pH敏感型聚合物膠束作為藥物載體研究進(jìn)展-

pH敏感型聚合物膠束作為藥物載體研究進(jìn)展*侯露

(凱里學(xué)院大健康學(xué)院，貴州凱里556011)

為實(shí)現(xiàn)藥物的靶向治療，研究者們開(kāi)發(fā)了許多種類(lèi)的納米藥物載體，常見(jiàn)的有聚合物膠束、脂質(zhì)體、樹(shù)枝狀聚合物和無(wú)機(jī)納米粒子等[1]，用以包載或負(fù)載藥物靶向進(jìn)入體內(nèi)病變組織或病變部位來(lái)實(shí)現(xiàn)治療目的。其中聚合物膠束(polymericmicelles,PMs)具有特殊的兩親性核-殼結(jié)構(gòu)，內(nèi)核為疏水性—可包載疏水性藥物，外殼為親水性—可負(fù)載親水性藥物；良好的生物安全性和生物相容性，一定程度減少毒副作用等[2]特性而被廣泛應(yīng)用于藥物的靶向治療當(dāng)中。但聚合物膠束應(yīng)用于藥物靶向治療中，仍存在一定的局限性，如PMs體內(nèi)不夠穩(wěn)定，藥物釋放緩慢等問(wèn)題。

研究者們?yōu)榭朔@些局限性，對(duì)PMs進(jìn)行改性，使其成為刺激響應(yīng)型聚合物膠束，如pH敏感型、氧化還原敏感型、酶敏感型、光敏感型或雙重、多重敏感型[3]，以提高其靶向性、穩(wěn)定性和安全性。本文主要綜述pH敏感型聚合物膠束，在靶向治療中也有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在腫瘤組織中pH低于正常組織中pH[4]，因此可利用腫瘤組織中pH的改變而改變pH敏感型聚合物膠束的穩(wěn)定性。pH敏感型聚合物膠束在pH=7.4的生理?xiàng)l件下能夠保持穩(wěn)定，從而減少藥物提前釋放帶來(lái)的毒副作用，而當(dāng)pH敏感型聚合物膠束處于弱酸性條件下時(shí)，膠束出現(xiàn)溶解、塌陷等結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定現(xiàn)象而實(shí)現(xiàn)藥物的緩控釋釋放[5]。

目前pH敏感型聚合物膠束合成策略分為兩條：一條是基于酸敏感鍵質(zhì)子化或去質(zhì)子化，實(shí)現(xiàn)藥物的緩控釋釋放；另一條是通過(guò)酸敏感鍵作為連接臂鍵合膠束和藥物，實(shí)現(xiàn)藥物的緩控釋釋放。

1基于質(zhì)子或去質(zhì)子化機(jī)制的pH敏感型聚合物膠束

基于質(zhì)子或去質(zhì)子化機(jī)制的pH敏感型聚合物膠束是由具有pH敏感性的可電離的基團(tuán)組成，當(dāng)改變環(huán)境的pH，聚合物膠束將發(fā)生質(zhì)子化或去質(zhì)子化，分子狀態(tài)發(fā)生改變，使PMs穩(wěn)定性改變而實(shí)現(xiàn)藥物的靶向釋放。

1.1陰離子聚合物膠束

陰離子聚合物膠束通常使用羧酸基團(tuán)作為pH敏感基團(tuán)，如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸等，此外還有磺酰胺基團(tuán)、聚谷氨酸等[6]。陰離子聚合物膠束都是基于在酸性條件下PMs質(zhì)子化，產(chǎn)生相對(duì)疏水的分子；而在中性或堿性條件下PMs去質(zhì)子化，產(chǎn)生相對(duì)親水的分子，親水-疏水狀態(tài)的改變使膠束變得不穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)藥物的靶向緩控釋釋放。

Cavalcante等[7]制備了由1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇-胺-N-[甲氧基(聚乙二醇)-2000][1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanol-amine-N-[methoxy(polyethyleneglycol)-2000](DSPE-mPEG2000)和油酸(oleicacid,OA)組成的DSPE-PEG/OA6pH敏感型聚合物膠束，用以包載多柔比星(doxorubicin,DOX)，其中油酸中的羧酸作為酸敏感基團(tuán)。經(jīng)試驗(yàn)證明，DSPE-PEG/OA6/DOX膠束在生理?xiàng)l件下緩慢釋放，但在酸性條件下DOX能夠?qū)崿F(xiàn)快速的釋放。與游離DOX和非pH敏感型聚合物膠束相比，DSPE-PEG/OA6/DOX膠束能更好的抑制腫瘤生長(zhǎng)，且細(xì)胞毒性較低。

