張紅艷，劉 銳，王小巍，王東凱

（沈陽藥科大學(xué) 藥學(xué)院，遼寧 沈陽110016）

隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米制劑（NPs）在癌癥治療中發(fā)揮著越來越重要的作用。研究表明，NPs 的理化性質(zhì)（如粒徑、形態(tài)、所帶電荷和表面特性等）對其體內(nèi)的吸收、分布、滲透、代謝均起到重要作用[1]。通過對 NPs 理化性質(zhì)的深入研究可設(shè)計(jì)出更理想的遞藥系統(tǒng)，例如：使體內(nèi)長循環(huán)延長，對腫瘤組織滲透增強(qiáng)以及被腫瘤細(xì)胞攝取量提高等。

殼聚糖（CS）、聚乙烯亞胺（PEI）、細(xì)胞穿透肽以及陽離子磷脂等能夠形成陽離子給藥系統(tǒng)（polycationic drug delivery systems，PDDS），如：陽離子脂質(zhì)體、固體脂質(zhì)納米粒（SLN）、正電荷膠束等。這些陽離子給藥系統(tǒng)雖然在體外試驗(yàn)中效果顯著，但是體內(nèi)試驗(yàn)效果并不理想[2?4]。其原因主要有兩個(gè)方面，一是由于 PDDS 能與高密度陰離子細(xì)胞膜緊密結(jié)合，使其容易受到網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的識別并被捕獲吞噬；二是 PDDS 在體內(nèi)運(yùn)輸?shù)倪^程中會(huì)被體內(nèi)陰離子大分子（黏液糖蛋白、血清蛋白、細(xì)胞外基質(zhì)）中的蛋白多糖和非靶細(xì)胞（如紅細(xì)胞）的陰離子表面結(jié)構(gòu)所消除。藥劑學(xué)中，將上述出現(xiàn)的問題統(tǒng)稱為 PDDS 的陽離子困境（polycation dilemma）。此外，對腫瘤微環(huán)境（TME）的深入了解，也可以闡明 NPs 的理化性質(zhì)和生物活性之間的關(guān)系。本文作者對陽離子困境產(chǎn)生的原因、如何利用腫瘤細(xì)胞內(nèi)或 TME 特有的性質(zhì)（包括 pH、氧化還原、ROS 和酶等）設(shè)計(jì)智能電荷翻轉(zhuǎn)納米遞送系統(tǒng)（charge-reversal nano drug delivery system，CRNDDS）以及電荷翻轉(zhuǎn)納米載體在化療藥物中的應(yīng)用等方面的研究進(jìn)行綜述。

1 陽離子困境

納米制劑靜脈注射進(jìn)入體內(nèi)后，會(huì)在輸送過程中受到很多因素的影響[5]。延長藥物在血液中的滯留時(shí)間為藥物提供了分布到靶部位的機(jī)會(huì)，從而延長其藥理作用持續(xù)時(shí)間。體循環(huán)中存在多種負(fù)電性的生物大分子。例如：細(xì)胞質(zhì)膜[6]、由蛋白多糖（如硫酸乙酰肝素、硫酸軟骨素和硫酸角蛋白）組成的細(xì)胞外基質(zhì)（ECM），即使是像透明質(zhì)酸的非蛋白多糖也具有陰離子特性，而 ECM中最豐富的膠原蛋白也具有負(fù)電荷性質(zhì)[7]。除 ECM 外，PDDS 在到達(dá)靶部位之前還會(huì)受到非靶細(xì)胞陰離子表面電荷的影響。

