發布時間：2019-10-29所屬分類：醫學論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要:刺激響應型納米載體是一類功能性聚合物，具有隨外界環境變化而結構或性質改變的特征，在藥物/基因傳遞方面具有重要的應用價值，受到了科學家們的廣泛關注. 這些材料的優勢是可識別局部生理條件異常，如腫瘤細胞中較低的 pH，偏高的溫度及氧化還原平衡
摘 要:“刺激響應型”納米載體是一類功能性聚合物，具有隨外界環境變化而結構或性質改變的特征，在藥物/基因傳遞方面具有重要的應用價值，受到了科學家們的廣泛關注. 這些材料的優勢是可識別局部生理條件異常，如腫瘤細胞中較低的 pH，偏高的溫度及氧化還原平衡等. 其中，活性氧響應型納米載體可充分利用病變組織或細胞中的高活性氧水平，調節藥物或基因的靶向傳遞和釋放，成為了研究熱點之一. 綜述了近年來活性氧響應型聚合物材料的研究進展，簡述了其合成方法及在腫瘤治療中的應用實例，重點介紹了兩類活性氧響應聚合物材料即水溶性改變材料及結構降解型材料，最后對活性氧響應型聚合物材料的發展和應用前景進行了初步展望.
關鍵詞: 腫瘤治療; 納米載體; 活性氧響應
近年來，隨著基因治療技術的不斷發展，人們已經從傳統載體材料的改進轉變為多功能化和智能化新型材料的開發. 其中，刺激響應型納米載體引起了研究工作者的極大興趣. 這類材料是利用正常組織與腫瘤組織微環境的特殊差異，設計腫瘤微環境響應性的新型納米載體. 它們的優勢是可識別局部生理條件異常，如癌細胞中偏低的 pH、偏高的溫度、某些酶的過度表達、高含量的谷胱甘肽( GSH) 及氧化還原平衡等[1-6]. 因此，針對腫瘤組織和細胞的特殊理化性質而設計制備的刺激響應型納米載體系統也得到了廣泛研究，并取得了較好的效果.
其中，氧化響應型納米載體是研究的熱點[7-9]. 與細胞外環境相比，細胞質具有較高的氧化能力. 正是由于氧化水平存在著較大的差異，因此對于基因和藥物的有效傳送及釋放提供了潛在的可能. 氧化環境主要是指癌細胞內的高活性氧( ROS) 水平. 活性氧( reactive oxygen species，ROS) 是一類化學性質活潑，具有較高氧化活性的分子或離子的總稱. 主要包括過氧化氫( H2 O2 ) 、羥 基 自 由 基 ( · OH) 、過 氧 硝 酸 鹽 ( ONOO- ) 、超氧化物( O2 - ) 、單線態氧等. 通常而言，活性氧是線粒體進行電子傳遞產生的副產物. 一方面，活性氧在正常細胞的信號傳導，和保持機體恒定性起著巨大作用. 另一方面，ROS 也是一把雙刃劍，過量的 ROS 會對一些生物大分子( 如脂質、核酸和蛋白質等) 造成損傷，從而影響其正常生理功能[10-11]. 大量研究顯示，ROS 與各種病理疾病密切相關，如癌癥、動脈粥樣硬化、糖尿病、炎癥等[8，12-13]. 因此，可利用癌細胞中的氧化微環境 ROS 水平不同作為特異性刺激，調節藥物/基因載體的傳遞和釋放. 本文重點概述了活性氧響應型聚合物材料的合成及其在腫瘤治療中的應用，并對今后的研究方向進行了探討. 目前，活性氧響應型聚合物納米材料，可大致分為水溶性改變和結構降 解 這 兩 類 ( 降解機理及結構如圖 1、圖 2 所示) [14].
