尚靜 胡欣 趙瑞楠 齊琪 龔雪 宣揚權(quán)春善 張艷梅**

（1）大連民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，大連 116600；2）生物技術(shù)與資源利用教育部重點實驗室（大連民族大學(xué)），大連 116600）

目前，腫瘤已經(jīng)成為人類健康的主要威脅之一，每年全球發(fā)病率持續(xù)上升。在臨床上，腫瘤治療常用的方法為放療法和化療法，上述治療方法雖然能在一定程度上抑制腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移，但對大多數(shù)惡性腫瘤的效果不佳［1］。而且，在藥物遞送過程中，因缺乏靶向性，在殺死腫瘤細胞的同時，也對周圍正常的組織細胞造成嚴重破壞［2］。近期研究發(fā)現(xiàn)，相對于單一治療模式，多模式協(xié)同治療策略效果更強，生物安全性更高［3-4］。因此，通過構(gòu)建智能響應(yīng)型多功能納米載藥系統(tǒng)實現(xiàn)腫瘤精準診斷和治療成為研究熱點。

納米藥物傳遞體系能夠克服游離藥物的許多缺陷，明顯改善藥代動力學(xué)和藥物的藥效學(xué)，增強藥物在血液循環(huán)中的穩(wěn)定性、降低毒副作用、增強靶向性和控制釋放能力［4-5］。而且，通過對納米載體的表面進行改性或修飾，可以延長納米藥物在血液循環(huán)中的滯留時間，或者提高納米藥物載體的靶向傳遞能力，并利用細胞內(nèi)外因素實現(xiàn)刺激響應(yīng)型藥物控釋等，從而實現(xiàn)腫瘤精準診斷和治療［4-5］。刺激響應(yīng)型納米藥物傳遞系統(tǒng)可動態(tài)響應(yīng)內(nèi)源性腫瘤微環(huán)境刺激或外源性特定刺激信號，從而使被轉(zhuǎn)運的藥物在時間和空間上進行可控釋放。腫瘤細胞的刺激信號可以分為兩大類：內(nèi)源性組分和外源性信號。內(nèi)源性組分是指在腫瘤細胞內(nèi)部的低pH、過度表達的酶、氧化還原物質(zhì)等，它們代表著腫瘤組織內(nèi)細胞代謝過程中所產(chǎn)生的物質(zhì)和特異標記物。外源性信號主要是通過外部施加的物理刺激，如超聲、磁共振、光等，以促進從納米載藥系統(tǒng)中“按需（on-demand）”釋放有效成分［6］。

卟啉金屬有機骨架（mental-organic frameworks，MOFs）材料是由金屬離子或金屬離子簇與卟啉類配體通過配位鍵自組裝成的高度有序的新型有機無機雜化材料。由于卟啉獨特的結(jié)構(gòu)和光吸收特點，使得該材料在應(yīng)用過程中會展示出優(yōu)于一般MOFs的特性。將卟啉與金屬有機骨架結(jié)合，既可以保持卟啉分子的單分散狀態(tài)，避免卟啉分子的聚集和自猝滅［7］。同時，卟啉MOFs材料的多孔性有助于單線態(tài)氧（1O2）的擴散，從而展現(xiàn)更優(yōu)越的光動力治療效果［8］。而且，卟啉MOFs具有較好的生物相容性、比表面積大、多孔性，可以實現(xiàn)藥物載體聯(lián)合用藥和主動腫瘤靶向性。特別是，卟啉MOFs展現(xiàn)出多種模擬酶活性，不僅可以作為藥物載體和光敏劑，還可以作為仿生催化劑參與腫瘤治療［9-11］。因此，基于卟啉MOFs的智能響應(yīng)型多功能納米載藥系統(tǒng)成為研究熱點，取得了許多重要研究進展。本綜述從刺激響應(yīng)型治療策略的視角，介紹了近年來基于卟啉MOFs的腫瘤治療和診斷新策略（圖1），特別是基于內(nèi)源性組分、外源性組分響應(yīng)的刺激響應(yīng)型納米平臺在腫瘤聯(lián)合治療和診斷中的最新研究成果，同時討論了卟啉MOFs在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)和前景。

Fig. 1 Porphyrin metal-organic frameworks-based tumor therapies［12-17］圖1 基于卟啉MOFs的腫瘤治療策略［12-17］

1 基于卟啉MOFs的內(nèi)源性組分響應(yīng)型腫瘤治療方法

相比于正常細胞，腫瘤細胞內(nèi)微環(huán)境具有弱酸性、低氧、谷胱甘肽含量高、酶過表達以及氧化應(yīng)激增加等系列異常特征。這些內(nèi)源性差異在腫瘤增殖、侵襲、遷移以及新生血管生成等環(huán)節(jié)發(fā)揮重要作用，同時也為腫瘤精準診療提供了機遇［18］。如何利用腫瘤細胞內(nèi)的微環(huán)境特點，設(shè)計構(gòu)建內(nèi)源性刺激響應(yīng)型納米診療體系，實現(xiàn)腫瘤部位靶向藥物遞送和精準腫瘤治療，是當前納米腫瘤學(xué)領(lǐng)域的研究熱點和重大挑戰(zhàn)之一［19］。基于卟啉MOFs的內(nèi)源性組分響應(yīng)型材料可對腫瘤細胞代謝改變引起的差異進行響應(yīng)治療。內(nèi)源性刺激包括pH值、酶、氧化還原物種等，因此可以根據(jù)這些內(nèi)源性刺激設(shè)計出多種基于卟啉MOFs的智能腫瘤治療方法。