同樣微粒表面電荷也影響藥物的體內(nèi)分布情況，體內(nèi)的單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng)具有豐富的吞噬細(xì)胞（肝臟的 Kupffer 細(xì)胞、肺部的吞噬細(xì)胞和循環(huán)系統(tǒng)中的單核細(xì)胞等），可以將一定大小的微粒作為異物而吞噬，遞送至肝臟、脾臟。同樣，NPs 所帶表面電荷肯定也會(huì)影響它在體內(nèi)的運(yùn)輸，Xiao 等[8]的研究發(fā)現(xiàn)帶強(qiáng)正電荷或強(qiáng)負(fù)電荷的 NPs 在肝臟攝取率很高，這可能是由于肝臟中的巨噬細(xì)胞（Kupffer 細(xì)胞）主動(dòng)吞噬所致。相反，當(dāng) NPs 表面電荷略為負(fù)時(shí)，肝臟攝取率很低，而腫瘤攝取率很高。所以，納米粒子表面可以通過引入少量負(fù)電荷，減少網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)（如肝臟）的不良清除，以改善血液相容性，從而更有效地將藥物輸送到人體。由此可見，NPs 與體內(nèi)生物大分子之間的相互作用應(yīng)該受到重視。

陽離子給藥系統(tǒng)在體內(nèi)試驗(yàn)中的結(jié)果差強(qiáng)人意，很大一部分原因是由于忽視了陽離子困境，如黏液糖蛋白、血清蛋白或細(xì)胞外基質(zhì)的蛋白多糖對 PDDS 的影響，而且大多數(shù)陽離子材料容易與紅細(xì)胞[9]和血清蛋白發(fā)生相互作用，導(dǎo)致紅細(xì)胞聚集和溶血，從而導(dǎo)致血液毒性。例如：殼聚糖等陽離子聚合物甚至被用作止血?jiǎng)10]?？朔栯x子困境的策略主要是通過調(diào)節(jié) pH、氧化還原或酶觸發(fā)的電荷轉(zhuǎn)換將藥物輸送至靶部位。pH 敏感主要是利用實(shí)體瘤、炎癥組織和缺血組織等靶點(diǎn)的微酸性環(huán)境，例如：用2, 3-二甲基馬來酸屏蔽陽離子的氨基；還原敏感主要利用二硫鍵連接聚合物，如在腫瘤微環(huán)境中由于谷胱甘肽（glutathione，GSH）水平高，二硫鍵被剪切；酶敏感主要以堿性磷酸酶、基質(zhì)金屬蛋白酶或透明質(zhì)酸酶等為靶點(diǎn)，通過酶切去陰離子部分，從而使電荷從負(fù)轉(zhuǎn)換為正。

2 克服陽離子困境的策略

克服藥物輸送中陽離子困境最簡單方法是用陰離子結(jié)構(gòu)隱藏正電荷性質(zhì)[11]，而復(fù)雜的方法是通過建立“隱身”陽離子給藥系統(tǒng)，最終使藥物安全送達(dá)到靶部位。此外，采用化學(xué)方式如低 pH、高水平谷胱甘肽（GSH）和特異性酶均可以觸發(fā)藥物的釋放，或者通過光、溫度和磁場等物理方式觸發(fā)。電荷翻轉(zhuǎn)納米藥物傳遞系統(tǒng)（CRNDDS）在血液循環(huán)及釋藥過程如圖1 所示[12]。

Fig. 1 Charge reversal and drug release of the CRNDDS圖 1 電荷翻轉(zhuǎn)納米給藥遞送系統(tǒng)體內(nèi)釋藥過程

2.1 pH觸發(fā)電荷翻轉(zhuǎn)

pH 敏感觸發(fā)制劑電荷翻轉(zhuǎn)的策略已經(jīng)被廣泛用于藥物傳遞系統(tǒng)中。研究表明[13]，正常的組織和器官與疾病狀態(tài)下（如糖尿病、感染、炎癥和腫瘤）相比其 pH 值有很大差異，由于腫瘤細(xì)胞的糖酵解率很高，腫瘤組織的 pH 值（5.7～7.8）低于正常組織（約 7.4），而在細(xì)胞器中，腫瘤細(xì)胞內(nèi)的晚期內(nèi)含體和溶酶體的 pH 值更低（4.5～5.5）。因此，從腫瘤微環(huán)境到溶酶體或內(nèi)含體中 pH梯度的變化對抗癌藥物的輸送具有很重要的意義。pH 敏感的納米給藥系統(tǒng)在生理 pH 條件下穩(wěn)定存在，當(dāng)達(dá)到 pH 觸發(fā)點(diǎn)后會(huì)迅速釋放出藥物。常用于 pH 敏感觸發(fā)制劑的電荷翻轉(zhuǎn) pH 響應(yīng)性基團(tuán)主要有3種（圖2）：酸不穩(wěn)定的酰胺鍵（A）、苯甲酰亞胺鍵（B）和可電離的胺基（C、D）[14]。

