田 涇，高 申

0 引 言

國際領(lǐng)域的精準(zhǔn)醫(yī)療的建立與發(fā)展，源自美國醫(yī)學(xué)界2011年首次提出的“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”概念［1］，即基于患者的基因和生理來定制治療方案［2］。近幾年，我國針對(duì)精準(zhǔn)醫(yī)療領(lǐng)域的政策也非常密集，針對(duì)精準(zhǔn)醫(yī)療，國家指南中提出了“隊(duì)列、大數(shù)據(jù)、生物標(biāo)記物、精準(zhǔn)預(yù)防、精準(zhǔn)治療”等重點(diǎn)研究方向。主要包括基因測(cè)序技術(shù)和靶向治療技術(shù)，其中基因測(cè)序技術(shù)主要應(yīng)用在臨床醫(yī)療、腫瘤診斷以及基礎(chǔ)研究上。靶向治療主要包括分子靶向藥物（單抗藥物、激酶抑制劑等）、載體靶向藥物治療、細(xì)胞免疫治療、干細(xì)胞治療等。納米技術(shù)作為21世紀(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一，由于其覆蓋面廣、跨學(xué)科等特點(diǎn)推動(dòng)了各個(gè)研究領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，在精準(zhǔn)醫(yī)療研究領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用［3］。本文就近幾年來納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)＜裔槍?duì)腫瘤、AS等疾病微環(huán)境特點(diǎn)設(shè)計(jì)的納米靶向制劑的相關(guān)研究進(jìn)行闡述，以期為精準(zhǔn)納米靶向制劑的研究和設(shè)計(jì)提供參考。

1 精準(zhǔn)納米靶向給藥載體的現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)

納米材料有其獨(dú)特的的電學(xué)、力學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)等特殊性能，使得其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，特別是在疾病的診斷和治療上的應(yīng)用也越來越受到重視。由于各種疾病本身的復(fù)雜性，若想實(shí)現(xiàn)診斷或者治療，必須使得納米材料與治療藥物、生物大分子、等聯(lián)合使用，這就衍生出了功能化的納米載藥系統(tǒng)。由于不同疾病的病灶特征不同，精準(zhǔn)靶向還需要考慮病灶部位的微環(huán)境，因而各種智能、自驅(qū)動(dòng)納米載藥系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，在病灶部位實(shí)現(xiàn)pH敏感、光電敏感“開-關(guān)”等設(shè)計(jì)［4］。為了解決納米載體的免疫清除以及自主靶向問題，仿生納米醫(yī)學(xué)和DNA納米機(jī)器人技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生［5-6］。隨著分子生物學(xué)和納米醫(yī)學(xué)的發(fā)展，針對(duì)不同疾病的研究越來越透徹，基因治療、化學(xué)治療、免疫治療等治療手段結(jié)合納米技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，使得針對(duì)不同疾病的治療逐漸趨于精準(zhǔn)化，這些都離不開納米載體的更新?lián)Q代的發(fā)展。

精準(zhǔn)給藥技術(shù)的應(yīng)用，有賴于精準(zhǔn)載藥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。理想的藥物遞送系統(tǒng)進(jìn)入體內(nèi)，需要克服不同的困難和挑戰(zhàn)。例如在設(shè)計(jì)腫瘤治療的基因藥物遞送系統(tǒng)時(shí)，需要考慮兩大方面的問題。一是給藥系統(tǒng)在血循環(huán)中需要克服的屏障，二是需要考慮給藥系統(tǒng)到達(dá)靶細(xì)胞部位時(shí)，如何克服細(xì)胞屏障。例如針對(duì)糖尿病治療基于納米技術(shù)的口服糖尿病肽產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，就需要考慮載體如何克服腸道屏障［7］；對(duì)于不同疾病，由于發(fā)病機(jī)制不同會(huì)形成不同的病灶微環(huán)境，那么針對(duì)不同病灶微環(huán)境去設(shè)計(jì)微環(huán)境敏感的給藥系統(tǒng)或者針對(duì)在靶部位施以磁場(chǎng)、超聲、光、輻射等外部影響因素來觸發(fā)的給藥系統(tǒng)，增強(qiáng)靶部位藥效，減輕系統(tǒng)性毒性，是目前實(shí)現(xiàn)不同疾病精準(zhǔn)給藥的主要策略［8］。