1.1 pH響應(yīng)型

受腫瘤細胞過度增殖以及異常的血管結(jié)構(gòu)影響，腫瘤組織的代謝過程以無氧糖酵解為主，導(dǎo)致腫瘤微環(huán)境具有弱酸性。弱酸性微環(huán)境對腫瘤侵襲、免疫、自噬以及耐藥性產(chǎn)生等過程起促進和調(diào)節(jié)作用，因此也成為腫瘤精準診療的重要靶點［20］。

藥物分子與卟啉MOFs可通過形成氫鍵、靜電相互作用、范德華力、π-π相互作用等方式發(fā)生作用，因此在不同pH下，卟啉MOFs與藥物的作用方式和強度不同。如圖2a所示，Lin等［12］以四羧基苯基卟啉（TCPP）和ZrCl4為原料，制備了以鋯為金屬節(jié)點的卟啉基MOFs材料PCN-221。然后通過簡單的浸漬法，首次將甲氨蝶呤（MTX）封裝到PCN-221的納米孔道內(nèi)，形成了MTX/PCN-221復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，藥物MTX在不同pH值的模擬胃腸道系統(tǒng)液中釋放模式不同。在pH 2.0時（接近胃的pH值），72 h后藥物釋放量約為40%；而在pH 7.4時（接近腸道的pH值），藥物釋放量約為100%。在模擬胃環(huán)境下，材料中藥物的釋放速度比在腸道環(huán)境下慢，可能與骨架卟啉環(huán)與藥物分子之間的靜電相互作用有關(guān)［21］。Leng等［22］采用溶劑熱法合成了生物相容性良好的Zr-TCPP（PCN-222）。通過與東凌草素（oridonin）間形成氫鍵制備得到PCN-222@Ori納米藥物，東凌草素的有效負載量可達38.77 wt%。然后，分別研究了PCN-222@Ori在pH 7.2和pH 5.5下的東凌草素的累計釋放值。結(jié)果表明，PCN-222@Ori在酸性條件（pH 5.5，86.29%）下168 h后的釋藥率顯著高于中性條件（pH 7.2，63.30%）。因此，這類低毒、載藥量大并且具有pH響應(yīng)釋放的卟啉MOFs材料，有望成為一類有前景的智能藥物載體。

Fig. 2 Porphyrin MOFs-based endogenous stimuli-responsive tumor therapies圖2 基于卟啉MOFs的內(nèi)源性響應(yīng)型腫瘤治療策略

近期研究成果表明，石墨烯二維薄片具有高比表面積和柔韌性好、毒性低、易于表面修飾和良好的生物相容性等優(yōu)點，是最有應(yīng)用前景的pH智能藥物載體之一。在酸性腫瘤微環(huán)境中，通過使其質(zhì)子化可以削弱其與疏水性藥物的相互作用，導(dǎo)致藥物從石墨烯納米片在靶點的選擇性釋放［23］。但是，石墨烯納米片表面復(fù)函的高負電荷強度會導(dǎo)致肝臟攝取量的增加，從而限制了其長時間的血液循環(huán)。將帶正電荷的MOFs材料引入到氧化石墨烯表面，不僅提高了表面電勢，使納米復(fù)合材料具有增強的滲透保留效應(yīng)和腫瘤細胞對納米藥物的攝取能力，而且使小分子藥物可以保留在MOFs的開放框架中?；谶@個思路，Gharehdaghi等［24］制備了一種基于氧化石墨烯-Cu（II）-卟啉MOF納米復(fù)合材料（CuG-GO，CuG1）的新型pH響應(yīng)藥物遞送體系。這個智能藥物遞送系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：a. 材料具有高比表面積和豐富的表面基團，因此藥物負載量高；b. 在水相中穩(wěn)定；c. 在腫瘤細胞中具有pH響應(yīng)的藥物釋放能力，而且藥物釋放量高；d. 對正常細胞毒性低；e. 比游離的DOX抗腫瘤效果好；f. 體內(nèi)藥物利用度高且副作用小。結(jié)果表明，這種pH響應(yīng)的基于氧化石墨烯-Cu（II）-卟啉MOF納米復(fù)合材料的智能載藥系統(tǒng)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。