Fig. 2 Three typical kinds of pH-responsive chemical structures圖 2 三種常用的 pH 敏感基團(tuán)

2.1.1 腫瘤微環(huán)境觸發(fā)

腫瘤微環(huán)境被認(rèn)為是 NPs 進(jìn)入腫瘤組織的第一道屏障。研究發(fā)現(xiàn)，與中性的正常組織相比，腫瘤微環(huán)境表現(xiàn)出溫和的酸性。因此，這種 pH 差可以作為電荷翻轉(zhuǎn)的有效刺激因素。Zhou 等[15]將多種功能基團(tuán)同時(shí)接枝于β-聚蘋果酸（PMLA）骨架上，制備了一種抗體介導(dǎo)的具有 pH 敏感電荷翻轉(zhuǎn)特性的多重功能納米接枝物，以期實(shí)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞對藥物的高效攝取。當(dāng) pH 值由 7.4 降至 6.8 時(shí)，該納米接枝物具有顯著電荷翻轉(zhuǎn)特性，Zeta 電位由 ? 11.62 mV 變?yōu)?+ 9.04 mV。這種改變可使抗體介導(dǎo)和載體響應(yīng)腫瘤微環(huán)境電荷翻轉(zhuǎn)形成的表面正電荷協(xié)同促進(jìn)納米接枝物的入胞，且載體表面正電荷促進(jìn)入胞的作用優(yōu)于抗體介導(dǎo)，兩種方式同時(shí)修飾可以使納米接枝物具有更好的抗腫瘤活性。Zhao 等[16]通過層層自組裝制備了具有 pH 敏感和熒光肝靶向功能的空心微球。該納米微球表面電荷可以在中性或堿性條件下由負(fù)電荷翻轉(zhuǎn)成酸性條件的正電荷，表現(xiàn)出具有響應(yīng)腫瘤微環(huán)境 pH 遞送抗腫瘤藥物的潛能。

2.1.2 腫瘤亞細(xì)胞水平觸發(fā)

當(dāng) NPs 被腫瘤細(xì)胞內(nèi)吞時(shí)，單一的 pH 響應(yīng)型藥物傳遞系統(tǒng)需要克服位于細(xì)胞器內(nèi)的額外pH 相關(guān)的生物屏障，即內(nèi)含體和溶酶體。其中，內(nèi)含體和溶酶體的 pH 值為 4.5～5.5，明顯低于細(xì)胞外微環(huán)境中的 pH 值，因此需要第二種機(jī)制在內(nèi)切/溶酶體 pH 條件下迅速切割藥物與聚合物之間的連接物以促進(jìn)藥物釋放。Wang 等[17]構(gòu)建了雙 pH 敏感聚合物?阿霉素結(jié)合物（PPCHyd-DOX-DA），研究表明，在 pH 為 6.8 的條件下，氨基與二甲基馬來酸酐（DMMA）之間形成的酰胺鍵是可以斷裂的；不同 pH 條件下制劑的體外釋放度試驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng) pH 值降至 5.0時(shí)，在 1 h 內(nèi)釋放出 75% 以上的阿霉素（DOX），表明 PPC-HYD-DOX-DA 對溶酶體 pH 敏感。由此可知，PPC-HYD-DOX-DA 可以通過化學(xué)機(jī)制響應(yīng)腫瘤細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)的 pH 梯度，有望通過高通透性和滯留效應(yīng)（enhanced permeability and retention effect，EPR）同時(shí)促進(jìn)藥物在腫瘤部位的蓄積，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)化和細(xì)胞內(nèi)藥物釋放，大大提高藥物的傳遞效率。