Teo等[8]通過(guò)功能性環(huán)狀碳酸酯的無(wú)金屬有機(jī)催化聚合合成了含有二硫鍵和羧酸基團(tuán)的PEG和聚碳酸酯的生物可降解的pH敏感和氧化還原敏感型雙嵌段共聚物膠束，其中羧酸作為酸敏感基團(tuán)，二硫鍵作為氧化還原敏感基團(tuán)。聚合物膠束在pH=7.4的生理?xiàng)l件下只有10%～20%的DOX釋放，但置于pH=5.0的弱酸性條件下DOX得到快速的釋放。當(dāng)引入GSH后，pH和氧化還原性的雙重刺激使DOX的釋放得到進(jìn)一步加強(qiáng)。與游離DOX相比，顯現(xiàn)出更強(qiáng)的抗腫瘤活性和更低的非特異性毒性。

Wang等[9]制備了一種配體介導(dǎo)的pH敏感型聚合物膠束(aptamer-naringenin@Zeoliteimidazoleframework-8)/polymericmicelles,AP-(NAR@ZIF-8)/PMs)用以包載槲皮素(NAR)，其中ZIF-18作為酸敏感型基團(tuán)，AS141作為適體。經(jīng)試驗(yàn)證明，AP-(NAR@ZIF-8)/PMs)在pH=7.4條件下，僅15%NAR在膠束中釋放，但在酸性條件(pH=5.0)下藥物能夠得到快速和接近完全的釋放，且對(duì)人肺癌A549細(xì)胞和人乳腺癌MCF-7細(xì)胞具有顯著的靶向和抑制作用，體外研究同時(shí)表明AP-(NAR@ZIF-8)/PMs對(duì)人肺癌A549細(xì)胞和人乳腺癌MCF-7細(xì)胞具有抗腫瘤作用。

1.2陽(yáng)離子聚合物膠束

陽(yáng)離子聚合物膠束通常使用弱堿性基團(tuán)作為pH敏感基團(tuán)，如聚乙酰亞胺、聚乙烯吡咯烷酮等[6]。這些基團(tuán)具有可電離的叔胺結(jié)構(gòu)，與陰離子聚合物膠束同理，在酸性條件下質(zhì)子化成陽(yáng)離子，在堿性條件下去質(zhì)子化，而引起陽(yáng)離子聚合物膠束的分子狀態(tài)改變，從而改變PMs的穩(wěn)定性而實(shí)現(xiàn)藥物的緩控釋釋放。

Guan等[10]制備了一種葉酸(folate,FA)介導(dǎo)和pH敏感的主動(dòng)靶向膠束系統(tǒng)，葉酸-聚(L-賴(lài)氨酸)(檸檬酸)-聚乳酸(folate-poly(L-lysine)-citricacid-poly(lacticacid),FA-PLL(CA)-PLA)系統(tǒng)，用于抗癌藥物遞送，其中聚(L-賴(lài)氨酸)中的酰胺鍵作為pH敏感鍵，F(xiàn)A受體介導(dǎo)膠束主動(dòng)靶向，二者協(xié)同作用提高FA-PLL(CA)-PLA膠束的靶向和抗癌作用。經(jīng)試驗(yàn)證明，在pH=6.5時(shí)FA-PLL(SA)-PLA/DOX藥物的釋放較生理?xiàng)l件下高，且FA-PLL(CA)-PLA膠束可以有效地增強(qiáng)DOX向癌細(xì)胞尤其是細(xì)胞核的遞送，具有較低的細(xì)胞毒性和較高的抗癌活性。

Tang等[11]設(shè)計(jì)了一種新型pH敏感型二甲基馬來(lái)酸-聚乙烯亞胺-聚[(1,4-丁二醇)-二丙烯酸酯-β-5-氨基-1-戊醇(2,3-dimethylmaleicanhydride-polyethyleneimine-poly[(1,4-butanediol)-diacrylate-β-5-amino-1-pentanol],DMA-PEI-PDHA)聚合物膠束，用以包載紫杉醇(paclitaxel,PTX)，其中聚乙酰亞胺(PEI)作為pH敏感鍵。該膠束能夠被腫瘤細(xì)胞攝取，具有輕微的細(xì)胞毒性。在酸性條件(pH6.6及以下)下膠束解離，實(shí)現(xiàn)藥物的靶向釋放。DMA-PEI-PDHA對(duì)酸性pH、細(xì)胞攝取效率和4T1細(xì)胞的體外細(xì)胞毒性、腫瘤中的生物分布和對(duì)DPM4T1肺轉(zhuǎn)移小鼠模型的體內(nèi)抗腫瘤和抗轉(zhuǎn)移功效均表現(xiàn)比較優(yōu)異。