2 抗腫瘤治療納米載藥系統(tǒng)

2.1腫瘤細(xì)胞及其微環(huán)境特點(diǎn)腫瘤微環(huán)境，顧名思義是指腫瘤細(xì)胞賴以生存的復(fù)雜環(huán)境，主要是由癌細(xì)胞和多種基質(zhì)細(xì)胞細(xì)胞因子、趨化因子等組成［9-。下面從腫瘤細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞生長的環(huán)境介紹腫瘤微環(huán)境的特點(diǎn)。腫瘤細(xì)胞通常會(huì)特異性表達(dá)多種受體和生物標(biāo)記，例如許多上皮源性和非上皮源性惡性腫瘤細(xì)胞顯著高表達(dá)葉酸受體，具有組織特異性［10］。腫瘤細(xì)胞也常常伴隨著大量的基因的變異與表達(dá)，使得腫瘤細(xì)胞處于氧化應(yīng)激的狀態(tài)，而產(chǎn)生大量的活性氧，如H2O2，NO等［11］。另外由于腫瘤細(xì)胞內(nèi)外氧化還原環(huán)境平衡的打破使得腫瘤細(xì)胞內(nèi)的GSH至少是正常細(xì)胞胞內(nèi)的4倍［12］，形成腫瘤細(xì)胞內(nèi)微環(huán)境的高還原性的微環(huán)境特點(diǎn)。能量來源于糖酵解途徑的腫瘤細(xì)胞也會(huì)生成大量乳酸，使得腫瘤組織周圍呈微酸性［13］。另外腫瘤組織處于高代謝狀態(tài)，能量需求增加及腫瘤體積的高度膨脹導(dǎo)致血供不足，最終也導(dǎo)致了腫瘤組織的乏氧的微環(huán)境特點(diǎn)［14］。

由于腫瘤細(xì)胞無限增殖使得血管快速無序增殖，形成了大量血管壁間隙較大，結(jié)構(gòu)完整性差，缺乏淋巴回流的血管，使得大分子物質(zhì)和脂質(zhì)具有選擇性的高滲透性和滯留性，這種現(xiàn)象簡稱為實(shí)體瘤組織的高滲透強(qiáng)滯留效應(yīng)（enhanced permeability and retention effect，EPR）效應(yīng)［15］。大多數(shù)腫瘤，例如上皮來源的腫瘤組織及其周圍的基質(zhì)內(nèi)，都存在吞噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等炎癥細(xì)胞，這些炎癥細(xì)胞及其所分泌的炎癥因子構(gòu)成了腫瘤生長的環(huán)境，除了有一定的抗腫瘤作用，更多的是促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展［16］。其中對(duì)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（tumor-associated macrophages，TAMs）的研究最為深入，TAMs可以通過分泌肝細(xì)胞生長因子、表皮生長因子和成纖維細(xì)胞生長因子等多種可以促進(jìn)腫瘤生長的生長因子［17］，另外TAMs可以分泌趨化因子配體18和基質(zhì)金屬蛋白酶MMP-2、MMP-9，以及纖溶酶、組織蛋白酶等降解膠原等細(xì)胞外基質(zhì)成分，進(jìn)而破壞基底膜、引發(fā)癌細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)移［18］。近幾年來，隨著分子生物學(xué)和腫瘤細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展，使得腫瘤與腫瘤微環(huán)境之間的相互作用研究的越來越深入，這不僅為腫瘤的診斷、預(yù)防有著重要的作用，也將針對(duì)腫瘤微環(huán)境的精準(zhǔn)治療提供依據(jù)。

2.2基于腫瘤微環(huán)境的精準(zhǔn)納米靶向給藥系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于腫瘤微環(huán)境與正常生理微環(huán)境的差異，可以設(shè)計(jì)靶向腫瘤微環(huán)境的載藥系統(tǒng)，例如可以根據(jù)腫瘤部位脈管系統(tǒng)的EPR效應(yīng)，可以將納米載體的尺寸控制在200 nm以下，使得納米載體被動(dòng)靶向至腫瘤部位。另外可以根據(jù)腫瘤微環(huán)境的微酸、低氧、高濃度谷胱甘肽，免疫炎癥等特點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的腫瘤微環(huán)境敏感或靶向的載藥系統(tǒng)。