綜上，雙 pH 響應(yīng)型聚合物可在同一藥物載體內(nèi)顯示，即在 pH 值為 6.8 的腫瘤微環(huán)境中和 pH 值 4.5～5.5 的內(nèi)切/溶酶體隔間中，具有在兩個(gè) pH 條件下實(shí)現(xiàn)雙重負(fù)電荷到正電荷翻轉(zhuǎn)的優(yōu)點(diǎn)。這樣的策略不僅延長了循環(huán)時(shí)間，最大限度地減少了藥物載體與血清成分的非特異性相互作用，而且還能促進(jìn)抗癌藥物的核遞送。

2.2 還原反應(yīng)觸發(fā)電荷翻轉(zhuǎn)

氧化還原是基于腫瘤細(xì)胞中高水平的 GSH 而發(fā)展起來的。正常細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞之間的氧化還原電位梯度[18]可作為提高藥物輸送效率的有效刺激因素之一，因而這一特性可被用來設(shè)計(jì)具有還原響應(yīng)特性的抗腫瘤藥物遞送系統(tǒng)，基于在血液循環(huán)中 NPs 結(jié)構(gòu)完整穩(wěn)定，當(dāng)進(jìn)入腫瘤組織內(nèi)后，高水平的 GSH 導(dǎo)致載藥系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)被破壞，進(jìn)而加速藥物的釋放，提高藥效。最常用的基于還原響應(yīng)的結(jié)構(gòu)是二硫鍵，其很可能是通過與谷胱甘肽的硫醇-二硫鍵發(fā)生交換反應(yīng)或是在氧化還原酶存在下二硫鍵斷開[19-20]。通常將一些疏水或毒性較強(qiáng)的藥物通過二硫鍵與藥物遞送系統(tǒng)結(jié)合。Lin 等[21]使用殼聚糖衍生物通過二硫鍵修飾介孔二氧化硅納米顆粒（MSN），構(gòu)建了載有 DOX 和 p53 基因的刺激響應(yīng)納米載體。首先，將二硫鍵連接在 MSNs 表面（MSNs-SSCOOH）上，并通過聚酰氨基胺（PAMAM）共軛殼聚糖合成殼聚糖的衍生物（CP）。然后，由MSN 和可生物裂解的 CP 制備氧化還原響應(yīng)性納米載體。通過電荷之間的靜電相互作用將 NPs內(nèi)化，之后通過質(zhì)子海綿效應(yīng)從溶酶體中逃逸，并釋放 p53 基因。隨后，在富含 GSH 的環(huán)境中放出 CP 外殼，然后將藥物釋放到細(xì)胞質(zhì)中，進(jìn)而更有效地誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，其制備過程如圖3所示[21]。

Fig. 3 Preparation of redox-responsive nanocarriers based on the chitosan derivative functionalized MSNs圖 3 還原反應(yīng)觸發(fā) MSNs 電荷翻轉(zhuǎn)

2.3 酶觸發(fā)電荷翻轉(zhuǎn)

