王悅，黃元政，朱丹丹，廉寶平，劉瀟璇（中國藥科大學(xué)天然藥物活性組分與藥效國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，藥物科學(xué)研究院高端藥物制劑與材料研究中心，南京 210009）

惡性腫瘤是威脅人類生命健康的重大疾病，腫瘤的發(fā)生和發(fā)展機(jī)制復(fù)雜，其高侵襲、易轉(zhuǎn)移等特性給相應(yīng)的治療及藥物研發(fā)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。小分子藥物因其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉且結(jié)構(gòu)體系龐大，一直在抗腫瘤藥物開發(fā)和腫瘤的臨床治療中占據(jù)著重要的地位[1-2]。然而，小分子抗腫瘤藥物的研發(fā)往往伴隨著漫長(zhǎng)的試驗(yàn)周期和巨大的淘汰比例，而臨床上的小分子抗腫瘤治療藥物又通常存在諸如水溶性差、選擇性差、毒性大或多藥耐藥等缺陷[3-5]。面對(duì)新化學(xué)實(shí)體的研發(fā)困境，利用前藥策略對(duì)已上市藥物進(jìn)行二次開發(fā)或?qū)εR床試驗(yàn)藥物的缺陷進(jìn)行改進(jìn)成為了抗腫瘤藥物研發(fā)的新熱點(diǎn)。

近年來，隨著納米技術(shù)在腫瘤藥物遞送領(lǐng)域的不斷發(fā)展，高分子前藥策略受到了越來越多的關(guān)注。與傳統(tǒng)的小分子前藥設(shè)計(jì)理念不同，高分子前藥策略利用特異性連接臂將具有一定尺寸的高分子載體與活性藥物共價(jià)偶聯(lián)，并通過調(diào)控其組裝行為和靶部位藥物釋放性能來構(gòu)建納米級(jí)前藥。此策略可以有效結(jié)合前藥策略和納米給藥技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，增加藥物體內(nèi)循環(huán)穩(wěn)定性，通過高通透性和強(qiáng)滯留效應(yīng)[6]（enhanced permeability and retention effect，EPR 效應(yīng)）提高藥物在腫瘤組織的富集能力，進(jìn)而突破小分子藥物在腫瘤治療過程中面臨的諸多瓶頸，提高治療效率。

目前，可用于前藥構(gòu)建的高分子材料種類繁多、性質(zhì)各異，其中，樹形分子因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能被廣泛關(guān)注。樹形分子是一類具有樹枝狀結(jié)構(gòu)的大分子，一般由核心、分支單元和末端基團(tuán)三個(gè)部分組成，并以分支單元的增長(zhǎng)次數(shù)表示其代數(shù)（一般表示為Gn）[7]。與其他用于前藥構(gòu)建的聚合物相比，樹形分子高度可控的制備途徑使其具有精確的分子結(jié)構(gòu)和尺寸[8]；同時(shí)，樹形分子本身較小的納米尺寸使其具有良好的腫瘤組織滲透性[9]；此外，樹形分子還通過高度支化的方式在表面引入了豐富的可修飾基團(tuán)，這些表面基團(tuán)不僅為鍵合活性藥物或其他功能性修飾提供了基礎(chǔ)平臺(tái)[10]，還使得樹形分子具有多價(jià)效應(yīng)，進(jìn)一步將表面的功能性協(xié)同放大。在開發(fā)的各類樹形分子中，以聚酰胺-胺類[Poly（amidoamine），PAMAM]和肽類樹形分子（peptide dendrimers）為代表的聚酰胺類樹形分子是目前樹形分子前藥設(shè)計(jì)中應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)類型。其中，部分研發(fā)的聚酰胺類樹形分子及以其作為載體開發(fā)的前藥已進(jìn)入臨床應(yīng)用或正在進(jìn)行轉(zhuǎn)化[8]。例如，第一個(gè)基于聚賴氨酸（PLL）樹形分子的藥物SPL7013（VivaGel）已經(jīng)在澳大利亞和歐盟批準(zhǔn)上市用于治療細(xì)菌性陰道病[11]；此外，Starpharma 公司開發(fā)的聚酰胺類樹形分子-抗腫瘤藥物多西他賽的前藥（DEP-Docetaxel）最近的臨床Ⅰ期試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，與活性藥物多西他賽相比，多西他賽樹形分子前藥不僅能夠增加藥物的安全性，延長(zhǎng)血漿半衰期；同時(shí)還能降低血藥濃度峰值，增加整體的藥物暴露量[12]。這些成功的案例促使研究人員對(duì)聚酰胺類樹形分子前藥的設(shè)計(jì)合成進(jìn)行了愈加深入的研究。

