強(qiáng) 磊,李國(guó)瑞,宮春愛(ài),臺(tái)宗光,高 申*
(1.海軍軍醫(yī)大學(xué)長(zhǎng)海醫(yī)院藥學(xué)部,上海 200433;2.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院藥劑科,上海 200011)
20世紀(jì)70年代人們開(kāi)創(chuàng)性地將包裹β葡萄糖苷酶的紅細(xì)胞用于戈謝病(Gaucher’s disease)的治療[1],這一研究開(kāi)啟了細(xì)胞介導(dǎo)的藥物傳遞新途徑。不同的細(xì)胞具有不同的生理特征,如紅細(xì)胞具有長(zhǎng)效循環(huán)的作用,免疫細(xì)胞具有對(duì)炎癥和腫瘤部位靶向富集的功能[2],可以利用細(xì)胞的這些天然功能將其開(kāi)發(fā)為藥物載體。以細(xì)胞為基礎(chǔ)的藥物載體與傳統(tǒng)的納米載藥系統(tǒng)相比,具有低免疫原性和毒副作用小的突出優(yōu)勢(shì)[3],成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。本文對(duì)紅細(xì)胞、免疫細(xì)胞、干細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞作為藥物載體的研究進(jìn)展及細(xì)胞的各種載藥方式做一綜述。
目前研究的細(xì)胞載體有紅細(xì)胞、免疫細(xì)胞、干細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞(見(jiàn)表1),現(xiàn)重點(diǎn)介紹各種細(xì)胞載藥系統(tǒng)的特點(diǎn)、攜載制劑及實(shí)際應(yīng)用。
1.1 紅細(xì)胞 紅細(xì)胞是一種缺乏細(xì)胞器和細(xì)胞核的雙凹盤(pán)狀細(xì)胞,具有高度可變形性,可作為天然載體將氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)饺韀4]。將紅細(xì)胞作為藥物載體具有以下優(yōu)勢(shì):(1)紅細(xì)胞的壽命約為120 d,作為藥物儲(chǔ)庫(kù)可以延緩藥物釋放,延長(zhǎng)藥物的半衰期。(2)紅細(xì)胞具有較好的生物相容性,在紅細(xì)胞的保護(hù)下,攜載的治療藥物不易被機(jī)體免疫系統(tǒng)吞噬和清除。(3)紅細(xì)胞可被機(jī)體完全降解,無(wú)毒性產(chǎn)物,免疫原性低。這些特征為紅細(xì)胞成為藥物載體提供了可能性[5]。因紅細(xì)胞的壽命較長(zhǎng),大量的研究試圖將藥物連接在紅細(xì)胞表面,或?qū)爰t細(xì)胞來(lái)增加藥物在體內(nèi)的循環(huán)時(shí)間。低滲溶脹法是將藥物導(dǎo)入紅細(xì)胞內(nèi)的一種常用方法。該方法先將紅細(xì)胞放置在低滲環(huán)境中,細(xì)胞膜上的孔隙因細(xì)胞膨脹被瞬時(shí)放大,從而允許藥物擴(kuò)散至細(xì)胞中。載藥之后將紅細(xì)胞放入等滲介質(zhì)中,空隙被重新密封。Ahn等[6]利用低滲溶脹法將金納米粒導(dǎo)入到紅細(xì)胞中,用于全身血液的動(dòng)態(tài)X射線成像。但在加載藥物的過(guò)程中,細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和膜表面的化學(xué)成分會(huì)發(fā)生變化,導(dǎo)致細(xì)胞的正常功能受到影響。