1.2 酶響應(yīng)型

透明質(zhì)酸（HA）因具有良好的生物相容性、生物可降解性、非免疫原性及可作為腫瘤細胞表面過表達CD44受體的配體的特點，在抗腫瘤納米給藥載體中得到廣泛應(yīng)用［25］。納米給藥載體與CD44受體結(jié)合富集于腫瘤細胞表面后，以HA為配體的納米給藥載體在外源性刺激物（如加熱升溫、施加外部磁場、近紅外光照射等）的作用下，納米藥物載體釋放藥物，實現(xiàn)腫瘤的靶向給藥。而當藥物載體被內(nèi)吞入腫瘤細胞后，在腫瘤內(nèi)環(huán)境的pH值、氧化還原電位、酶等內(nèi)源性刺激物的作用下藥物載體裂解釋放出抗癌藥物。雙重或多重刺激響應(yīng)的納米給藥載體能夠更好的控制藥物傳遞和釋放，具有良好的癌癥靶向治療潛力［26］。為了實現(xiàn)封裝在卟啉MOFs內(nèi)的藥物分子的可控釋放，Kim等［13］在納米MOFs材料表面包裹了一種基于透明質(zhì)酸酶催化反應(yīng)的聚合物智能守門員。如圖2b所示，首先，選擇了納米尺寸的卟啉MOFs PCN-224作為藥物載體，這個MOFs材料雖然結(jié)構(gòu)穩(wěn)定但生物可降解，比表面積大，而且在一個很寬的pH范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。特別是，合適尺寸的納米PCN-224材料可以被細胞很好地吞噬，并且被640 nm的激光激發(fā)后，表現(xiàn)出較好的光動力抗腫瘤效果。吸附藥物分子后，為了實現(xiàn)藥物的可控釋放，在MOFs材料表面包裹上透明質(zhì)酸作為守門員，阻止藥物的提前釋放。透明質(zhì)酸的修飾，不僅可以使PCN-224具有很好的膠體穩(wěn)定性，而且可以被腫瘤細胞中過度表達的CD44蛋白識別，實現(xiàn)靶向遞藥。最重要的是，透明質(zhì)酸可以被腫瘤細胞中的透明質(zhì)酸酶降解，從而實現(xiàn)藥物在靶點的誘導(dǎo)可控釋放。因此，上述一步精準醫(yī)藥體系可同步實現(xiàn)多種功能：腫瘤靶向、定點藥物釋放以及光動力治療。研究結(jié)果表明，與游離DOX化療相比，這種靶向的化療和光動力聯(lián)合療法對抗多重耐藥性腫瘤細胞MCF-7/ADR非常有效［13］。

1.3 氧化還原響應(yīng)型

內(nèi)源性氧化還原物種通過形成一個復(fù)雜的抗氧化防御系統(tǒng)來調(diào)節(jié)氧化還原平衡，影響細胞生長、增殖以及凋亡等多階段。其中，葡萄糖、過氧化氫（H2O2）和谷胱甘肽（GSH）是最具代表性的內(nèi)源性氧化還原物質(zhì)，已被作為有效的“調(diào)節(jié)因子”和“靶點”用于氧化還原響應(yīng)型腫瘤診療平臺的構(gòu)建［27］。

近年來，光動力療法（PDT）被用于治療癌癥。它可以通過光照射產(chǎn)生活性氧（reactive oxygen species，ROS），特別是單線態(tài)氧，導(dǎo)致細胞凋亡和壞死［28］。但是，由于光的穿透力有限，而且細胞內(nèi)微環(huán)境具有缺氧特性，PDT對深層腫瘤的實際療效非常有限。腫瘤細胞微環(huán)境具有一定濃度的過氧化氫，化學(xué)動力療法（CDT）可以通過芬頓（Fenton）反應(yīng)分解內(nèi)源性H2O2產(chǎn)生活性氧來引起細胞凋亡。雖然化學(xué)療法不依賴外源性氧氣和光照，但腫瘤細胞內(nèi)的環(huán)境接近中性，F(xiàn)enton反應(yīng)效果很低，因此單一模式的CDT療效不佳［29］。聯(lián)合療法可以整合單一療法的優(yōu)勢，并避免單一療法的缺點［30-31］。比如，An等［32］構(gòu)建了一種級聯(lián)酶/Fenton催化的納米平臺（Co-Fc@GOx），用于增強腫瘤治療效果。在腫瘤微環(huán)境中，Co-Fc-NMOF遞送的葡萄糖氧化酶（GOD）催化腫瘤細胞內(nèi)源性葡萄糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖酸和過氧化氫，從而提高了腫瘤微環(huán)境的酸性和H2O2的含量，有利于促進Co-Fc-NMOF誘導(dǎo)的Fenton反應(yīng)，進而促進腫瘤細胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生。體外和體內(nèi)實驗結(jié)果表明，Co-Fc@GOx納米酶引發(fā)的級聯(lián)酶/Fenton催化反應(yīng)具有顯著的抗腫瘤活性。為了實現(xiàn)高效、精準的腫瘤治療效果，Yin等［33］報道了一種多酶激活的自增強級聯(lián)仿生治療納米平臺，集成了化學(xué)發(fā)光誘導(dǎo)的光動力治療（CL-PDT）、基于Fenton反應(yīng)的CDT、葡萄糖氧化酶介導(dǎo)的饑餓治療協(xié)同加強癌癥治療。在這個加強治療體系中，鐵卟啉MOF可以觸發(fā)Fenton反應(yīng)以達到化學(xué)動力治療效果，攜帶的雙草酸酯（bis（2-carbopentyloxy-3,5,6-trichlorophenyl）oxalate，CPPO）作為能量供體用于原位激發(fā)光敏卟啉MOF以產(chǎn)生單線態(tài)氧用于光動力治療，葡萄糖氧化酶催化內(nèi)源性葡萄糖轉(zhuǎn)化為H2O2和葡萄糖酸以實現(xiàn)饑餓治療。而包裹在納米顆粒上的癌細胞膜可以實現(xiàn)同源靶向性，有利于取得更好的治療效果。特別是，鐵卟啉MOFs具有過氧化氫酶樣活性可分解H2O2產(chǎn)生O2，有效緩解腫瘤缺氧，從而增強腫瘤細胞的葡萄糖氧化酶的催化活性和光動力治療功效。此外，生成的H2O2和葡萄糖酸可以進一步改善CPPO-H2O2觸發(fā)的化學(xué)激光誘導(dǎo)的動力學(xué)療法，并促進低pH依賴性的基于Fenton反應(yīng)的化學(xué)動力治療。體外和體內(nèi)研究均表明，構(gòu)建的納米平臺顯示出良好的協(xié)同抗腫瘤性能，該納米平臺未來有望在臨床環(huán)境中使用，從而實現(xiàn)更精確、有效的腫瘤治療。