AjiAlex等[12]設(shè)計(jì)了雙重響應(yīng)pH敏感和氧化還原敏感型苯乙烯-alt-馬來(lái)酸酐聚合物膠束(poly(styrene-alt-maleicanhydride),PSMA)，陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)通過(guò)二硫鍵接枝到聚合物膠束上。苯乙烯-alt-馬來(lái)酸酐聚合物膠束可以很容易地在水中自組裝形成光滑的球形膠束結(jié)構(gòu)，且二硫鍵可促進(jìn)聚合物膠束在富含谷胱甘肽腫瘤細(xì)胞微環(huán)境中釋放藥物。研究者們分別選擇DOX和PLK-1siRNA作為模型藥物和核酸，在生理?xiàng)l件(pH7.4)下膠束穩(wěn)定，在酸性條件(pH5)下藥物釋放，當(dāng)加入10mM谷胱甘肽(GSH)，藥物的釋放顯著增強(qiáng)，因此苯乙烯-alt-馬來(lái)酸酐聚合物膠束的pH敏感性和氧化還原敏感性對(duì)抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)具有協(xié)同作用。

Liu等[13]通過(guò)無(wú)銅點(diǎn)擊反應(yīng)制備了兩親性葡聚糖-接枝-聚(2-(二異丙基氨基)乙基甲基丙烯酸酯-共-2-(2′,3′,5′-三碘苯甲?；?甲基丙烯酸乙酯)(dextran-graft-poly(2-(diisopropylamino)ethylmethacrylate-co-2-(2′,3′,5′-triiodobenzoyl)ethylmethacrylate)，dextran-g-P(DPA-co-TIBMA))，其中聚(二異丙基氨基)甲基丙烯酸乙酯(PDPA)中的叔胺基團(tuán)作為pH敏感型基團(tuán)。當(dāng)葡聚糖-g-P(DPA-co-TIBMA)在pH7.4條件下，藥物釋放緩慢，而在酸性條件下(pH6和5)藥物釋放速率明顯加快。經(jīng)試驗(yàn)證明，葡聚糖-g-P(DPA-co-TIBMA)膠束可以在人乳腺癌細(xì)胞系(MCF-7細(xì)胞)中有效地傳遞和釋放DOX，在體外具有良好的抗腫瘤效果和生物相容性，體內(nèi)也可以有效地減少腫瘤的生長(zhǎng)。

Yang等[14]制備了基于金剛烷的星形金剛烷-[聚(ε-己內(nèi)酯)-b-聚(2-(二乙氨基)乙基甲基丙烯酸酯)-b-聚(聚(乙二醇)甲基醚甲基丙烯酸酯)]聚合物膠束[poly(ε-caprolactone)-b-poly(2-(diethylamino)ethylmethacrylate)-b-poly(poly(ethyleneglycol)methylethermethacrylate)]4,Ad-(PCL-b-PDEAEMA-b-PPEGMA)4]，PDEAEMA中的胺基作為酸敏感基團(tuán)。Ad-(PCL-b-PDEAEMA-b-PPEGMA)4具有較高的載藥能力，經(jīng)試驗(yàn)證明，DOX的載藥率高達(dá)22.4%。Ad-(PCL-b-PDEAEMA-b-PPEGMA)4以金剛烷為分子核，因此具有高穩(wěn)定性。二者獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，使Ad-(PCL-b-PDEAEMA-b-PPEGMA)4在pH=7.4的生理?xiàng)l件下保持穩(wěn)定，當(dāng)在pH=4.5的弱酸性條件下，DOX從膠束中釋放藥物，實(shí)現(xiàn)藥物的緩控釋釋放。

2酸敏感鍵連接臂的聚合物膠束

酸敏感鍵在pH敏感型聚合物膠束中通常作為連接臂連接聚合物膠束的親水鏈段和疏水鏈段，其在堿性或中性條件下穩(wěn)定，但在酸性pH條件下時(shí)酸敏感鍵斷裂而使親水鏈段和疏水鏈段分離，從而改變聚合物膠束的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)藥物的緩控釋釋放[2]。常見(jiàn)的有腙鍵[15]、亞胺鍵[16]、縮醛鍵[17]、原酸酯鍵[18]等。