1 水溶性改變材料
1. 1 聚丙烯硫醚( Polypropylene Sulde，PPS)
在氧化環境下，有機硫化合物會改變其親—疏水性質，由疏水硫化物轉變為親水的砜或者亞砜化合物[15-17]. 2004 年，Hubbell 課題組首例報道了利用聚丙烯硫醚的氧化響應這一特性，將其用作藥物傳遞載體[18]. 這也是第一類被發現的氧化敏感響應型生物材料. Hubbell 等人通過陰離子開環聚合法制得 了 ABA 型三嵌段共聚物，其中聚乙二醇作為親水 A 段，而聚丙烯硫醚作為疏水 B 段[19]. 研究發現，合成的嵌段共聚物在水溶液中能夠通過親水/疏水相互作用自組裝成為 U-型囊泡，并保持穩定. 但在 10% 的雙氧水氧化環境中，嵌段共聚物會在幾小時內完全溶解，轉變為親水物質. 核磁共振光譜、濁度測量以及低溫透射電鏡實驗都同時發現了這一現象. 同樣，Reddy 課題組也合成了聚丙烯硫醚( PPS) 和聚乙二醇( PEG) 二嵌段共聚類似物[20]. 高親水性的 PEG 圍繞著疏水 PPS 內核自組裝成粒徑為 20 nm 左右的納米顆粒. 這些小粒徑的納米顆粒能夠被動內在化進入淋巴節點中，并有效的在小鼠體內模型實驗中被分解和釋放藥物. 正是由于淋巴細胞能夠積極地利用 ROS 作為信號分子來調節炎癥和氧化應激，這類活性氧響應型納米載體 系 統 顯 示 出 巨 大 的 潛 力 用 于 治 療免疫疾病[21]. 最近，還有研究人員將還原響應型二硫鍵同 PPS 氧化響應型聚合物結合在一起. 硫醚和二硫鍵能夠分別響應氧化刺激和還原刺激，表現出抗氧化和還原作用. Swartz 課題組將抗原連接到這類氧化-還原響應 PPS 聚合物上，體內體外實驗均發現它能夠誘導樹突細胞進行抗原交叉表達[22]. 納米材料被細胞攝取后，在細胞質的還原環境中二硫鍵斷裂，抗原從 PPS 聚合物中釋放出來. 而殘留的 PPS 聚合物材料在晚期溶酶體氧化環境中完全水溶，并被降解成為對細胞無毒的分子，具有較好的生物兼容性. You 等人發現，由于高代的 PAMAM 樹枝狀分子毒性大，合成成本高，限制了它在生物醫療方面的臨床應用[23]. 用無毒易制備的第 2 代 PAMAM 同 PPS 和二硫鍵相連接，合成了化合物 PPS-SS-PAMAM2. 0作為基因載體. 10 mM 雙氧水孵化 24 小時后，透射電鏡 TEM 觀察到納米粒子粒徑大幅度減小. 凝膠電泳實驗也進一步驗證了在活性氧物質存在下，復合物解離有效釋放出 DNA. 該載體具有氧化還原響應性，毒性較低，有著與商業化轉染試劑相當的轉染效率. Lo 課題組評估了基于硫醚和二硫鍵的氧化還原雙響應藥物載體在體內中的研究應用[24]. 同游離的喜樹堿藥物相比，納米顆粒在癌細胞中釋放出藥物產生抗癌效應，而在低 ROS 和 GSH 水平的正常細胞中活性較低且幾乎沒有毒性. 研究工作者還評估了載體在腫瘤小鼠中的治療潛力，也顯示出較好的抗腫瘤活性，為硫醚載體系統的實際應用提供了可能性. 由于 PPS 具有易于合成，用途廣泛，氧化環境下引起的溶解度變化且生物相容性好等優異特性，是一類理想的氧化敏感響應型材料.