2.2.1基于谷胱甘肽微環(huán)境敏感釋放的納米載藥系統(tǒng)多肽分子由于結(jié)構(gòu)簡單，種類繁多，易于合成，毒性較低，是作為納米載體的理想構(gòu)建單元［19］。我們調(diào)研文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)［20］，具有穿透細(xì)胞膜能力的陽離子細(xì)胞穿膜肽多肽可以較好的遞送基因藥物進(jìn)入細(xì)胞，且毒性較低。通過利用半胱氨酸交聯(lián)或者硫辛酸修飾都可以形成對(duì)細(xì)胞內(nèi)高濃度谷胱甘肽敏感釋藥的二硫鍵的特點(diǎn)，以及穿膜肽對(duì)負(fù)電性的基因藥物的壓縮，構(gòu)建半胱氨酸橋連或者硫辛酸修飾的細(xì)胞穿膜肽，自組裝構(gòu)建載藥的腫瘤細(xì)胞谷胱甘肽敏感釋放納米粒，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)抗腫瘤綜合治療［21-22］。

2.2.2基于腫瘤微環(huán)境主動(dòng)靶向的仿生納米載藥系統(tǒng)基于低免疫原性、靶向性、安全性的宗旨，利用細(xì)胞膜（巨噬細(xì)胞膜，紅細(xì)胞膜等）進(jìn)行偽裝包裹以及利用細(xì)胞外囊泡中外泌體等內(nèi)源性仿生納米載體進(jìn)行載藥也逐漸成為趨勢(shì)［23-24］。外泌體是由細(xì)胞分泌到細(xì)胞外的一種直徑約30～120 nm的膜性囊泡。由于外泌體由細(xì)胞產(chǎn)生，具有天生的運(yùn)輸作用，作為納米藥物載體有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)［25］，表現(xiàn)在：內(nèi)源性載體，不會(huì)引起有害的免疫反應(yīng)；穩(wěn)定性好；組織穿透力強(qiáng)，向組織轉(zhuǎn)運(yùn)藥物的效率高。我們課題組利用結(jié)腸癌細(xì)胞表面高表達(dá)A33抗原這個(gè)特點(diǎn)，通過收集結(jié)腸癌細(xì)胞分泌的帶有A33表面抗原的外泌體，利用Fe3O4磁性納米粒對(duì)外泌體進(jìn)行A33抗體的修飾，構(gòu)建靶向結(jié)腸癌細(xì)胞的給藥系統(tǒng)。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和體內(nèi)活成成像實(shí)驗(yàn)均表明了良好的靶向性。體內(nèi)藥效實(shí)驗(yàn)其抑瘤率達(dá)91.01%，生存期長達(dá)61 d，體內(nèi)安全性也顯示了抗體修飾的外泌體可以明顯減輕阿霉素的心臟毒性以及抑制腫瘤組織細(xì)胞的皺縮和凋亡［26］。根據(jù)腫瘤炎癥的微環(huán)境特點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)采用可以避免免疫識(shí)別、同時(shí)具有炎癥趨向的巨噬細(xì)胞作為載體，首先利用具有光敏特性和高載藥量的還原氧化石墨烯（reduced Graphene Oxide，rGO），構(gòu)建一個(gè)光敏性載多柔比星的納米遞藥系統(tǒng)。再采用巨噬細(xì)胞吞噬改納米載藥系統(tǒng)（Dox-rGO/MAs），得到具有光敏特性的仿生納米遞藥系統(tǒng)。初步研究表明，通過尾靜脈注射攜載石墨烯/阿霉素的巨噬細(xì)胞（MAs-DOX/rGO），給藥8 h后，分別在腫瘤部位給予近紅外光照射5 min（1 W/cm2），PBS對(duì)照組中腫瘤部位的溫度略微升高至32℃，而MAs-DOX/rGO組腫瘤部位的溫度升高至46.7℃，體內(nèi)抑瘤效果也比較顯著。