Li等[15]將基于PEG的衍生物APN和疏水性藥物潑尼松龍(prednisolone,PD)通過(guò)酸敏感腙鍵連接自組裝成兩親性耦連PD膠束，它具有高載藥量，能夠選擇性地靶向發(fā)炎組織并能夠?qū)崿F(xiàn)藥物靶向釋放。PD膠束的PD釋放具有明顯的pH敏感性，在酸性條件下，藥物能夠接近100%的在96h內(nèi)釋放。將PD膠束靜脈注射到患有膠原誘導(dǎo)性關(guān)節(jié)炎的小鼠體內(nèi)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示PD在受影響的關(guān)節(jié)組織中釋放，并且濃度明顯高于注射游離PD，且比游離PD具有更好的抗炎作用。

Zhai等[16]制備了聚乙二醇(PEG)和功能化聚己內(nèi)酯(Polycaprolactone,PCL)的兩親雙嵌段共聚物，并將其用作藥物載體。DOX通過(guò)酸敏感的亞胺鍵與聚合物化學(xué)結(jié)合，以獲得新型pH敏感DOX前藥(mPEG-PCL-Imi-DOX)。經(jīng)體外釋放曲線表明，在pH7.4條件下48h內(nèi)約20%的共價(jià)偶聯(lián)DOX從mPEG-PCL-Imi-DOX膠束中釋放。然而，48h后，在pH6.5和5.0條件下，前藥膠束的累積藥物釋放分別增加了42.8%±1.5%和60.3%±0.8%，因此DOX釋放具有pH敏感性，并且能夠隨著pH的降低而加速。體外細(xì)胞毒性試驗(yàn)表明，與游離DOX相比，mPEG-PCL-Imi-DOX對(duì)MCF-7細(xì)胞表現(xiàn)出相對(duì)較低的細(xì)胞毒性和相似的抗腫瘤功效。

Ma等[19]制備了基于4-羧基苯甲醛接枝聚(L-賴(lài)氨酸)-嵌段-聚(甲基丙烯酰氧基乙基磷酰膽堿)(4-carboxybenzaldehyde-graftedpoly(L-lysine)-block-poly(methacryloyloxyethylphosphorylcholine,PLL(CB/DOX)-b-PMPC)聚合物膠束，將DOX通過(guò)酸敏感亞胺鍵與PLL嵌段結(jié)合形成膠束。經(jīng)試驗(yàn)證明，PLL(CB/DOX)-b-PMPC膠束在生理?xiàng)l件(pH7.4)下穩(wěn)定，在酸性條件下大量釋放藥物。且PLL(CB/DOX)-b-PMPC膠束顯示出對(duì)HeLa和4T1細(xì)胞的腫瘤抑制作用，在乳腺癌小鼠模型中，也顯示出比游離藥物更好的抗腫瘤功效和更少的器官毒性。

Yang等[18]制備了含二硫鍵和原酸酯基團(tuán)的新型雙重敏感型聚乙二醇-胱胺-12-羥基十二烷酸-三氟乙酰胺原酸酯(polyethyleneglycol-cystamine-12-hydroxydodecanoicacid-trifluoroacetamideorthoester,PCT)聚合物，用以包載DOX，其中二硫鍵作為氧化還原敏感型基團(tuán)，原酸酯基團(tuán)作為酸敏感型基團(tuán)。在體外藥物釋放實(shí)驗(yàn)中，模擬腫瘤微環(huán)境(含GSH的pH=5.0)中DOX/PCT中膠束在72h時(shí)的累積釋放量達(dá)到(89.7±11.7)%，而在正常生理環(huán)境(不含谷胱甘肽的pH=7.4)累積釋放量?jī)H為(16.7±6.1)%。且DOX/PCT膠束在體內(nèi)顯示出比游離DOX更強(qiáng)的抗腫瘤活性。

3腫瘤的靶向治療

3.1傳統(tǒng)治療方法的弊端

癌癥的主要特征是異常細(xì)胞的快速生長(zhǎng)和擴(kuò)散，可影響到身體的任何部位從而造成死亡的可能性。癌癥已是全世界的一個(gè)主要死因，因此對(duì)于癌癥的治療一直是科研人員的研究熱點(diǎn)。目前常用的癌癥治療方式有放療、化療和手術(shù)，但傳統(tǒng)的治療方法常伴有靶向性低、毒副作用大和生物利用度低等