為解決這一問(wèn)題,有研究報(bào)道將藥物與細(xì)胞穿透肽(cell penetrating peptides,CPPs)通過(guò)二硫鍵共價(jià)結(jié)合[7],經(jīng)CPPs修飾的藥物進(jìn)入紅細(xì)胞后,二硫鍵被細(xì)胞內(nèi)高表達(dá)的谷胱甘肽降解,藥物與CPPs發(fā)生解離,這種載藥過(guò)程不會(huì)對(duì)紅細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生影響。在該研究中,以左旋天冬酰胺酶(L-asparaginase,ASNase)為模型藥物,分別用低滲溶脹法和CPPs介導(dǎo)的包封法裝載ASNase。將兩種載藥紅細(xì)胞靜脈注射到小鼠體內(nèi),觀察到低滲溶脹法處理的紅細(xì)胞其血漿半衰期為5.9 d,而CPPs介導(dǎo)的載藥紅細(xì)胞其血漿半衰期延長(zhǎng)為9.2 d。
表1 細(xì)胞介導(dǎo)的藥物遞送系統(tǒng)Table 1 Cell-mediated drug delivery systems
用紅細(xì)胞制備的紅細(xì)胞膜最大限度地保留了膜中的蛋白質(zhì)并復(fù)制了表面抗原多樣性,具有紅細(xì)胞的長(zhǎng)效循環(huán)和免疫逃避能力。紅細(xì)胞膜上的CD47已被證明是一種“標(biāo)記物”,它可以通過(guò)信號(hào)調(diào)節(jié)的相互作用抑制巨噬細(xì)胞的吞噬作用。Ren等[8]通過(guò)納米膜共擠壓的方法,將制備的紅細(xì)胞膜包被在納米載體的表面,形成仿生紅細(xì)胞載體。仿生紅細(xì)胞載體可以有效地減少巨噬細(xì)胞(RAW264.7)的攝取并顯著延長(zhǎng)血液循環(huán)時(shí)間,實(shí)現(xiàn)腫瘤部位的高度富集。此外,靜脈注射后可有效抑制荷瘤小鼠的腫瘤生長(zhǎng)。
1.2 免疫細(xì)胞 與紅細(xì)胞相比,免疫細(xì)胞是一種更具潛力的藥物載體。免疫細(xì)胞不僅可以作為藥物儲(chǔ)庫(kù)延緩藥物的釋放,同時(shí)還具有主動(dòng)靶向炎癥部位的功能。研究顯示,炎癥反應(yīng)在腫瘤的各個(gè)階段都發(fā)揮著重要作用,包括腫瘤的起始、增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移[9]。腫瘤內(nèi)部因結(jié)構(gòu)致密、缺乏血管而形成的缺氧微環(huán)境是大多數(shù)實(shí)體瘤的標(biāo)志性特征。在腫瘤的中心區(qū)域常觀察到因缺氧引起的壞死區(qū)域。因此伴有炎癥和壞死的腫瘤部位會(huì)分泌大量的趨化因子,招募體內(nèi)的免疫細(xì)胞向腫瘤部位聚集。目前,作為藥物載體研究最多的是單核/巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和T細(xì)胞。
1.2.1 單核/巨噬細(xì)胞 單核/巨噬細(xì)胞起源于骨髓干細(xì)胞,先分化為單核細(xì)胞,通過(guò)血液循環(huán)進(jìn)入各組織器官后,進(jìn)一步分化為巨噬細(xì)胞。單核/巨噬細(xì)胞本身具有較強(qiáng)的吞噬能力,可以直接通過(guò)胞吞的方式攜載化學(xué)藥物和載藥納米粒。Fu等[10]通過(guò)簡(jiǎn)單孵育的方法將多柔比星(DOX)加載到鼠源巨噬細(xì)胞RAW264.7中,體內(nèi)活體成像數(shù)據(jù)顯示,巨噬細(xì)胞的活力和對(duì)腫瘤細(xì)胞的靶向性并沒(méi)有因裝載藥物而發(fā)生明顯改變。在小鼠乳腺癌肺轉(zhuǎn)移模型中,裝載DOX的巨噬細(xì)胞顯示出明顯的抗癌功效,與生理鹽水處理組相比,載藥巨噬細(xì)胞處理組中小鼠的30 d存活率由25%提高至80%。