2.3.1 堿性磷酸酶

由于磷酸酶（如堿性磷酸酶和蛋白酪氨酸磷酸酶）可分解磷酸酯，近年來成為研究熱點(diǎn)，可用于黏膜給藥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。陽離子聚合物在黏液層發(fā)生正負(fù)電相互作用，導(dǎo)致聚合物給藥系統(tǒng)滲透性差。Nazir 等[22]利用殼聚糖（CS）與硫酸軟骨素（CHS）原位凝膠化形成聚合物納米顆粒，用己糖激酶對 NPs 進(jìn)行磷酸化（p-NP），通過將 NPs 與腸道堿性磷酸酶（AP）孵育來量化磷酸鹽的釋放，同時(shí)，監(jiān)測了 Zeta 電位的變化，并考察了這些微粒的體外黏液滲透作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)p-NPs 的平均粒徑為（412 ± 3.24 ）nm，Zeta 電位為 ? 12.4 mV，當(dāng) p-NP 與 AP 孵育時(shí)，在4 h 內(nèi)有大量的磷酸鹽釋放，Zeta 電位上升到 ? 1.2 mV。與未改性納米粒相比，p-NPs 表現(xiàn)出更好的黏液滲透性。由于 AP 的去磷酸化作用，使得細(xì)胞對 p?NPs 的攝取增加了近 2 倍，并且納米顆粒沒有表現(xiàn)出毒性，表明 p-NPs 的 Zeta 電位變化提高了黏液的滲透性和細(xì)胞攝取率。

2.3.2 基質(zhì)金屬蛋白酶

基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）主要存在于腫瘤細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）中，與腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，尤其是位于細(xì)胞膜外表面的 MMP-2 和在癌癥許多階段過度表達(dá)的 MMP-9 中[23-24]。腫瘤細(xì)胞可利用基質(zhì)金屬蛋白酶破壞在轉(zhuǎn)移過程中所遇到的正常組織。MMPs 的表達(dá)和有效作用受多種因素的影響，而且多數(shù) MMPs 是由腫瘤微環(huán)境中的基質(zhì)細(xì)胞合成的，這也進(jìn)一步說明腫瘤微環(huán)境為腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移提供了便利條件。同樣 MMPs 的高表達(dá)成為區(qū)別腫瘤組織和正常組織的特征之一。

根據(jù)腫瘤部位谷胱甘肽的濃度較高與 MMP-2 過表達(dá)的特征，Zhu 等[25]設(shè)計(jì)了具有氧化還原、MMP-2 酶雙敏感性的納米顆粒，進(jìn)行程序化紫杉醇（PTX）的釋放。首先制備了含二硫鍵的紫杉醇前藥 PTX-S-S-COOH，然后利用作為 MMP-2 底物之一的明膠制備了巰基化明膠（Gel-SH），最后得到巰基化修飾的兩親性聚合物 Gel-SS-PTX，將載藥納米粒在 MMP-2 環(huán)境下孵育，在 pH 值 5.5、6.5 的條件下考察載藥納米粒的變化，結(jié)果顯示，隨著時(shí)間的增加，NPs粒徑逐漸減小且粒徑分布也不均勻。這說明在腫瘤微環(huán)境（pH 6.5）和溶酶體（pH 5.5）的條件下，載藥 NPs 可被 MMP-2 酶分解。

另一種在“刺激?響應(yīng)”系統(tǒng)中常用的酶是透明質(zhì)酸酶。Ran 等[26]構(gòu)建了聚乙二醇（PEG）化透明質(zhì)酸修飾的 siRNA 陽離子脂質(zhì)體遞送系統(tǒng)（PEG-HA-NP）。聚乙二醇與透明質(zhì)酸（hyaluronic acid，HA）主鏈共價(jià)連接，然后將帶負(fù)電荷的 PEG-HA 通過靜電吸附包裹陽離子脂質(zhì)體 siRNA復(fù)合物，形成 PEG-HA-NP，用于靶向腫瘤的 siRNA 遞送，并證明了在腫瘤微環(huán)境中，該負(fù)電荷表面會(huì)被透明質(zhì)酸酶剝離。

2.4 物理觸發(fā)