然而，腫瘤組織獨(dú)特的病理特征為樹形分子前藥的構(gòu)建帶來了諸多挑戰(zhàn)。首先，由于腫瘤的異質(zhì)性和復(fù)雜性，僅僅依靠EPR 效應(yīng)不能有效地將藥物轉(zhuǎn)運(yùn)到腫瘤組織內(nèi)部；同時(shí)，腫瘤組織較高的間質(zhì)壓使得藥物很難滲透到腫瘤組織的深部殺死腫瘤細(xì)胞[13-16]；此外，采用單一藥物治療腫瘤的策略常會(huì)導(dǎo)致耐藥性的產(chǎn)生和腫瘤復(fù)發(fā)，臨床上主要采用多藥聯(lián)合的治療手段[17]。因此，迫切需要構(gòu)筑一種多模式協(xié)同治療的給藥系統(tǒng)，用以改善腫瘤的治療效果。基于此，借助聚酰胺類樹形分子豐富的表面基團(tuán)和精確的納米結(jié)構(gòu)，研究人員將其與諸多功能性有機(jī)材料或無機(jī)納米粒等結(jié)合，進(jìn)而開發(fā)出結(jié)構(gòu)更加新穎且功能更加優(yōu)異的納米給藥系統(tǒng)，以適應(yīng)腫瘤復(fù)雜的微環(huán)境，并為實(shí)現(xiàn)腫瘤多模式聯(lián)合治療和診療一體化提供可能性。

本綜述先簡(jiǎn)要介紹聚酰胺類樹形分子前藥的組成和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，然后進(jìn)一步系統(tǒng)闡述近年來以聚酰胺類樹形分子前藥為基礎(chǔ)通過共價(jià)鍵合、非共價(jià)組裝以及Janus 樹形分子自組裝方式構(gòu)建的納米給藥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和應(yīng)用策略（見圖1）。

圖1 聚酰胺類樹形分子前藥納米遞送系統(tǒng)構(gòu)建策略Fig 1 Construction of nano-drug delivery systems based on polyamide dendrimer prodrugs

1 聚酰胺類樹形分子前藥的組成及結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

聚酰胺類樹形分子前藥主要是由樹形分子、活性藥物以及可控制藥物釋放的連接臂組成（見圖2），在高分子前藥設(shè)計(jì)中，這三種成分的選擇尤為重要。

圖2 聚酰胺類樹形分子前藥組成示意圖Fig 2 Composition of polyamide dendrimer prodrugs

作為前藥結(jié)構(gòu)中的藥物載體部分，聚酰胺類樹形分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都會(huì)對(duì)前藥的制備、生物學(xué)功能以及后續(xù)的各種修飾產(chǎn)生很大的影響，是前藥分子設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。聚酰胺類樹形分子（如PAMAM 和peptide dendrimers）的結(jié)構(gòu)中含有大量的酰胺結(jié)構(gòu)，同時(shí)分子表面還擁有豐富的可供修飾的官能團(tuán)-氨基，這種特殊的結(jié)構(gòu)使得聚酰胺類樹形分子具有良好的生物相容性和類蛋白特性，在生物醫(yī)藥領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在作為藥物載體用于前藥的開發(fā)方面研究得尤為深入[18]。利用此類樹形分子作為前藥載體有利于改善母體藥物在體內(nèi)的吸收、分布、代謝、清除和毒性（ADMET），同時(shí)其擁有的大量表面官能團(tuán)為藥物的連接提供了數(shù)量豐富且靈活可變的結(jié)合位點(diǎn)。