He等[11]研究發(fā)現(xiàn),單核細(xì)胞攜載天冬酰胺內(nèi)肽酶(legumain)敏感納米粒形成的仿生遞藥系統(tǒng),可以主動(dòng)靶向至體內(nèi)的肺轉(zhuǎn)移性4T1乳腺癌細(xì)胞。該系統(tǒng)中的單核細(xì)胞進(jìn)入轉(zhuǎn)移病灶組織后分化為巨噬細(xì)胞,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)天冬酰胺內(nèi)肽酶水平升高,天冬酰胺內(nèi)肽酶敏感的納米粒被破壞。攜載的化療藥物以游離藥物或含藥外泌體的形式被釋放后作用于癌細(xì)胞。在小鼠乳腺癌肺轉(zhuǎn)移模型中,載藥單核細(xì)胞處理組的平均肺轉(zhuǎn)移性結(jié)節(jié)數(shù)量為(17.4±6.9)個(gè),僅為生理鹽水對(duì)照組的22.2%,結(jié)果表明該仿生遞藥系統(tǒng)能有效抑制轉(zhuǎn)移性乳腺癌的增殖、轉(zhuǎn)移和侵襲。
Cao等[12]從鼠源巨噬細(xì)胞系RAW264.7細(xì)胞分離細(xì)胞膜,并包裹在攜載曲妥珠單抗的脂質(zhì)體表面,形成一種仿生巨噬細(xì)胞載體。巨噬細(xì)胞除了具有炎癥靶向和腫瘤靶向的特性外,還可以通過(guò)細(xì)胞膜表面的α4整合素和與乳腺癌細(xì)胞的血管黏附分子(VCAM-1)主動(dòng)結(jié)合。利用這一特性,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)乳腺癌的主動(dòng)靶向富集。體外實(shí)驗(yàn)顯示,仿生巨噬細(xì)胞載體可以增加4T1乳腺癌細(xì)胞攝取,并對(duì)細(xì)胞活力有抑制作用。在小鼠體內(nèi),仿生巨噬細(xì)胞載體能夠靶向轉(zhuǎn)移至腫瘤病灶,并對(duì)乳腺癌肺轉(zhuǎn)移產(chǎn)生了顯著抑制作用。仿生巨噬細(xì)胞載體給藥組中肺轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié)數(shù)為(3.8±2.6)個(gè),是游離藥物組的17.6%,載藥脂質(zhì)體組的24%。
1.2.2 中性粒細(xì)胞 中性粒細(xì)胞是血液中含量最豐富的免疫細(xì)胞,也是在炎癥趨化因子的作用下最早到達(dá)炎癥部位的免疫細(xì)胞。研究顯示,中性粒細(xì)胞可以透過(guò)血腦屏障(blood brain barrier,BBB)到達(dá)腦腫瘤部位。Xue等[13]研究發(fā)現(xiàn),攜載含有紫杉醇(paclitaxel)脂質(zhì)體的中性粒細(xì)胞可以有效抑制小鼠腦膠質(zhì)瘤的術(shù)后復(fù)發(fā)。腦膠質(zhì)瘤切除后釋放的大量炎癥因子會(huì)誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞向大腦炎癥部位聚集,同時(shí)術(shù)后炎癥部位高濃度的炎癥信號(hào)會(huì)促使紫杉醇從中性粒細(xì)胞中釋放,進(jìn)一步作用于術(shù)后殘留的腫瘤細(xì)胞。在手術(shù)治療的膠質(zhì)瘤小鼠模型中,載藥中性粒細(xì)胞處理組術(shù)后4個(gè)月的存活率為25%,雖未能完全抑制腫瘤的再生,但可以有效緩解腫瘤的復(fù)發(fā)。