2.2.3基于免疫檢查抑制點(diǎn)的仿生納米載藥系統(tǒng)目前腫瘤免疫治療主要包括免疫疫苗、免疫檢查點(diǎn)抑制劑治療、過繼性免疫細(xì)胞治療、細(xì)胞因子治療等，其中免疫檢查點(diǎn)抑制劑治療以其顯著的臨床療效而備受矚目。通過抑制免疫檢查點(diǎn)活性，重新激活T細(xì)胞對(duì)腫瘤的免疫應(yīng)答效應(yīng)，發(fā)揮抗腫瘤作用。T細(xì)胞的完全活化依靠“雙信號(hào)”系統(tǒng)調(diào)控：第一信號(hào)為T細(xì)胞對(duì)抗原識(shí)別；第二信號(hào)來自協(xié)同刺激分子。如CD28/B7是重要的正性共刺激分子［27］。有研究表明，PD-1與PD-L1結(jié)合可導(dǎo)致PD-1細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域中的兩種酪氨酸（Y224和Y248）磷酸化，使得PD-1本身以及CD28去磷酸化，進(jìn)而可終止CD28信號(hào)傳遞。研究提示腫瘤免疫治療中，在阻斷PD-1/PD-L1免疫抑制途徑的同時(shí)還需重新恢復(fù)CD28信號(hào)傳遞。根據(jù)這一提示，有研究者設(shè)計(jì)了可同時(shí)作用于PD-1和CD28的雙靶向免疫載藥系統(tǒng)［28］。也可以通過構(gòu)建表達(dá)有鏈霉親和素的外泌體，利用親和素-生物素反應(yīng)，修飾上生物素化的PD-L1和CD28抗體，，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)阻斷PD-1/PD-L1免疫抑制途徑的同時(shí)重新恢復(fù)CD28信號(hào)傳遞，從而增強(qiáng)抗腫瘤作用。

3 抗AS治療納米載藥系統(tǒng)

3.1 AS的病灶微環(huán)境AS是一種進(jìn)展緩慢的慢性炎癥過程，內(nèi)皮損傷也是AS發(fā)生的關(guān)鍵病理生理因素［29］。與實(shí)體瘤局部存在的EPR效應(yīng)特征相似，伴隨有血管通透性的增加，這一病理特征是納米遞送系統(tǒng)被動(dòng)靶向至AS斑塊部位的前提和基礎(chǔ)［30］。AS的微環(huán)境與AS的進(jìn)展過程密切相關(guān)。脂質(zhì)浸潤學(xué)說發(fā)病機(jī)制主要包括下面3個(gè)過程：①動(dòng)脈內(nèi)皮下脂質(zhì)顆粒的蓄積和修飾；②單核細(xì)胞的黏附與遷移；③巨噬細(xì)胞吞噬，泡沫細(xì)胞形成。上述每一環(huán)節(jié)上都可以作為精準(zhǔn)給藥的靶點(diǎn)。例如內(nèi)皮細(xì)胞上表達(dá)的血管細(xì)胞黏附分子-1、整合素（Integrin）、膠原等，都可以作為靶點(diǎn)設(shè)計(jì)藥物治療和影像診斷的靶向給藥系統(tǒng)。

3.2基于AS微環(huán)境的精準(zhǔn)納米靶向給藥系統(tǒng)設(shè)計(jì)Cui等［31］采用在衣殼蛋白VP1上修飾靶向巨噬細(xì)胞的靶向肽和凝血酶抑制劑水蛭素，然后自組裝形成包載近紅外量子點(diǎn)形成多功能的病毒樣納米粒，在靶向巨噬細(xì)胞的同時(shí)實(shí)現(xiàn)水蛭素的遞送和近紅外量子點(diǎn)的成像，構(gòu)建了診療一體化的精準(zhǔn)納米給藥系統(tǒng)。Gao等［32］通過骨橋蛋白抗體修飾上轉(zhuǎn)換納米粒來識(shí)別巨噬細(xì)胞和泡沫細(xì)胞所分泌的標(biāo)志物骨橋蛋白，實(shí)現(xiàn)不穩(wěn)定期的動(dòng)脈粥樣斑塊的靶向成像。這些納米藥物遞送載體都巧妙地根據(jù)AS疾病發(fā)展過程中的微環(huán)境特點(diǎn)進(jìn)行靶向修飾，實(shí)現(xiàn)AS疾病精準(zhǔn)靶向診療。