癌細胞的異常增殖需要足夠的營養(yǎng)和能量供應(yīng)來支持它們的存活和生長。大多數(shù)腫瘤細胞則依賴有氧糖酵解，導(dǎo)致腫瘤細胞對葡萄糖濃度的變化更加敏感［34］?；诖耍茖W(xué)家們提出了一種通過消耗腫瘤內(nèi)葡萄糖來進行饑餓治療癌癥的策略［35］。但是，正常細胞同樣需要葡萄糖進行代謝，傳統(tǒng)的饑餓策略缺乏腫瘤靶向性，可能會引起嚴重的脫靶效應(yīng)［36］。為了增強治療效果，可以通過一種補充模式來切斷癌細胞的葡萄糖供給并破壞葡萄糖代謝過程［37］?；诖?，Li等［38］通過將葡萄糖氧化酶和過氧化氫酶嵌入癌細胞細胞膜偽裝的卟啉金屬有機框架PCN-224中，構(gòu)建了一個腫瘤靶向的級聯(lián)生物反應(yīng)器（mCGP），用于饑餓療法和光動力療法協(xié)同增效。由于表面仿生功能化，mCGP反應(yīng)器的免疫逃逸和同型靶向行為顯著增強其腫瘤靶向和保留能力。一旦被腫瘤細胞內(nèi)吞，mCGP反應(yīng)器將通過催化內(nèi)源性H2O2生成O2來促進微環(huán)境富氧化，從而加速細胞內(nèi)葡萄糖的分解，并在光照射下增強單線態(tài)氧的生成。因此，mCGP反應(yīng)器顯示出饑餓治療和光動力治療的增強協(xié)同效果，單次給藥后就可以有效抑制腫瘤生長［33］。

由于可見光的穿透性差，腫瘤微環(huán)境高度缺氧，同時過度表達的GSH會消耗大量ROS，使光動力療法療效有限［28，39-41］。而且，由于腫瘤微環(huán)境中的弱酸性和過度表達的GSH，單一模式的化學(xué)動力療法療效也很有限［29，42］。葡萄糖氧化酶可以氧化內(nèi)源性葡萄糖生成H2O2和葡萄糖酸，提高細胞內(nèi)的H2O2濃度并降低pH值，從而提高基于Fenton反應(yīng)的化學(xué)動力療法效果?；谏鲜龌A(chǔ)，Wang等［14］首次設(shè)計并構(gòu)建了紡錘狀銅（II）基TCPP納米金屬有機框架（PCN-224（Cu）-GOD@MnO2），不僅可以作為精準成像系統(tǒng)，而且可以通過聯(lián)合緩解缺氧和谷胱甘肽消耗，促進化學(xué)動力學(xué)和饑餓療法的效果。如圖2c所示，在這個多功能診療平臺中，表面的MnO2的包裹層避免了GOD共價鍵對正常組織造成傷害，而且還可以在細胞內(nèi)分解H2O2產(chǎn)生O2，緩解細胞內(nèi)缺氧情況，并加速葡萄糖的氧化反應(yīng)。Cu+被細胞內(nèi)的GSH反應(yīng)氧化成Cu2+，消耗細胞內(nèi)的GSH，并降低細胞內(nèi)的氧化還原電勢，從而增強化學(xué)治療效果。而且，與TCPP配體鍵合的Cu+可以通過Fenton反應(yīng)，將葡萄糖氧化產(chǎn)生的H2O2分解成毒性的羥基自由基等活性氧，與O2和H2O通過Russel機制生成單線態(tài)氧，達到協(xié)同治療效果。除了誘導(dǎo)細胞的凋亡，這個多功能平臺還具備熒光成像和核磁共振成像的功能，可以實現(xiàn)精準治療。

青蒿素及其衍生物，如雙氫青蒿素（DHA），作為新型抗癌藥物已經(jīng)引起越來越多的關(guān)注［43］。但是，使用DHA治療癌癥的效果通常取決于外源性成分的協(xié)同作用，轉(zhuǎn)運過程中DHA的丟失降低了其在腫瘤治療中的有效性。為了解決這個問題，唐波教授課題組［44］報道了一種基于內(nèi)源性物質(zhì)刺激響應(yīng)的CaCO3包裹的鐵卟啉納米MOF納米藥物平臺用于腫瘤細胞協(xié)同治療，避免了在血液循環(huán)過程中DHA的泄露。當該納米藥物到達腫瘤區(qū)域后，細胞微環(huán)境中的弱酸性以及高濃度谷胱甘肽會觸發(fā)DHA的釋放和TCPP的激活，進而實現(xiàn)Fe2+-DHA介導(dǎo)的化學(xué)動力學(xué)治療、Ca2+-DHA介導(dǎo)的腫瘤治療和TCPP介導(dǎo)的光動力治療。體內(nèi)實驗表明，這種三重協(xié)同治療策略具有顯著增強的抗腫瘤效果，而且毒副作用也很小，是一種非常安全、可控、有效的藥物遞送平臺。