活性藥物是聚酰胺類樹形分子前藥發(fā)揮抗腫瘤作用的核心部分，整個(gè)樹形分子前藥的設(shè)計(jì)都是圍繞藥物的作用部位、作用機(jī)制以及藥物自身存在的缺陷等方面開展。在前藥的設(shè)計(jì)上，藥物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及是否具有可修飾官能團(tuán)都是重要的考慮因素，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性保證了在前藥形成和解離過程中藥物自身的生物活性不發(fā)生改變；其是否具有可修飾官能團(tuán)則決定了該活性藥物是否能進(jìn)行前藥的構(gòu)建以改善其ADMET。在活性藥物的結(jié)構(gòu)中，常見的可修飾官能團(tuán)包括氨基、羥基、羧基、羰基等[19]，這些官能團(tuán)的種類將影響藥物與樹形分子之間敏感性連接臂的選擇、設(shè)計(jì)以及控制藥物釋放的能力。圖3列出了在樹形分子前藥設(shè)計(jì)中常被應(yīng)用的一些抗腫瘤藥物，其中大部分已被用于構(gòu)建聚酰胺類樹形分子前藥（見圖3）。

圖3 常見用于構(gòu)建聚酰胺類樹形分子前藥的活性藥物Fig 3 Common active drugs for the construction of polyamide dendrimer prodrugs

在樹形分子前藥中，藥物與樹形分子之間的連接臂的選擇能夠在很大程度上決定藥物在體內(nèi)釋放的位置和速度，進(jìn)而決定樹形分子前藥在體內(nèi)的安全性以及最終的抗腫瘤效果[20]。理想的連接臂應(yīng)具有一定的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，即在血液循環(huán)中保持相對(duì)穩(wěn)定，而在到達(dá)腫瘤部位后，通過特定的刺激響應(yīng)機(jī)制解離并按需釋放藥物。目前認(rèn)為，腫瘤部位特殊的病理特征主要表現(xiàn)為：弱酸性（腫瘤組織中pH 為6.5～6.8，細(xì)胞的內(nèi)涵體、溶酶體內(nèi)的pH 為4.5～6.5）、多種酶類的高表達(dá)（基質(zhì)金屬蛋白酶、酯酶、α-淀粉酶、組織蛋白酶B等）、還原性物質(zhì)[以谷胱甘肽（GSH）為主]和活性氧（ROS）水平較高、氧氣缺乏等[12，21-22]。針對(duì)這些獨(dú)特的腫瘤微環(huán)境特征，研究人員已經(jīng)設(shè)計(jì)出了多種刺激響應(yīng)性化學(xué)結(jié)構(gòu)并將其應(yīng)用于控制藥物的精準(zhǔn)釋放。目前，在諸多響應(yīng)性結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較多的包括：弱酸性環(huán)境響應(yīng)的腙鍵、亞胺鍵、順烏頭酰胺鍵等；酶響應(yīng)的酯鍵、偶氮鍵、多種短肽類（GFLG 等）間隔物等；還原性物質(zhì)GSH 響應(yīng)的二硫鍵以及ROS 響應(yīng)的縮硫醛（酮）鍵等（見表1）[23-37]。此外，還有一些乏氧響應(yīng)的化學(xué)鍵、自毀型化學(xué)鍵，以及能夠在外部光、溫度等刺激下發(fā)生斷裂的化學(xué)結(jié)構(gòu)也已被成功開發(fā)并應(yīng)用于樹形分子前藥的構(gòu)建[38-39]。

表1 常見的用于構(gòu)建樹形分子前藥的響應(yīng)型連接臂的類型、結(jié)構(gòu)及響應(yīng)條件Tab 1 Type，structure and response of common responsive linkers for the construction of dendrimer prodrugs

2 以共價(jià)鍵合方式構(gòu)建基于聚酰胺樹形分子前藥的納米給藥系統(tǒng)