1. 2 含硒嵌段共聚物( Selenium-Containing Block Copolymers)
與 PPS 中的硫醚基團類似，在氧化環境中，硒化合物也會發生相變，由最初的疏水轉變為親水可溶的氧化硒或硒砜化合物[25]. Zhang 課題組合成了一系列含硒類氧化還原響應型納米藥物載體材料[26-30]. 其中 Ma 等人開發了一類兩親性的含硒三嵌段共聚物 ( PEG-PUSe-PEG) ，含有疏水的聚氨酯和親水的聚乙二醇嵌段[30]. 該共聚物在水溶液中自組裝成為膠束，而在濃度為 0. 1% 的雙氧水氧化環境下發生裂解，10 小時內即可釋放出 72% 的包載阿霉素藥物. 將阿霉素包載到含硫二嵌段共聚物 PEG-PU 膠束中進行比較發現，在相同氧化條件下，阿霉素在 10 小時內的釋放量僅為 41% . 在另一項研究中，Ren 等人設計合成了一種新型的環氧乙烷-丙烯酸含硒嵌段共聚物 ( PEO-b-PAA-Se) . 在濃度為 0. 1% 的雙氧水弱氧化環境中，20 小時內能夠將所有負載的藥物完全釋放出.更有趣的是，加入維生素 C 這種還原劑后，氧化過程變為可逆的[29].
在氧化或還原環境中，二硒鍵 Se-Se 容易發生斷裂轉變為硒酸或硒醇，使得其具有氧化還原響應性[31]. Ma 和 Zhang 等人設計開發了另一聯硒嵌段共聚物( PEG-PUSeSe-PEG) 作為氧化還原響應的納米載體，含有親水聚乙二醇 PEG 以及疏水聚氨酯雙硒嵌段[27]. 羅丹明 B 被包載在聚合物膠束中用來研究氧化還原條件下的釋放情況. 以兩種濃度的雙氧水 ( 0. 1% 和 0. 01% 的 H2O2 ) 為氧化劑研究了雙硒鍵的斷裂以及由此引起的膠束瓦解后負載的釋放. 結果發現，即使是在低濃度( 0. 01% ) 的 H2O2環境下，3 小時后也能觀察到超過 90% 的負載被釋放. 而在濃度為 0. 01 mg /mL 的 GSH 還原條件下，膠束很快解離，負載的熒光團被完全釋放.
同一主族的碲元素引入聚合物中也有活性氧響應性，但目前報道的文獻較少[32-34]. Xu 等人合成了線性和樹枝狀的兩類含碲聚合物，可在氧化環境和 γ 射線共同作用下被氧化降解釋放負載，進行化學、放射共治療[32-33]. 但目前這一類型的材料相關的體內毒性數據仍有待進一步研究.
1. 3 聚硫醚縮酮化合物( Polythioether Ketal)
如今發展的各種多刺激響應材料中，聚硫醚縮酮是少數以活性氧為主要刺激響應的材料之一[35-36]. Almutairi 等人合成的聚硫醚縮酮聚合物納米顆粒具有生物雙刺激響應特性，可用作蛋白質傳遞載體[35].材料中的硫醚基團有類似于 PPS 的“溶解度-改變”機制對活性氧物質響應，而縮酮基團具有 pH 響應性. 首先利用高壓均質器將尼羅河紅或卵白蛋白包裹在聚硫醚縮酮納米顆粒中，一旦膠束進入具有高 ROS 濃度的巨噬細胞中，材料會被氧化溶解，使得部分包載物釋放出來. 在體外酸性環境( pH = 6. 5) 以及 ROS 物質共同存在下，聚合物幾乎能夠完全降解釋放出負載物. 有趣的是，在沒有 ROS 物質存在的酸性環境中，即使 pH 值保持在相對較低的 5 時，聚合物仍無法充分降解. 這一結果證實了聚硫醚縮酮類化合物需要在活性氧和酸性環境的協同作用下才能充分釋放藥物.而這種雙刺激響應選擇特性也減少了非靶向的副作用，更適用于治療高 ROS 濃度和低 pH 值的炎癥部位.