研究顯示，各種物理和化學(xué)刺激也可以引起 NP s的 Zeta 電位變化。例如光，它是能夠快速和精確地釋放抗癌藥物的一種具有潛力的觸發(fā)手段。自20世紀(jì)80年代以來，光動(dòng)力療法已經(jīng)成為一種很有前途的治療方法，它需要有光敏劑和適當(dāng)?shù)墓庠础Ｒ跃哂泄忭憫?yīng)性的電荷翻轉(zhuǎn) NPs 作為載體，將不同的藥物輸送到細(xì)胞中是目前 NPs 研究的熱點(diǎn)之一，選擇合適的光響應(yīng)材料是達(dá)到最佳治療效果的關(guān)鍵，光即是這些已經(jīng)顯示出潛力的物理刺激之一。Hu 等[27]開發(fā)了基于受保護(hù)的胺橋聚倍半硅氧烷的帶光觸發(fā)電荷翻轉(zhuǎn)的功能納米粒子，其表面帶負(fù)電荷，在紫外光照射的觸發(fā)下，這些納米粒子表面電荷從 ? 50 mV 翻轉(zhuǎn)到 + 30 mV，這是因?yàn)榱Ｗ颖砻娉霈F(xiàn)了胺亞基結(jié)構(gòu)所致。Richling 等[28]設(shè)計(jì)了熱響應(yīng)電荷翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)，首先在磁性納米粒子表面涂覆一層正電層的聚二烯丙基二甲基氯化銨，然后再包覆上一層陰離子層聚4?苯乙烯磺酸鈉。進(jìn)一步研究證明NPs 可在磁場中產(chǎn)生足夠熱量觸發(fā)電荷翻轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致層層解離。這種物理觸發(fā)手段雖然常用于腫瘤治療，但是它們不能給癌癥治療帶來根本的改變，這是由于這種手段只能有效地治療實(shí)體腫瘤，而對轉(zhuǎn)移性腫瘤療效較差。

3 電荷翻轉(zhuǎn)納米載體在藥物遞送系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 化藥遞送

許多抗癌藥物，如阿霉素（DOX）、喜樹堿和順鉑等都是通過使核 DNA 損傷或通過抑制參與 DNA 復(fù)制的拓?fù)洚悩?gòu)酶來誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡而發(fā)揮作用[29-30]，所以它們必須進(jìn)入到細(xì)胞核內(nèi)才能發(fā)揮療效。但是，耐藥細(xì)胞限制了藥物進(jìn)入細(xì)胞核，導(dǎo)致多藥耐藥性（MDR）有多種機(jī)制，主要有通過 P-gp 增加藥物外排，激活 DNA 修復(fù)，改變藥物代謝，藥物靶標(biāo)中的繼發(fā)突變以及激活下游或平行信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑等。此外，在某些耐藥腫瘤細(xì)胞中，胞內(nèi)的 pH 梯度會(huì)影響囊泡的轉(zhuǎn)運(yùn)作用，例如：阿霉素等藥物僅在酸性細(xì)胞器中（如溶酶體）蓄積，而不會(huì)到達(dá)靶目標(biāo)。所有抗 MDR的藥物載體設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮能夠促進(jìn)藥物在溶酶體等逃逸，否則會(huì)被迅速消除，從溶酶體內(nèi)逃逸后應(yīng)將藥物迅速釋放到細(xì)胞質(zhì)中。此外，由于藥物外排轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的過表達(dá)與腫瘤細(xì)胞中耐藥相關(guān)蛋白的存在，電荷翻轉(zhuǎn)載體應(yīng)具有逃避并抑制相關(guān)蛋白活性的能力[31]。Jin 等[32]制備了基于兩親性脫氧膽酸修飾的羧甲基殼聚糖的自組裝納米顆粒，用于 DOX 的遞送。pH 敏感的羧甲基殼聚糖自組裝 NPs 的變形歸因于羧甲基和胺基的質(zhì)子化，殼層變得疏水，核變得疏松。載多柔比星自聚集納米粒在耐藥細(xì)胞中保留時(shí)間增加，從而相比游離 DOX 具有更好的抗腫瘤效果。Wang 等[33]通過二硫鍵將聚（ε-己內(nèi)酯）和聚磷酸乙酯（PEEP）嵌段連接，自組裝成氧化還原響應(yīng)性膠束，實(shí)現(xiàn)了多柔比星在多藥耐藥腫瘤細(xì)胞中的更多積累和滯留，試驗(yàn)證明這種藥物載體能迅速釋放出DOX，以響應(yīng)細(xì)胞內(nèi)的還原環(huán)境。因此，該藥物載體顯著增強(qiáng)了 DOX 對多藥耐藥細(xì)胞的細(xì)胞毒作用。與直接孵育 MCF-7/ADR 細(xì)胞相比，帶有 PEG 或聚磷酸乙酯殼層的納米藥物載體增加了多藥耐藥 MCF-7/ADR 細(xì)胞對 DOX 的內(nèi)流，同時(shí)減少了 DOX 的外排，從而增加了 DOX 在細(xì)胞內(nèi)的高滯留率。