共價(jià)鍵合是構(gòu)建納米給藥系統(tǒng)的較為常用的策略之一，此策略構(gòu)建的納米給藥系統(tǒng)通常具有較高的穩(wěn)定性[40]。通過共價(jià)鍵合的方式在聚酰胺類樹形分子前藥中引入具有不同功能和特性的納米材料、生物大分子，或直接將前藥分子通過交聯(lián)劑聚合，不僅能夠構(gòu)建基于小尺寸樹形分子前藥尺寸變換的納米給藥系統(tǒng)，增強(qiáng)EPR 效應(yīng)以及藥物在腫瘤組織的深層滲透，還能夠結(jié)合其他治療模式，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)腫瘤的多功能協(xié)同治療或診療一體化。

納米給藥系統(tǒng)的尺寸與其在腫瘤部位的聚集和擴(kuò)散密切相關(guān)，較大尺寸的納米給藥系統(tǒng)更容易通過EPR 效應(yīng)在腫瘤部位富集[41]。為形成尺寸更大的納米結(jié)構(gòu)，將聚酰胺類樹形分子前藥直接共價(jià)交聯(lián)是最為有效的設(shè)計(jì)策略之一?；诖?，Wang 等[29]首先利用丙烯酸酯結(jié)構(gòu)將喜樹堿（CPT）鍵合到G3 PAMAM 表面獲得了樹形分子前藥，隨后選用聚乙二醇二丙烯酸酯（PEG-DA）作為交聯(lián)劑與前藥分子相互偶聯(lián)形成了具有緩控釋藥能力的納米遞送系統(tǒng)（見圖4A）。在生理?xiàng)l件下，丙烯酸酯結(jié)構(gòu)能夠在樹形分子表面氨基的作用下緩慢降解并釋放藥物，而由酯鍵構(gòu)成的交聯(lián)劑使得整個(gè)凝膠體系在體內(nèi)發(fā)生緩慢的降解，從而避免高分子藥物載體在體內(nèi)的過度累積。

然而，研究表明：尺寸較大的納米粒子（100～200 nm）能夠在腫瘤部位快速聚集，卻難以接近遠(yuǎn)端的腫瘤細(xì)胞；相反，較小的納米粒子（＜50 nm）雖然具有更好的深層滲透能力，但通常在腫瘤部位的蓄積不足[9，41-42]。為解決這一問題，研究人員利用不同機(jī)制設(shè)計(jì)了各種尺寸可變換的納米給藥系統(tǒng)。一方面，在前藥共價(jià)交聯(lián)構(gòu)建給藥系統(tǒng)的策略中使用具有腫瘤病理特征響應(yīng)能力的交聯(lián)劑，使得交聯(lián)構(gòu)建的大尺寸給藥系統(tǒng)能在腫瘤微環(huán)境中釋放小尺寸樹形分子前藥進(jìn)入腫瘤組織深層發(fā)揮藥效。例如，Hou 等[36]選擇Asp-Ala-Thr-Gly-Pro-Ala 肽段作為交聯(lián)劑，以共價(jià)鍵合的方式構(gòu)建了一種基于樹形分子前藥的納米凝膠系統(tǒng)，并借助靜電相互作用力在其表面包覆透明質(zhì)酸（HA），最終獲得了一種具有特異性尺寸變換特性的納米遞送系統(tǒng)（見圖4B）。該體系中HA 的包覆不僅能夠提高藥物生物相容性并延長(zhǎng)血漿半衰期，還通過主動(dòng)靶向作用使納米顆粒更多地累積在腫瘤部位；多肽交聯(lián)劑能夠被腫瘤成纖維細(xì)胞上高表達(dá)的纖維細(xì)胞活化蛋白α（FAP-α）特異性切割，從而實(shí)現(xiàn)小尺寸樹形分子前藥的特異性釋放，產(chǎn)生尺寸轉(zhuǎn)變的效果；而由二硫鍵構(gòu)建的前藥分子則能夠在腫瘤細(xì)胞內(nèi)GSH 的刺激下有效釋放出藥物分子——阿霉素（DOX），從而產(chǎn)生顯著的抗腫瘤效果。另一方面，也可以通過在樹形分子前藥體系中引入具有不同性質(zhì)的納米材料或生物大分子達(dá)到相似的目的。例如，Hu 等[28]將樹形分子前藥與明膠共價(jià)連接制備了一種同樣具有尺寸變換機(jī)制的納米給藥系統(tǒng)。該研究首先在聚L-賴氨酸樹形分子表面通過酸敏感的順烏頭酰胺鍵連接DOX，并修飾上聚乙二醇（PEG）和RGD（精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸）靶向肽，獲得了具有腫瘤靶向功能的樹形分子前藥（粒徑約為30 nm）；然后將此前藥共價(jià)連接到明膠（gelatin）表面形成了較大粒徑的納米給藥系統(tǒng)（約為190 nm）（見圖4C）。結(jié)果表明，前藥鍵合明膠形成的給藥系統(tǒng)在腫瘤部位的富集明顯增加，到達(dá)腫瘤組織后，明膠能夠被腫瘤組織中高表達(dá)的基質(zhì)金屬蛋白酶-2（MMP-2）降解，使其能夠解散并釋放出樹形分子前藥，進(jìn)而增加藥物在腫瘤中的滲透能力。以上基于小尺寸樹形分子前藥共價(jià)鍵合構(gòu)建尺寸可變的納米給藥系統(tǒng)的策略，充分利用了不同納米尺寸的優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)了藥物在腫瘤部位的富集及其對(duì)遠(yuǎn)端腫瘤細(xì)胞的滲透，提高了藥物的療效。