2 結構降解材料
2. 2 硼酸酯類化合物( Materials with Boronic Esters)
硼酸酯類化合物是近幾十年出現的一類被廣泛應用的具有活性氧刺激響應-降解的生物材料[37-41].研究發現，在 ROS 氧化環境中，硼酸酯發生氧化反應，從而被降解. 例如，將硼酸酯與多肽共價連接可隱藏基質金屬蛋白酶( MMP) 的活性位點，在高活性氧環境中材料降解，活性部分暴露[42]. 類似的，硼酸酯共價連接在抗癌藥物和顯像劑上后，在高活性氧水平環境中也可激活特定位點，達到較好的示蹤和治療效果[43-44]. 相比較而言，含有酯或醚鍵的芳基硼酸酯具有更好的降解動力學[42]. De Garcia Lux 等人合成了兩種 ROS 響應的芳基硼酸酯和己二酸聚合而成的新型聚合 物，其中芳基硼酸酯直接或者通過醚鍵連接[45]. 在不同的雙氧水濃度下，納米顆粒均被降解釋放出負載物. 通過醚鍵連接芳基硼酸酯的聚合物對活性氧敏感度更高，同等程度下的降解，醚鍵連接在較低 ROS 濃度( 50 μM 的 H2O2 ) 下即可進行而直接連接需要 1 mM 的 H2O2濃度. 他們還使用活化的中性粒細胞模擬生理狀態下的體外富活性氧環境，醚鍵連接的芳基硼酸酯聚合物釋放負載物是直接連接方式的兩倍. 隨后，Zhang 課題組將芳基苯硼酸連接到 β-環糊精上，系統研究了不同連接鍵對活性氧響應的影響[46]. 雖然不同的連接方式會影響反應速率，但這些材料都能夠有效的響應活性氧刺激. 這種活性氧的響應能力同連接基團的水解不穩定性密切相關，其中酯鍵水解最慢. 此外，材料的水解曲線和活性氧響應能力還可通過改變共軛芳基硼酸酯基團的數目來調節.與活性氧物質反應，能夠有效保護巨噬細胞不受活性氧引起的氧化應激和炎癥反應的影響. 此外，通過抑制中性粒細胞侵染和促炎性細胞因子和趨化因子表達，誘導巨噬細胞聚集，還能夠有效治療小鼠的急性炎癥. 與單純的藥物分子相比，通過藥物分子和載體材料的協同作用，更有效的解決了小鼠的急性炎癥.更重要的是，這種類型的生物材料在完全水解后，生成的是 β-環糊精單體和其他易排泄的小分子，具有較好的生物兼容性. 在體外細胞培養研究和體內毒性評估中都表現出較好的生物安全性，為急性疾病和慢性炎癥的治療提供了新的前景.
2. 2 多孔硅材料( Silicon)
前期的研究中發現，各種藥物分子如阿霉素和地塞米松 吸 附 在 多 孔 硅 材 料 中 可 用 于 藥 物傳遞治療[47-49]. 然而，藥物分子簡單的非特異性吸附在多孔硅材料表面，容易引起快速釋放，難以到達特定位點緩釋的效果. 為解決此問題，Sailor 課題組將抗癌藥阿霉素或熒光染料 Alexa Fluor 488 通過共價 Si-C 鍵連接在多孔硅的表面和內部孔壁上[50]. 先借助微波法使十一碳烯酸連接在 Si 表面，使 Si 表面帶有羧基. 隨后，使用縮合劑將熒光染料或者藥物上的胺基與 Si 表面的游離羧基連接起來. 在氧化條件刺激下，基質 Si 材料會被氧化，生成 Si-O-Si 鍵，隨后發生水解使負載物有效釋放. 實驗發現，在過氧硝酸鹽( ONOO - ) 模擬的氧化環境中，24 小時內共價連接熒光染料的 Si 顆粒表達的熒光強度是在生理鹽水中的 10 倍，有效的避免了負載物的快速釋放.