3.2 基因遞送

近年來由于基因治療在傳遞缺失基因或缺陷基因方面的潛在作用，也廣泛運(yùn)用到腫瘤的治療中?；蛑委熤凶钪匾氖怯行Щ蛑委熭d體的設(shè)計(jì)（病毒載體和非病毒載體），這些載體可以將質(zhì)粒 DNA、小干擾 RNA 或反義寡核苷酸（AON）運(yùn)送到靶細(xì)胞中。與病毒載體相比，非病毒載體具有低毒、高載量、無免疫原性等優(yōu)點(diǎn)，但其轉(zhuǎn)染效率低，在血清中易失活等缺點(diǎn)也限制了其廣泛應(yīng)用[34]。為了克服以上缺點(diǎn)，可通過構(gòu)建具有陽離子結(jié)構(gòu)的兩親性材料來實(shí)現(xiàn)基因的高效傳遞。Li 等[35]設(shè)計(jì)合成了一種 PEG 修飾的 pH、還原雙敏感的聚合物?組氨酸接枝硫辛酸殼聚糖（PHCSL），用 PHCSL 制備共載 siRNA 和依托泊苷的陽離子脂質(zhì)體。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，該陽離子脂質(zhì)體在不同 pH 和還原環(huán)境的粒徑和電位變化具有環(huán)境響應(yīng)性，并且細(xì)胞攝取結(jié)果表明該脂質(zhì)體在弱酸性環(huán)境下攝取明顯增強(qiáng)，并具有溶酶體逃逸的作用，從而可快速釋放藥物和遞送基因至靶點(diǎn)進(jìn)而發(fā)揮作用。Guo 等[36]構(gòu)建了具有電荷翻轉(zhuǎn)功能的聚烯丙胺檸康酸酐衍生物 (PAH-Cit)-PEI 金納米粒復(fù)合載體，用于基因轉(zhuǎn)染和傳遞 siRNA。PAGE 凝膠電泳結(jié)果證明了酸性環(huán)境下PAH-Cit 的電荷翻轉(zhuǎn)能力。且當(dāng) Au/siRNA 質(zhì)量比為 10︰1 時(shí)，此電荷翻轉(zhuǎn)金納米粒復(fù)合載體轉(zhuǎn)染 siRNA 抑制 HeLa 細(xì)胞 Lamin A/C 基因的效率高達(dá) 80.0%。

3.3 蛋白遞送

隨著生物和基因工程技術(shù)的發(fā)展，也發(fā)現(xiàn)了許多功能性的肽和蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)給藥方式是口服和靜脈注射給藥，但是由于體積大，血漿半衰期短，易受酶清除，透膜效率低和口服生物利用度低等缺點(diǎn)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)等生物大分子在治療中不方便給藥。因此開發(fā)更有效的藥物載體對蛋白給藥至關(guān)重要。其中，電荷翻轉(zhuǎn)策略具有提高穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)靶點(diǎn)的特異性，改善蛋白質(zhì)在循環(huán)中穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，可制備出功能更強(qiáng)的蛋白質(zhì)載體[37]。