圖4 通過共價(jià)鍵合構(gòu)建的特異性尺寸轉(zhuǎn)換的樹形分子前藥納米給藥系統(tǒng)Fig 4 Polyamide dendrimer prodrug-based on nanosystems with specific size converting function by covalent construction

此外，樹形分子前藥與不同功能的納米材料鍵合構(gòu)建的給藥系統(tǒng)還能夠應(yīng)用于協(xié)同治療和診療一體化的研究。例如，Li 等[25]將DOX 通過腙鍵裝載到G4 PAMAM 樹形分子上，然后將此前藥與金納米棒共價(jià)鍵合，構(gòu)建了一種聯(lián)合化療和光熱治療的納米粒子——PEG-DOX-PAMAM-AuNPs（見圖5A）。當(dāng)載藥納米粒子進(jìn)入腫瘤細(xì)胞時(shí)，在內(nèi)涵體酸性環(huán)境（pH 5.0）刺激下，藥物快速釋放殺傷腫瘤細(xì)胞；同時(shí)，給藥體系中的金納米棒還能夠?qū)⑽盏慕t外光轉(zhuǎn)變成熱量，進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷能力。與單一治療手段相比，此化-光療協(xié)同的納米遞送系統(tǒng)在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中均表現(xiàn)出了更好的治療效果。而在另一項(xiàng)研究中，Chang 等[31]將紫杉醇（PTX）通過酯鍵鍵合到含有葉酸（FA）靶向基團(tuán)的PAMAM 樹形分子上，再將樹形分子前藥與超順磁性氧化鐵納米粒子（IONP）通過配體交換反應(yīng)共價(jià)連接，制備了一種可同時(shí)用于腫瘤治療與診斷的納米給藥系統(tǒng)（見圖5B）。此診療系統(tǒng)具有良好的生物相容性和血液穩(wěn)定性，可通過EPR 效應(yīng)特異性累積在腫瘤部位，并經(jīng)由葉酸受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用被腫瘤細(xì)胞快速攝取，從而起到殺傷腫瘤細(xì)胞以及腫瘤成像的作用。

圖5 聚酰胺樹形分子前藥與無機(jī)納米粒子共價(jià)鍵合構(gòu)建的多模式納米給藥系統(tǒng)Fig 5 Multi-mode cooperative nanosystems constructed by polyamide dendrimer prodrugs and inorganic nanoparticles

采用共價(jià)鍵合方式構(gòu)建的納米給藥系統(tǒng)具有相對(duì)較高的穩(wěn)定性，能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜的體內(nèi)環(huán)境并實(shí)現(xiàn)治療目的。但是，由共價(jià)鍵結(jié)合的材料往往會(huì)受其本身性質(zhì)的約束，合成條件復(fù)雜且純化難度較大；同時(shí)，這些納米給藥系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)固定，可能會(huì)對(duì)材料自身的功能性產(chǎn)生一定的限制，從而影響治療效果。