2 外源性響應(yīng)的基于卟啉MOFs的腫瘤治療方法

外源刺激包括聲、磁場和光等。聲動力治療是一種新穎有效的抗腫瘤治療方法，具有成本低、使用方便、滲透性強等優(yōu)點［45-46］。磁場能引導(dǎo)藥物靶向、觸發(fā)藥物釋放，抑制腫瘤的生長，但成本較昂貴［47］。相對于其他外源刺激，光具有便捷性、非侵入性及具有良好的生物相容性等優(yōu)勢，可高時空精度調(diào)控藥物的遞送［48］。

2.1 聲響應(yīng)型

聲動力治療（SDT）是一種新穎有效的抗腫瘤治療方法［49-51］。在超聲波輻照下，在腫瘤部位局部ROS增強，促進腫瘤凋亡和壞死，避免全身毒性，相比于其他ROS增強的方法，如放療［52］和PDT［53］，SDT具有成本低、使用方便、滲透性強等優(yōu)點［54］。聲敏劑是SDT中將聲波能量轉(zhuǎn)換為大量ROS的介質(zhì)，但因其負載效率低、自猝滅性較高，減弱了它在腫瘤治療方面的效果［49-50，55］。氧是SDT的關(guān)鍵反應(yīng)物，SDT在缺氧的腫瘤組織中的作用效果較差［55］。已有研究表明，鉑納米粒子（Pt NPs）［56］和MnO2［57］納米酶能在體內(nèi)模擬天然過氧化氫酶發(fā)揮穩(wěn)定的催化作用。為了克服缺氧的缺陷，Bao等［15］利用PCN-224作為聲敏劑，并在紅細胞膜偽裝的PCN-224上原位生長Pt NPs并負載GOX（命名為：PCN-224@Pt@GOx@EM納米載體），用于協(xié)同抗腫瘤治療。如圖3a所示，當PCN-224@Pt@GOx@EM納米載體被腫瘤細胞內(nèi)化時，PCN其表面裝載的Pt納米粒子能夠分解內(nèi)源性H2O2產(chǎn)生O2來緩解腫瘤缺氧，從而增強SDT效應(yīng)。同時，葡萄糖氧化酶可以消耗腫瘤部位的葡萄糖，實現(xiàn)饑餓治療并進一步提高腫瘤部位H2O2的水平。PCN-224表面負載紅細胞膜（EM）能夠提高納米材料在體內(nèi)的生物相容性［58］，而且PCN-224@Pt@GOx@EM納米載體可以在腫瘤組織中通過增強積聚滲透和保持效應(yīng)（EPR效應(yīng)），在超聲觸發(fā)下在局部快速產(chǎn)生大量ROS殺死腫瘤細胞。這種新型SDT平臺有望為腫瘤治療提供一種有效的治療策略。

Fig. 3 Porphyrin MOFs-based Exogenous stimuli-responsive tumor therapies圖3 基于卟啉MOFs的外源性刺激響應(yīng)型腫瘤治療策略

2.2 磁響應(yīng)型

與化療相比，腫瘤治療的物理治療策略如光療（包括光熱療法（PTT）和光動力療法（PDT））顯示出獨特的優(yōu)勢，如遠程控制、高選擇性、低生物毒性等［59］。但光敏劑的位置對光療效果具有重要意義。因此，多功能腫瘤治療平臺（MCTPs）應(yīng)運而生，越來越多的人期望將成像和治療整合到單一系統(tǒng)，通過成像提高治療的療效和安全性［60］。磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）平臺是將影像和腫瘤治療整合到一個系統(tǒng)中，通過影像引導(dǎo)治療來提高治療效率和安全性，解決了由于單獨化療藥物不能靶向給藥而導(dǎo)致對正常器官的毒性和不良影響的問題，此平臺在近年來的研究中備受關(guān)注［61］。基于此設(shè)想，Zhang等［62］首次在Fe3O4@C核上原位生長卟啉金屬有機骨架材料（PMOF）殼層形成Fe3O4@C@PMOF，用于熒光-磁共振雙模態(tài)成像引導(dǎo)的光熱和光動力共同治療腫瘤。由于卟啉的光學(xué)性質(zhì)在PMOF中得到了很好的保留，同時Fe3O4納米粒子的團簇結(jié)構(gòu)能夠增強MRI效應(yīng)，研究結(jié)果表明，F(xiàn)e3O4@C@PMOF是一種用于腫瘤診斷和治療的雙成像引導(dǎo)PTT和PDT雙重治療平臺，而且具有低細胞毒性和生物毒性。

