù)此，Muntimadugu等[37]使用聚乳酸-羥基乙酸制備表面經(jīng)HA修飾的載PTX和Sali納米顆粒，發(fā)現(xiàn)CD44+細(xì)胞數(shù)量顯著減少。

4 小結(jié)和展望

癌癥是嚴(yán)重危害人類身體健康的常見疾病之一，傳統(tǒng)治療后仍存在較高的復(fù)發(fā)率，其根源主要是存在CSCs，它具有無限增殖、自我更新、高度致瘤和多重耐藥性。隨著對CSCs的深入研究，我們意識到腫瘤的復(fù)雜性和異質(zhì)性，全面清除腫瘤細(xì)胞和CSCs將是治愈癌癥的有效措施之一。納米粒因具有尺寸小、比表面積大、表面活性高、可緩釋和特異性靶向等多種優(yōu)勢，常被作為給藥載體，提高腫瘤組織中化療藥物濃度，使腫瘤細(xì)胞和CSCs對放化療增敏等，實(shí)現(xiàn)最終殺滅CSCs，提高癌癥治愈率。免疫療法是繼放療、化療和手術(shù)后的重要方法，并在多種癌癥治療中取得了顯著的效果，已成為研究的熱點(diǎn)。目前納米載藥系統(tǒng)多見于遞送化療藥物、基因藥物等，尚無化療藥物聯(lián)合免疫治療的報(bào)道，納米載藥系統(tǒng)能否在腫瘤免疫治療中有新的突破，更大程度的發(fā)揮每種治療方式的潛能，有待更深入的研究。