3 以非共價(jià)鍵結(jié)合方式構(gòu)建基于聚酰胺樹形分子前藥的納米給藥系統(tǒng)

除了共價(jià)鍵合的方式以外，樹形分子前藥還可以通過非共價(jià)弱相互作用力與其他材料組裝形成超分子納米結(jié)構(gòu)的給藥系統(tǒng)。所利用的非共價(jià)作用力主要包括π-π堆積作用、電荷相互作用力、親疏水作用和主客體相互作用等。與共價(jià)鍵合方式相比，由非共價(jià)作用力構(gòu)建的納米組裝體具有動(dòng)態(tài)可逆的特性，更易于進(jìn)行特異性的尺寸、電性或形貌的變換，以適應(yīng)不同體內(nèi)環(huán)境的要求，實(shí)現(xiàn)多級(jí)響應(yīng)性的藥物輸送。

樹形分子前藥所攜載的藥物往往為疏水藥物，因而可以利用藥物間π-π堆積作用以及疏水性質(zhì)簡(jiǎn)單便捷地構(gòu)建較大尺寸的給藥系統(tǒng)，以促進(jìn)藥物在腫瘤部位的富集。例如，Zhang 等[33]將制備PEG 化的PLL 樹形分子-DOX 前藥組裝形成粒徑為60～90 nm 的超分子組裝體，其能通過EPR 效應(yīng)累積在腫瘤部位，在卵巢癌SKOV-3細(xì)胞的體內(nèi)模型中顯示出了比DOX 更高的抗腫瘤活性。

聚酰胺類樹形分子自身具有良好的親水性質(zhì)，在遞送系統(tǒng)構(gòu)建中，這種親水特性不僅使樹形分子前藥能夠與疏水片段偶聯(lián)形成兩親性分子，進(jìn)而借助親疏水作用組裝構(gòu)建尺寸可變的多級(jí)響應(yīng)性納米遞送系統(tǒng)；還能夠使前藥進(jìn)入脂質(zhì)體的親水空腔，通過包載的方式實(shí)現(xiàn)藥物的按需遞送。例如，Li 等[43]將順鉑通過還原敏感的連接臂鍵合到G4 PAMAM 樹形分子上（粒徑約為5 nm），再將疏水性的聚己內(nèi)酯（PCL）通過腫瘤微酸環(huán)境敏感的連接鍵（2-丙酸基-3-甲基丁烯二酸酐（CDM）修飾到樹形分子表面，從而獲得了一種具有兩親性的樹形分子前藥；隨后，通過親疏水作用力，將前藥分子與PCL、PEG 和聚己內(nèi)酯的共聚物（PEG-b-PCL）共同組裝為超分子給藥系統(tǒng)（粒徑約為100 nm）（見圖6A）。進(jìn)入血液循環(huán)后，這種超分子首先會(huì)在腫瘤部位蓄積；在進(jìn)入腫瘤組織后，CDM 鍵響應(yīng)腫瘤微酸環(huán)境發(fā)生斷裂，組裝體單元失去親疏水性質(zhì)，超分子解散，繼而使順鉑-樹形分子前藥游離出來，以實(shí)現(xiàn)更好的深層滲透效果；順鉑-樹形分子前藥進(jìn)入腫瘤細(xì)胞后，在胞內(nèi)GSH 的作用下，釋放藥物，從而完成整個(gè)多級(jí)響應(yīng)的過程，并在各種腫瘤模型中均表現(xiàn)出良好的治療效果。此外，Satsangi 等[35]將紫杉醇-PAMAM 樹形分子前藥包載在帶有FA 的脂質(zhì)體中，制備了一種靶向給藥體系（見圖6B）。其中，紫杉醇和PAMAM 樹形分子之間通過GFLG 短肽共價(jià)連接，在腫瘤細(xì)胞內(nèi)高表達(dá)的組織蛋白酶B 的作用下會(huì)發(fā)生斷裂，從而釋放出藥物；而包載前藥分子的脂質(zhì)體外殼能降低網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)（RES）對(duì)納米粒子的清除作用，還能夠特異性地靶向葉酸受體高表達(dá)的腫瘤細(xì)胞，增加藥物在作用位點(diǎn)的蓄積，從而提高療效。而Xiong 等[44]則利用相似的策略將順鉑-PAMAM 樹形分子前藥包載在帶有RGD 環(huán)肽（cRGD）靶向肽的熱敏性脂質(zhì)體中，并在脂質(zhì)層中負(fù)載光熱劑吲哚菁綠（ICG），構(gòu)建了一種能夠在近紅外光（NIR）照射下發(fā)生崩解的納米給藥系統(tǒng)（見圖6C）。這種包載樹形分子前藥的脂質(zhì)體能夠通過EPR 效應(yīng)和cRGD 的靶向作用富集在腫瘤部位，當(dāng)其受到近紅外光照射時(shí)，脂質(zhì)層中的ICG 能夠?qū)@得的能量轉(zhuǎn)化成熱量從而提高局部溫度，進(jìn)而使熱敏脂質(zhì)體裂解，并釋放出粒徑約8 nm 的樹形分子前藥，實(shí)現(xiàn)藥物在腫瘤組織的按需遞送和深層滲透。