診斷和治療相結(jié)合，將癌癥治療推向了一個新的發(fā)展階段［63］。影像引導(dǎo)化療解決了化療藥物對正常器官的毒性和不良反應(yīng)，但持續(xù)的藥物輸送可能會帶來耐藥性的問題［64］。開發(fā)能夠替代化療的新策略一直是癌癥治療的重要挑戰(zhàn)之一［65］。最近，人們開發(fā)了對正常器官毒性小的“綠色”光療法，包括PTT和PDT［66］。但是，基于單線態(tài)氧的光動力療法的主要障礙是腫瘤的局部缺氧，這被認為是限制光動力療法療效的主要因素［67］。自由基氣體一氧化氮（NO）作為一種新興的腫瘤治療方法，引起了廣泛關(guān)注［68］。與其他治療方案（如化療）的結(jié)合，可以達到很好的協(xié)同治療效果［69］。如圖3b所示，Zhang等［16］首次開發(fā)了一種Mn/卟啉NMOF平臺，用于磁共振引導(dǎo)NO和光熱協(xié)同治療癌癥。Mn離子在卟啉環(huán)中的摻入賦予了NMOFs光熱轉(zhuǎn)換能力［70］，S-亞硝基硫醇（SNO）是一種熱不穩(wěn)定的NO供體［71］。以細胞和小鼠為模型，在MRI成像引導(dǎo)下，成功實現(xiàn)了NO和光熱協(xié)同治療癌癥。研究表明，在耐藥模型中，NMOF-SNO復(fù)合材料比DOX化療單一模式表現(xiàn)出更高的抑瘤效率。但是，NO系統(tǒng)具有不穩(wěn)定性，NO療法的生物學(xué)效應(yīng)還需要進一步評估。雖然還存在一些尚未解決的問題，但研究結(jié)果表明，這種策略在未來可能可以作為化療的替代方案，促進非藥物治療系統(tǒng)的發(fā)展。

2.3 光響應(yīng)型

PDT是指采用特定波長照射光敏劑（photosensitizer，PS），使其被激發(fā)從而產(chǎn)生ROS，然后利用ROS破壞靶細胞膜以及胞內(nèi)活性分子，從而殺滅靶細胞的方法［72-74］。對比傳統(tǒng)治療手段，PDT具有高時空分辨率、非侵入性、副作用小等優(yōu)勢。而且，該治療手段便于聯(lián)合其他治療方式，構(gòu)建更高效的協(xié)同治療體系，被認為是治療腫瘤以及其他多種疾病的有效方法之。但腫瘤微環(huán)境高度缺氧，使得光動力療法療效有限［28，39-41］。Pt NPs是一種優(yōu)良的納米材料，具有過氧化物酶和超氧化物歧化酶的特性［75］，能有效催化轉(zhuǎn)化H2O2生成O2。為了提高光動力治療效果，增強生成O2的能力，Zhang等［17］通過在MOFs光敏劑上修飾Pt納米粒子，增強其光動力治療效果。如圖3c所示，該納米平臺可以分解H2O2生成O2，促進腫瘤缺氧部位單線態(tài)氧的形成，從而增強PDT治療效果。雖然光動力能夠產(chǎn)生ROS達到抗腫瘤的目的，但是因為光的穿透深度有限，限制了其在深層組織治療中的應(yīng)用［76］。為了克服此缺陷，Lin等［77］設(shè)計了一個（d-Lu）PCN-224（d-Lu=d-熒光素）系統(tǒng)，此系統(tǒng)能利用基于內(nèi)源性生物發(fā)光的特性觸發(fā)PDT生成活性氧殺死腫瘤細胞。因為d-熒光素的生物發(fā)光（BL）光譜與PCN-224的吸收光譜重疊，因此PCN-224與d-熒光素之間存在生物發(fā)光共振能量轉(zhuǎn)移（BRET）效應(yīng)。即使沒有外部光源，這種（d-Lu）PCN-224系統(tǒng)也可以產(chǎn)生單線態(tài)氧來殺死腫瘤細胞，這項研究為深層組織PDT治療提供了可能性。

細胞毒性過大或者抗癌藥物的水溶性差，都會影響化療的治療效果［78］。因此迫切需要發(fā)展新的治療策略來提高抗癌藥物的抗腫瘤效果，其中構(gòu)建多種治療方法協(xié)同將是提高抗腫瘤療效的新型治療策略［79］。由于近紅外光（NIR）能精準照射到病變組織，可以減少對活體組織和器官的損傷，達到最大限度地減少副作用［80］，因此聯(lián)合化療和光動力療法已在癌癥治療研究中得到廣泛應(yīng)用［81］。但是，在同一激發(fā)條件下，同時實現(xiàn)化療藥物的可控釋放和光動力治療效果存在一定的難度［82］，因此開發(fā)一種同時實現(xiàn)藥物按需釋放和增強光動力治療效果的方法是非常必要的。研究發(fā)現(xiàn)，含硒聚合物通過負載光敏劑后的氧化還原反應(yīng)，可以實現(xiàn)藥物的可控釋放［83］?；谏鲜鲅芯炕A(chǔ)，Luo等［84］設(shè)計一種核殼結(jié)構(gòu)的、可以在單一光源下同步實現(xiàn)光動力治療和化療藥物按需釋放的給藥系統(tǒng)。首先，以具有光觸發(fā)ROS生成能力的多孔鋯卟啉MOFs（PCN-224）為核心，以可以被ROS分解的兩親性含硒聚合物為殼，制備了核殼結(jié)構(gòu)的可控給藥系統(tǒng)（poly（DH-Se/PEG/PPG聚氨酯）@MOF）。殼層聚合物包含可以被ROS分解的DHSe部分，增強生物相容性的親水性PEG部分，還包含穩(wěn)定復(fù)合物結(jié)構(gòu)的疏水性PPG部分。這種設(shè)計不僅有助于提高涂層后MOFs的生物安全性和穩(wěn)定性，還可以在光照下誘導(dǎo)MOFs產(chǎn)生ROS，實現(xiàn)光動力治療。而且，產(chǎn)生的ROS還可以破壞聚合物涂層，實現(xiàn)抗腫瘤藥物的按需釋放。綜上所述，在同一光源刺激下，這種核殼結(jié)構(gòu)的可控給藥系統(tǒng)可以同步實現(xiàn)光動力治療和抗腫瘤藥物的按需釋放。