4 抗菌消炎納米載藥系統(tǒng)

4.1炎癥病灶的微環(huán)境炎癥主要的微環(huán)境特點(diǎn)是形成了為適應(yīng)所處生存環(huán)境黏附于非生物或活性組織表面成熟的生物膜包括以下幾個(gè)特點(diǎn)：存在胞外聚合物，異質(zhì)性，低pH，缺氧，過量分泌脂肪酶等特點(diǎn)［33］。

4.2基于感染性炎癥微環(huán)境的精準(zhǔn)納米靶向給藥系統(tǒng)設(shè)計(jì)目前應(yīng)用比較廣泛的抗炎納米載藥系統(tǒng)包括無機(jī)金屬納米粒子和有機(jī)納米粒以及一些智能的納米粒子，例如銀抗菌肽等［34-35］，以及智能的環(huán)境觸發(fā)型載藥系統(tǒng)。還可以根據(jù)巨噬細(xì)胞具有炎癥趨化的特性構(gòu)建炎癥部位的靶向的巨噬細(xì)胞修飾的納米粒。

Wang等［36］構(gòu)建了以交聯(lián)聚磷酸酯為載藥內(nèi)核、聚己內(nèi)酯為中間夾層包裹內(nèi)核，聚乙二醇為外殼的三層結(jié)構(gòu)的納米凝膠，其中聚己內(nèi)酯中間層可以被細(xì)菌分泌脂肪酶催化降解，導(dǎo)致藥物迅速釋放，從而有效殺死細(xì)菌。結(jié)果表明，當(dāng)萬古霉素濃度為10μg/mL時(shí)，12 h和24 h后載萬古霉素凝膠組的菌落形成單位比萬古霉素的分別低7倍和22倍。

5 結(jié) 語

納米藥物載體根據(jù)材料、結(jié)構(gòu)等差異，可以分為無機(jī)納米材料和有機(jī)納米材料。無論是無機(jī)納米材料還是有機(jī)納米材料都存在體內(nèi)易被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)清除的問題，近些年來，細(xì)胞外囊泡、細(xì)胞膜等內(nèi)源性仿生納米材料的出現(xiàn)，為納米藥物遞送系統(tǒng)提供了新思路，但是仍然存在一些不足，例如細(xì)胞外囊泡作為納米載體，存在產(chǎn)量低，成本高，載藥率低等缺點(diǎn)，細(xì)胞膜仿生納米遞送系統(tǒng)的構(gòu)建也要求內(nèi)核為負(fù)電性的納米材料，這使得聯(lián)合帶負(fù)電性的基因藥物的治療帶來難度。那么如何利用不同納米材料的功能特點(diǎn)結(jié)合不同疾病微環(huán)境特點(diǎn)設(shè)計(jì)載藥量高、生物相容性好、毒性低以及免疫原性低的智能納米載藥系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)靶向以及藥物的可控釋放仍然還有很長的路需要走。由于疾病在不同進(jìn)展階段的治療的復(fù)雜性，例如普遍的耐藥現(xiàn)象，腫瘤的轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)等治療上的難點(diǎn)，這也使得納米精準(zhǔn)靶向治療也面臨著諸多挑戰(zhàn)。相信隨著納米載體技術(shù)的不斷進(jìn)步，分子生物學(xué)的發(fā)展以及人們對(duì)腫瘤及一些高發(fā)的AS和常見的感染性炎癥、糖尿病、高血壓等危害人類健康的疾病的發(fā)病機(jī)制和治療靶點(diǎn)的認(rèn)識(shí)越來越深入，精準(zhǔn)納米靶向載體系統(tǒng)在疾病的多學(xué)科綜合治療上將具有廣闊的研究和應(yīng)用前景。