Coué 等[38]設(shè)計(jì)了主鏈上具有生物還原二硫鍵的聚酰胺（SS-PAAS）和側(cè)鏈上具有 pH 響應(yīng)性、帶負(fù)電荷的檸檬酸基團(tuán)，用于在中性 pH 條件下有效地遞送和釋放帶正電荷的蛋白質(zhì)，利用溶菌酶作為陽離子模型蛋白自組裝成納米復(fù)合物。在酸性條件下，如 pH 值為 5.0（內(nèi)含體 pH）時(shí)，SS-PAAS 側(cè)鏈上連接的酰胺鍵被分子內(nèi)催化水解，使聚合物載體由負(fù)電荷翻轉(zhuǎn)為正電荷，從而增加攝取，使蛋白質(zhì)向胞漿輸送增加，其過程見圖4所示。Cai 等[11]構(gòu)建了聚丙交酯?乙交酯共聚物（PLGA）和聚苯乙烯?4?苯乙烯磺酸鹽（PSS）聚合物共混物組成的負(fù)電荷納米載體，并通過靜電吸附提高正電蛋白溶菌酶的載藥量和釋放性能。試驗(yàn)證明，PLGA 與 PSS 混合制得了帶負(fù)電荷的 NPs，其蛋白載量隨 PSS/PLGA 比值的增加而增加。pH 升高有利于吸附過程，可提高負(fù)載量。溶菌酶從 NPs 中的體外釋放量依賴于載藥量，且溶菌酶的活性保持不變。綜上，此載體是具有高表面電荷密度的納米顆粒，并可通過靜電相互作用有效地吸附帶正電荷的蛋白質(zhì)。

Fig. 4 Self-assembly process of polymer charge reversal leads to polymer-protein mutual repulsion and release of lysozyme圖 4 聚合物電荷翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致聚合物-蛋白質(zhì)相互排斥釋放溶菌酶的自組裝過程

4 結(jié)論

總結(jié)了 NPs 的表面電荷與腫瘤的生理環(huán)境和 TME（即細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外微環(huán)境）之間的相互作用以及利用此特性設(shè)計(jì)出個(gè)性化的藥物遞送系統(tǒng)，研究證明，電荷翻轉(zhuǎn)策略有利于提高治療和診斷效果，為未來抗癌納米藥物的臨床應(yīng)用提供一種可行的解決方案。對外源或內(nèi)源刺激敏感的智能納米載體代表了一種新穎的靶向藥物遞送方式。特異性的刺激能夠在所需的位置和時(shí)間觸發(fā)藥物釋放，而且敏感響應(yīng)型材料已經(jīng)靈活地運(yùn)用到不同的納米藥物遞送系統(tǒng)中，其中電荷翻轉(zhuǎn)給藥系統(tǒng)運(yùn)用了 pH、還原或特殊酶等條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。在細(xì)胞水平上，pH 敏感型可觸發(fā)轉(zhuǎn)運(yùn)藥物釋放到晚期內(nèi)含體或溶酶體中，或促進(jìn) NPs 從溶酶體逃逸到細(xì)胞質(zhì)中。在組織/器官方面，人們還可以利用與腫瘤疾病相關(guān)的特定微環(huán)境變化以及病理情況，例如局部缺血、炎癥性疾病或感染等，使 NPs 避免非特異性吸收進(jìn)而增強(qiáng)藥物向腫瘤的靶向傳遞。

盡管電荷可轉(zhuǎn)化的高分子生物材料在治療疾病方面取得了許多成就，但仍然存在許多挑戰(zhàn)。需要更經(jīng)濟(jì)環(huán)保安全的電荷翻轉(zhuǎn)聚合物，并且要提高載體的包封率和載藥量，最重要的是，電荷翻轉(zhuǎn)材料構(gòu)建的制劑會(huì)存在藥物泄露的情況，這不僅對健康組織有損害而且還會(huì)大大降低治療效果，所以在克服陽離子困境這一問題上，應(yīng)該花更多精力研究敏感型材料，制備出療效更好的新劑型，使藥物的臨床轉(zhuǎn)化成為現(xiàn)實(shí)。