金屬離子可以用于疾病的診斷和治療，但仍面臨脫靶效應(yīng)和急性毒性的挑戰(zhàn)［85］。研究發(fā)現(xiàn)，利用近紅外光激發(fā)可以實現(xiàn)金屬離子準確、高效和可控輸送，同時還能緩解金屬離子引發(fā)的全身毒性［86］。Ag納米粒子表現(xiàn)出低毒，但在氧化環(huán)境下能被有效激活并釋放劇毒Ag+殺滅腫瘤細胞和細菌。為了構(gòu)建銀離子的智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，Zhang等［87］構(gòu)建了一種生物相容性好的近紅外控制的Ag+釋放系統(tǒng)，實現(xiàn)按需激活和釋放Ag+。首先，將銀納米顆粒（AgNPs）組裝到卟啉金屬有機框架（PCN）上，然后用具有炎癥靶向能力的中性粒細胞膜（NM）包裹，成功構(gòu)建了PAM納米平臺。在NIR光照下，PCN受光激發(fā)活化分子氧產(chǎn)生單線態(tài)氧，并氧化Ag納米粒子釋放有毒的Ag+從而誘導(dǎo)腫瘤細胞和細菌死亡。同時，由于局部電場效應(yīng)，銀納米粒子會增強PCN通過光動力產(chǎn)生單線態(tài)氧的能力。而且，在沒有光照射的情況下，PAM對循環(huán)或正常細胞沒有造成任何損傷。總之，這項研究通過Ag納米粒子和卟啉MOFs之間的連鎖相互作用，可以同時實現(xiàn)精確控制的金屬離子釋放和增強的PDT治療，從而有效消除腫瘤和細菌。

光驅(qū)動的腫瘤療法因其對腫瘤治療的顯著優(yōu)勢，吸引了越來越多的關(guān)注，光動力和光熱聯(lián)合治療有利于克服單一治療模式的不足［88］。但目前這種聯(lián)合治療還存在兩大問題：a. 腫瘤細胞內(nèi)的缺氧微環(huán)境限制了光動力的治療效果［89］；b. 光熱效應(yīng)產(chǎn)生的熱休克蛋白（HSP）使腫瘤細胞抵抗熱誘導(dǎo)的凋亡，從而無法達到預(yù)期效果［90］。為了解決上述問題，Cheng等［91］在普魯士藍（PB）納米顆粒上包覆鋯-卟啉（PCN）MOFs，制備了核-殼結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合物（PB@PCN），并用小鼠結(jié)腸癌細胞膜包裹，賦予納米復(fù)合物良好的免疫逃避和主動靶向能力［91］，并通過調(diào)節(jié)PCN殼層厚度，獲得綜合性能最好的PB@PCN@MEM納米復(fù)合物用于腫瘤治療和成像［92］。PCN殼層易于單線態(tài)氧擴散、避免自猝滅和高光敏劑負載，可以有效地將O2轉(zhuǎn)化為劇毒的單線態(tài)氧，通過PDT殺死腫瘤細胞并攻擊熱休克蛋白以促進PTT效應(yīng)［93］。此外，PB核不僅可以用于近紅外輻射下腫瘤的PTT治療，還可以將腫瘤細胞中過量產(chǎn)生的內(nèi)源性H2O2轉(zhuǎn)化為O2，有效緩解腫瘤缺氧，提高PDT的治療效率［94］。而且，PB@PCN@MEM可用于多個成像技術(shù)，包括MRI、熒光成像（FL）、光聲成像（PAI）和紅外成像（IR），提供關(guān)于腫瘤的詳細信息，并改善PTT/PDT治療效果。紅外光比紫外光和可見光在組織中的穿透能力更強，上轉(zhuǎn)化納米材料（UCNPs）可以吸收紅外光并發(fā)射可見光，從而可以激發(fā)卟啉MOFs的光動力治療。He等［95］通過DNA相互作用制備了MOF-UCNP核心-衛(wèi)星上層結(jié)構(gòu)，在980 nm激光照射下獲得大量單線態(tài)氧。而且，相比于兩種單組分的物理混合體系，復(fù)合材料的細胞毒性較照射時增強。復(fù)合材料與表皮生長因子受體結(jié)合后，靶向光動力治療顯著增強，在近紅外激發(fā)20 min后，約82%的腫瘤細胞死亡。這一工作將促進利用UCNP和MOF組裝構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)的多功能PDT材料的發(fā)展。