1.2.3 T淋巴細(xì)胞 T淋巴細(xì)胞來(lái)源于胸腺,是一種分型復(fù)雜的免疫細(xì)胞。T淋巴細(xì)胞在體內(nèi)會(huì)向次級(jí)淋巴器官和炎癥組織靶向聚集,已被廣泛研究用于癌癥治療的細(xì)胞療法。在早期的臨床試驗(yàn)中,注入修飾的T細(xì)胞對(duì)癌癥和慢性炎癥的治療都有較好的效果。T細(xì)胞不僅可以直接靶向殺傷腫瘤細(xì)胞,同時(shí)還可以作為藥物載體,起到雙重抗腫瘤的效果。Stephan等[14]將攜載化療藥物的納米粒連接在T細(xì)胞表面,注入小鼠皮下移植瘤模型中。 給藥10 d后,相比于空白對(duì)照組,載藥T細(xì)胞處理組的腫瘤體積縮小為原來(lái)的19.23%(P<0.001),而在未經(jīng)修飾的T細(xì)胞處理組中,腫瘤大小僅縮小為原來(lái)的83.33%,攜載的化療藥物明顯增強(qiáng)了T細(xì)胞的抗腫瘤效果。
1.3 干細(xì)胞 成體干細(xì)胞是組織特異性細(xì)胞,原則上它只能分化為一系列特定的組織細(xì)胞。與胚胎干細(xì)胞相比,成體干細(xì)胞移植后引起腫瘤的可能性較低,可用于組織再生治療,在臨床研究中引起了較大的關(guān)注。同時(shí)成體干細(xì)胞向炎癥部位和腫瘤組織靶向富集的特點(diǎn),使其成為癌癥治療中理想的傳遞載體[15]。有研究顯示,成體干細(xì)胞可有效地將免疫調(diào)節(jié)劑、溶瘤病毒和包載化療藥物的納米粒運(yùn)輸至腫瘤部位,明顯提高了這些治療制劑的靶向性。Ho等[16]將加載喜樹(shù)堿的納米液滴導(dǎo)入至脂肪來(lái)源的成體干細(xì)胞中,載藥后干細(xì)胞的存活率為(77±4)%,載藥納米液滴被干細(xì)胞運(yùn)輸至腫瘤部位后,在超聲波刺激下釋放藥物并形成氣泡,以形成超聲造影成像。目前,作為傳遞載體研究最多的是來(lái)自骨髓的間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells, MSCs),和來(lái)自大腦特定神經(jīng)區(qū)域的神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cells, NSCs)。與免疫細(xì)胞相似,MSCs的表面表達(dá)大量的黏附因子[17],靜脈注射后可從血管滲出進(jìn)入各組織。目前MSCs被用作多種腫瘤治療的傳遞載體,如神經(jīng)膠質(zhì)瘤[18]。但有研究表明,MSCs的免疫抑制作用可能會(huì)促進(jìn)原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性腫瘤的生長(zhǎng)[19],從而限制了其在特定臨床環(huán)境中的應(yīng)用。NSCs是一種非致瘤性和低免疫原性的成體干細(xì)胞,對(duì)多種類型的腫瘤都顯示出明顯的趨向作用。NSCs可作為基因載體,將治療基因通過(guò)病毒基因重組的方式轉(zhuǎn)導(dǎo)到NSCs中,用以治療癌癥相關(guān)性疾病。NSCs來(lái)源于大腦,需要通過(guò)侵入性手術(shù)的方法來(lái)獲取這些細(xì)胞,復(fù)雜的提取手段限制了細(xì)胞來(lái)源和臨床應(yīng)用的可能性。但有報(bào)道顯示,自體神經(jīng)干細(xì)胞可以從骨髓中獲取,這為NSCs的臨床應(yīng)用帶來(lái)了希望[20]。
1.4 腫瘤細(xì)胞 近年來(lái)有研究發(fā)現(xiàn),腫瘤細(xì)胞表面表達(dá)著大量的表面黏附因子(半乳糖凝集素3),腫瘤細(xì)胞膜表面的癌胚抗原與同源腫瘤細(xì)胞間黏附因子的相互作用,會(huì)造成細(xì)胞間的黏附聚集?;谀[瘤細(xì)胞的這一特性,將腫瘤細(xì)胞膜包裹在含藥納米載體的表面,利用腫瘤細(xì)胞膜表面的黏附分子靶向識(shí)別同源癌細(xì)胞,可實(shí)現(xiàn)同源腫瘤的定向給藥[21]。Sun等[22]設(shè)計(jì)了一種以攜載DOX的金納米粒(AuNs)為內(nèi)核,4T1乳腺癌細(xì)胞膜為外殼的仿生納米遞藥系統(tǒng)。