2. 3 脯氨酸低聚物( Material with Proline Oligomers)
自 1960 年以來，自由基介導的游離氨基酸或多肽的氧化反應一直被廣泛研究[51-53]. 最近它的重要性被反復強調，這是由于許多病理過程中增長的活性氧水平能夠氧化蛋白質. 研究發現，多肽中的天冬氨酸、谷氨酸和脯氨酸等氨基酸在被氧化時易發生肽鏈裂解，導致蛋白片段化[54]. 在這三種氨基酸中，已有實驗證明 脯 氨 酸 可 在 生 理 活 性 氧 條 件 下 被氧化裂解[55]. Sung 課題組利用脯氨酸寡聚物作為交聯劑來構造聚己內酯聚合物支架，這種支架對活性氧物質有特異性響應降解[56]. 實驗發現，在高濃度的 ROS 環境中( 5 mM H2O2 ) ，孵化 6 天后聚合物中脯氨酸的共價連接完全斷裂，負載物隨之釋放. 值得注意的是，與其他活性氧響應材料在數小時到數天內迅速對 ROS 產生響應不同，基于脯氨酸寡聚物的活性氧響應載體需要數周的時間才能完全降解. 因此脯氨酸寡聚物類型的載體材料更適用于高氧水平炎癥反應中的緩慢釋放. 除此之外，相對于其他活性氧材料可能含有硒等有毒元素，使用天然氨基酸還可以有效避免潛在的生物相容性問題，利于體內的臨床應用.
2. 4 聚硫縮酮化合物( Polythioketal)
硫縮酮在有機合成中通常作為羰基的保護基團，在酸性或堿性環境中均具有較好的穩定性. 它在氧化條件下能夠被分解為酮/醛和二硫化合物，是一類新型的活性氧響應的化學連接鍵[57-58]. 最早，Murthy 課題組用縮合聚合法制備了硫縮酮類納米顆粒，用于口服治療高活性氧水平的發炎腸道組織[59]. 與 siRNA 復合可形成 600 nm 左右的負載微粒，易結合到發炎結腸粘膜被內在化進入巨噬細胞. 這些負載顆粒對酸、堿和蛋白酶均有耐受性，能夠抵抗胃腸道的嚴酷環境靶向傳遞到炎癥部位. 在體外活性氧環境中，載體發生解離釋放出負載基因. 應用小鼠潰瘍性結腸炎模型，證明口服使用攜帶 siRNA 靶向腫瘤壞死因子 α ( TNF-α) 基因的載體顆粒可有效降低炎癥結腸中的 mRNA 水平，有效治療潰瘍性結腸炎. Xia 等人通過 Michael 加成合成了聚氨基硫縮酮化合物 PATK 用于基因傳遞載體[60]. 通過核磁光譜檢測到，相同時間內聚合物的降解度隨著活性氧濃度的增加而增大. 在高活性氧水平的前列腺癌細胞中，硫縮酮連接鍵被降解，同商業化轉染試劑和不降解聚合物相比顯示出較高的轉染效率. Zhang 等人利用硫縮酮作為連接鍵，將寡聚氨基酸交聯起來構造靶向雙刺激響應藥物載體[61]. 研究人員模擬了腫瘤環境下藥物的釋放曲線，僅在低 pH 和活性氧環境中藥物分子被快速釋放出來. 而在 pH 為 7. 4 的類血液循環非氧化環境中，膠束仍比較穩定存在. 同游離的阿霉素藥物相比，這種新型載藥系統能夠有效改善藥物代謝動力學和體內分布曲線，大幅度提高腫瘤部位聚集度，減少系統毒性，為乳腺癌的化學療法提供了更多有效的治療途徑. Peng 課題組報道了一種新型的 Bola 兩親性樹枝狀分子 bola4A 用于基因沉默傳遞，由疏水硫縮酮中心和極性 PAMAM 尾端組成，兼具了脂質體和樹枝狀分子的優勢[62]. 聚合物 Bola4A 與復合物 bola4a /siRNA 在富氧環境或富氧癌細胞 PC-3 中被證實能夠被有效解離，釋放出 siRNA 質粒并有效沉默基因，有著較好的活性氧刺激響應性. 與之相反，在抗氧化劑 NAC 處理過的 PC-3 癌細胞或低氧正常細胞 CHO 和 HEK 中維持穩定. 我們課題組 Lin 等人系統研究了基于不同芳香型硫縮酮單體橋連的聚乙酰亞胺( PEI) 活性氧響應基因載體[63]. 100 mM 雙氧水孵化 24 小時后，核磁譜圖可明顯觀察到載體中硫縮酮的特征峰( 5. 20 ppm) 消失，苯甲醛的特征峰( 8. 25 ppm) 出現. 證實硫縮酮鍵在氧化環境中斷裂分解，生成了苯甲醛類副產物.在體外高 ROS 水平的 HeLa 癌細胞中，苯環上帶有甲氧基供電基團的聚合物 4a 顯示出最高的轉染活性.甚至在血清存在條件下，聚合物 4a 表達了更高的轉染效率，為商業化轉染試劑 PEI 25K 和 Lipofectamine 2000 的 9 倍多.