近年來，研究發(fā)現(xiàn)苯基砷氧化物（PAO）的三價砷可抑制線粒體蛋白質(zhì)以增加ROS的產(chǎn)生和誘導(dǎo)凋亡信號通路，其毒性比常用的As2O3更大［96］。此外，砷酸鹽能夠通過與GSH半胱氨酸上的游離巰基結(jié)合來調(diào)節(jié)細胞氧化還原系統(tǒng)［97］。此外，作為一種電子傳遞鏈（ETC）抑制劑，它還可以通過線粒體呼吸抑制來緩解腫瘤缺氧［98］。盡管存在上述多種抗腫瘤機制，但由于高劑量砷的治療效果不理想和嚴重不良反應(yīng)，砷的實際應(yīng)用仍然受到限制［99］。因此，有必要在增加靶向藥物的同時，通過PAO與其他藥物聯(lián)合來提高抗腫瘤效率?；诖耍琘uan等［100］開發(fā)了一種基于PAO和卟啉MOF的腫瘤靶向自協(xié)同納米平臺（PAO@PCN@HA），用于化療致敏的光動力治療。首先在PCN-224卟啉金屬有機骨架中裝載氧化苯胂（PAO），然后用HA進行表面修飾。HA表面改性不僅提高了納米平臺的生物相容性，而且增強了腫瘤細胞對納米平臺的優(yōu)先聚集和吞噬［101］。更重要的是，PAO作為化療藥物能增加ROS的生成，破壞線粒體，促進細胞凋亡。另一方面，PAO還可以抑制線粒體的呼吸功能，減輕腫瘤缺氧，并與細胞內(nèi)的GSH反應(yīng)，以減少ROS消耗增強PCN-224的PDT效應(yīng)。值得注意的是，這種自協(xié)同策略彌補了對腫瘤PAO化療的不敏感性，減少了治療劑量PAO的副作用。因此PAO@PCN@HA在缺氧腫瘤微環(huán)境中顯示出有效的腫瘤抑制效果，而且全身毒性較低。這種腫瘤靶向協(xié)同作用可能為開發(fā)臨床應(yīng)用中基于砷的抗腫瘤策略提供新的視角。

MnO2納米粒子作為腫瘤微環(huán)境反應(yīng)性治療藥物試劑具有許多優(yōu)勢，比如MnO2納米粒子可以與腫瘤微環(huán)境中的H+和GSH反應(yīng)，釋放順磁性Mn2+離子進行T1磁共振成像［102］。同時，MnO2誘導(dǎo)可以H2O2分解產(chǎn)生O2，從而緩解腫瘤缺氧［103］。而且，MnO2可以抑制腫瘤內(nèi)GSH消耗O2從而增強PDT效應(yīng)［104］。但是，MnO2是一種高效的熒光猝滅劑，可能會嚴重影響光敏劑生成ROS［105］。此外，MnO2納米顆粒缺乏特異性，將導(dǎo)致其在腫瘤內(nèi)的積累有限。即使所有這些問題都能被解決，單一模式的PDT依然很難達到很好的抗腫瘤效果，構(gòu)建多模式系統(tǒng)體系是提高抗腫瘤效果的有效途徑［106］。比如，Li等［107］構(gòu)建了一個PCN@MnO2@DOX@HA（PMDH）智能納米平臺，用于在MRI指引下，聯(lián)合化學(xué)療法和光動力治療進行缺氧微環(huán)境下的靶向腫瘤治療。由于HA功能化，納米平臺可以特異性識別細胞內(nèi)過度表達的CD44受體，從而具有靶向功能。而且，納米平臺在腫瘤部位積累，在腫瘤細胞微環(huán)境中可將細胞中豐富的H2O2分解為O2，緩解腫瘤缺氧，通過O2自給與GSH還原能力相結(jié)合，增強光動力治療效果。特別是，與腫瘤微環(huán)境中的H+和GSH反應(yīng)，釋放順磁性Mn2+進行T1磁共振成像。這種腫瘤微環(huán)境觸發(fā)的化療/光動力聯(lián)合治療有望實現(xiàn)對低氧腫瘤的高效靶向治療和副作用最小化。

3 總結(jié)與展望

本文從刺激響應(yīng)角度，總結(jié)了卟啉金屬有機骨架材料在腫瘤診療中的最新研究進展。利用納米藥物載體對內(nèi)源性組分和外源性物理信號的刺激響應(yīng)，可以克服目前傳統(tǒng)治療方法中存在的藥物利用率低、靶向性較差、損害活體組織等缺點和局限性。多種策略已被用于提高其腫瘤治療效果和生物安全性。如：a. 利用卟啉MOFs具有可控合成及修飾的特點，控制納米材料的形貌和粒徑，并根據(jù)靶標部位或功能區(qū)域進行表面修飾，利用刺激響應(yīng)實現(xiàn)藥物的可控轉(zhuǎn)運和釋放，并提高對腫瘤的靶向遞送效率；b. 在卟啉MOFs中封裝其他可以干擾腫瘤細胞生存機制的小分子藥物，構(gòu)建多機制協(xié)同腫瘤治療體系；c. 利用刺激響應(yīng)型聚合物包裹卟啉MOFs，構(gòu)建多重刺激響應(yīng)的腫瘤診療智能體系，提高藥物釋放的精準度；d. 構(gòu)建多模式協(xié)同治療體系，克服單一系統(tǒng)單一模式的局限性治療。

基于卟啉MOFs的刺激響應(yīng)型納米藥物載體擁有廣泛的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用前景，包括藥物運輸、組織工程等，構(gòu)建基于組分響應(yīng)的腫瘤治療方式是邁向智能化和個性化治療的一步。但是，目前該領(lǐng)域的研究還處于基礎(chǔ)研究階段，要將卟啉MOFs刺激響應(yīng)型納米藥物應(yīng)用于臨床治療，仍有一些問題亟需解決。比如：a. 是否可以通過優(yōu)化卟啉MOFs材料的微觀結(jié)構(gòu)、形貌、粒徑尺寸、表面微環(huán)境等提升其腫瘤治療效果和生物安全性；b. 需要深入開展基于卟啉MOFs的納米藥物的刺激響應(yīng)型多機制協(xié)同治療腫瘤的機制研究；c. 健全完善臨床前動物模型和相關(guān)器官實驗，優(yōu)化腫瘤治療策略。