這種遞藥系統(tǒng)結(jié)合了腫瘤細(xì)胞的同源靶向性和金納米粒的光熱效應(yīng),靜脈注射入小鼠體內(nèi)后會(huì)在腫瘤部位靶向聚集,在外部近紅外光的照射下產(chǎn)生熱量,促使藥物在腫瘤部位有效釋放。這種光熱療法和化學(xué)療法的聯(lián)合應(yīng)用可以有效地殺死腫瘤細(xì)胞,抑制腫瘤生長(zhǎng)。也可以用腫瘤細(xì)胞膜包載一些功能性納米粒,將其運(yùn)輸至腫瘤部位,實(shí)現(xiàn)對(duì)體內(nèi)腫瘤的診斷和檢測(cè)。Chen等[23]用腫瘤細(xì)胞膜包裹攜載吲哚菁綠(indocyanine green)的納米粒,通過(guò)熒光/光聲雙模態(tài)成像,可以對(duì)體內(nèi)腫瘤的動(dòng)態(tài)分布進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,包裹腫瘤細(xì)胞膜的納米??梢杂行У叵蛲窗┘?xì)胞靶向聚集,同時(shí)能減少肝臟和腎臟的攝取,具有良好的免疫逃避能力。
細(xì)胞攜載藥物或納米載體的方式主要包括細(xì)胞內(nèi)吞,以及通過(guò)非共價(jià)鍵或共價(jià)鍵在細(xì)胞表面連接納米載體。
2.1 細(xì)胞內(nèi)吞 將細(xì)胞與藥物共同孵育,通過(guò)細(xì)胞的內(nèi)吞將藥物載入細(xì)胞內(nèi)是一種簡(jiǎn)單高效的載藥方式。在上述介紹的載藥細(xì)胞中,免疫細(xì)胞具有最強(qiáng)的吞噬能力,能通過(guò)內(nèi)吞作用吞噬納米藥物形成細(xì)胞-納米藥物遞送系統(tǒng)。Tao等[24]研究顯示,將巨噬細(xì)胞與載有紫杉醇的納米載體共同孵育,當(dāng)紫杉醇的濃度達(dá)到100 μmol/L 時(shí),8 h后幾乎所有的載藥納米粒均被細(xì)胞攝取。在生理?xiàng)l件下,通過(guò)該方法制備的載藥巨噬細(xì)胞在4 d內(nèi)能將80%的紫杉醇排出細(xì)胞。為了進(jìn)一步提高載藥細(xì)胞對(duì)納米載體的有效攝取,可以在納米載體的表面修飾靶向配體。Qin等[25]將RGD肽(Arg-Gly-Asp)連接到脂質(zhì)體表面,RGD作為靶向配體可與中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞表面的整聯(lián)蛋白受體相結(jié)合,促進(jìn)細(xì)胞對(duì)脂質(zhì)體的內(nèi)吞作用。經(jīng)過(guò)RGD 修飾后,單核細(xì)胞對(duì)脂質(zhì)體的攝取效率由41.72%提高至64.89%。并且有研究顯示,隨著納米載體表面修飾配體密度的增加,細(xì)胞對(duì)納米載體的攝取效率也有所提高[26]。內(nèi)吞的方法裝載藥物雖然簡(jiǎn)單高效,但也存在以下一些缺點(diǎn):(1)裝載的藥物或納米載體可能會(huì)影響細(xì)胞的活性,對(duì)細(xì)胞的腫瘤靶向性和遷移能力產(chǎn)生影響。(2)細(xì)胞內(nèi)吞可能會(huì)導(dǎo)致納米載體的降解,從而影響療效[27]。為解決以上問(wèn)題,可將納米載體通過(guò)共價(jià)鍵或非共價(jià)鍵的方式連接在細(xì)胞表面,隨著細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)至炎癥和腫瘤部位。