3 其他類型材料
除了水溶性改變和結構降解材料這兩大類，含有蛋 氨 酸 ( Methionine ) [64]、芳 基 草 酸 酯 ( Aryloxalate) [65-66]、乙烯二硫醚( Vinyldithioether) [67-68]、二茂鐵( Ferrocene) [69-70]等基團的衍生物也可以作為活性氧響應型納米材料用于腫瘤治療. 例如，Kang 課題組將芳基草酸酯同藥物天麻苷元相連接形成的共聚物作為診療一體化材料. 芳基草酸酯連接鍵與氧化劑 ( H2O2 ) 反應生成過氧雙酮類化合物，其可進一步快速分解為二氧化碳，并促使材料降解. 體外實驗表明，該聚合物在氧化條件下可完全水解為 3 種無毒化合物，具有較好的生物兼容性. 小鼠實驗顯示，在體內高氧化水平的病灶部位，該材料釋放出藥物，有較強的抗氧化性和抗炎活性. 材料負載熒光化合物后還可有效識別活性氧水平，具有生物成像功能. 此外，Zhang 等人利用 ATRP 反應合成了含二茂鐵的活性氧響應型共聚物載體. 二茂鐵具有獨特的氧化還原特性，在氧化環境中，二茂鐵可實現疏水態到親水態的結構轉變，且該反應具有可逆性，因此，常被用作藥物載體材料的構造支架. 基于二茂鐵的活性氧響應型載體在較低的氧化劑濃度( 1. 4% H2O2 ) 即可將包載物羅丹明 B 有效釋放出來，具有較好的生物醫藥應用前景.
4 結語與展望
活性氧響應型納米材料為癌癥等重大疾病的治療提供了一條富有潛力的新途徑，其在生物醫學領域有著廣闊的應用前景. 結合新近的研究工作，本文討論了不同活性氧響應連接鍵構筑的納米材料在腫瘤治療中的應用實例. 納米材料通過對活性氧的響應發生溶解度改變或降解從而實現了對藥物/基因的控制釋放. 有關研究結果表明，連接鍵的類型、活性氧敏感度及其在載體系統中的位置對負載物的控釋行為均有較大影響.
雖然活性氧響應型納米材料的研究已取得了一定進展，但未來的發展仍面臨著諸多挑戰. 目前，活性氧響應型納米材料作為藥物/基因載體還沒有廣泛應用于生物體內或臨床試驗，其生物相容性、刺激響應的精確性和靈敏性還需進一步改善. 同時，要根據特定病理環境、包載藥物的理化性質、和治療效果需求等因素來理性設計合成活性氧響應型納米材料. 此外，將活性氧響應型納米傳輸體系與診斷試劑結合，構建腫瘤診療一體化系統，將有利于實現腫瘤的精準治療.
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摘要：目的 探析青春期卵巢腫瘤的臨床特點。方法 隨機選擇2013年3月―2014年3月期間該院收治的青春期卵巢腫瘤患者50例為研究對象，對其臨床治療資料進行回顧性分析。結果 50例青春期卵巢腫瘤患者中，45例為良性腫瘤，占90%，其中行卵巢囊腫剝除術患者40例，行患側附件切除術者5例;5例為惡性腫瘤，占10%，均行生育功能保留手術。 結論 青春期卵巢腫瘤大部分均為良性，主要為生殖細胞腫瘤，應該進一步強化青春期女性的自我保健意識，定期到醫院進行婦科B超檢查，從而更好地預防腫瘤。
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