2.2 非共價(jià)偶聯(lián) 非共價(jià)偶聯(lián)的過(guò)程中只需簡(jiǎn)單混合,納米載體便可通過(guò)氫鍵、范德華力或靜電力等形式附著在細(xì)胞表面。納米載體的尺寸以及納米載體/細(xì)胞的比例是影響細(xì)胞攜載納米載體數(shù)目的兩個(gè)最重要的因素。提高納米載體/細(xì)胞間的比例可以使細(xì)胞表面附著更多的納米粒,但過(guò)量的納米載體會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞間的相互凝集。納米載體的尺寸對(duì)細(xì)胞表面附著的納米載體數(shù)目也有著較大影響。Anselmo等[28]采用非共價(jià)偶聯(lián)的方式將PLGA納米膠束連接在紅細(xì)胞表面,提高了納米膠束的血液循環(huán)時(shí)間,減少了肝臟和脾臟的攝取。這種連接方式不會(huì)影響紅細(xì)胞的功能,也不會(huì)發(fā)生溶血現(xiàn)象。但非共價(jià)偶聯(lián)是一種脆弱的連接方式,靜脈給藥后,在血流剪切應(yīng)力和細(xì)胞間的相互作用下,納米載體容易從細(xì)胞表面解離。因此,須采用共價(jià)偶聯(lián)的方式增加納米載體與細(xì)胞之間的黏合強(qiáng)度。
2.3 共價(jià)偶聯(lián) 研究發(fā)現(xiàn),許多細(xì)胞表面存在著大量的功能基團(tuán)(如氨基、巰基和唾液酸殘基等)。因此可以對(duì)合成的納米載體進(jìn)行化學(xué)修飾,以共價(jià)偶聯(lián)的方式連接到細(xì)胞表面。共價(jià)偶聯(lián)是一種相對(duì)穩(wěn)定的連接方式,可以有效防止載體在體內(nèi)循環(huán)的過(guò)程中從細(xì)胞表面解離。Stephan等[29]將脂質(zhì)體納米粒用馬來(lái)酰亞胺修飾后,與T細(xì)胞表面的巰基通過(guò)共價(jià)偶聯(lián)的方式結(jié)合。通過(guò)該方法可將大量直徑在100~300 nm的納米載體連接在T細(xì)胞表面。與未經(jīng)修飾的T細(xì)胞相比,經(jīng)共價(jià)鍵連接納米載體的T細(xì)胞其遷移能力未發(fā)生明顯改變。穿越內(nèi)皮屏障后,約有83%的納米載體保留在T細(xì)胞表面。然而這種穩(wěn)定的共價(jià)偶聯(lián)使得納米載體在到達(dá)治療部位后難以從細(xì)胞表面解離。因此,在今后的研究中,有必要開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一種能在體內(nèi)循環(huán)過(guò)程中保持穩(wěn)定,經(jīng)環(huán)境刺激后有效釋放載體的細(xì)胞給藥系統(tǒng)。
細(xì)胞載體具有良好的生物相容性及靶向能力,是一種極具應(yīng)用前景和臨床發(fā)展?jié)摿Φ慕o藥系統(tǒng)。但這類給藥系統(tǒng)仍處于發(fā)展初期,還存在一些問(wèn)題有待解決。(1)細(xì)胞經(jīng)修飾和載藥后其生物活性和趨向性可能會(huì)受到影響[30]。(2)細(xì)胞載體的體內(nèi)安全性評(píng)價(jià)仍然有待探索。目前大多數(shù)關(guān)于細(xì)胞載體的研究?jī)H在體外進(jìn)行,動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和人體試驗(yàn)相對(duì)較少,其安全性尚未滿足臨床應(yīng)用的要求。(3)細(xì)胞載體源于生物體,其提取制備過(guò)程復(fù)雜,目前難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化制備。隨著研究的深入,今后會(huì)有更多類型的細(xì)胞應(yīng)用于細(xì)胞載藥系統(tǒng),其安全性也會(huì)進(jìn)一步提高。相信細(xì)胞介導(dǎo)的藥物遞送系統(tǒng)會(huì)為藥物的靶向遞送及精準(zhǔn)治療提供一種新思路。