圖6 通過親疏水相互作用構(gòu)建基于樹形分子前藥的納米給藥系統(tǒng)示意圖Fig 6 Construction of polyamide dendrimer prodrug-based on nanosystems via hydrophilic and hydrophobic interaction

利用聚酰胺類樹形分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過靜電相互作用構(gòu)建納米給藥系統(tǒng)也是一項(xiàng)行之有效的設(shè)計(jì)策略。在生理?xiàng)l件下，PAMAM 和PLL 等聚酰胺類樹形分子會(huì)因?yàn)榇罅康谋砻姘被憩F(xiàn)出正電性，這些密集的正電荷不僅能被帶有陰離子的聚合物包覆，以起到電荷屏蔽、協(xié)同增效的效果；還能夠借助電荷翻轉(zhuǎn)，控制前藥分子之間的聚集和離散。利用這種策略，Guo 等[45]在G4 PAMAM 樹形分子表面同時(shí)鍵合了順鉑和DOX兩種抗腫瘤藥物，隨后通過靜電相互作用在前藥分子上包覆了一層帶有負(fù)電荷的HA，以此構(gòu)建了可以用于聯(lián)合治療的納米給藥系統(tǒng)（見圖7A）。這種超分子納米材料構(gòu)成簡(jiǎn)單可控，形成條件溫和，不僅增加了前藥分子的粒徑，整合了HA 的功能，還能夠屏蔽PAMAM 自身的表面正電荷，從而降低毒性和延長(zhǎng)血漿半衰期。Xia 等[23]則利用靜電相互作用設(shè)計(jì)了一種基于聯(lián)合用藥和免疫治療的多功能納米遞送系統(tǒng)。該研究首先通過腙鍵將DOX 鍵合到G4 PAMAM 樹形分子表面得到了樹形分子前藥，再利用靜電相互作用將帶有負(fù)電荷的免疫佐劑胞嘧啶-磷酸鳥嘌呤寡核苷酸（CpG ODNs）附著在前藥分子表面，隨后選用帶有負(fù)電荷的低分子肝素（LMWH）作為外殼包覆在整個(gè)前藥分子和免疫佐劑上，完成樹形分子前藥給藥系統(tǒng)（LMWH/PPD/CpG）的構(gòu)建（見圖7B）。其中，LMWH 是一種天然、可生物降解的多糖，其能夠通過屏蔽PAMAM 樹形分子表面的正電荷降低RES 對(duì)給藥體系的清除以及前藥分子的潛在毒性；抗腫瘤藥物DOX 除了能夠直接對(duì)腫瘤造成細(xì)胞殺傷作用，還能夠誘導(dǎo)細(xì)胞的免疫原性死亡，從而使機(jī)體產(chǎn)生免疫反應(yīng)，而免疫佐劑CpG ODNs 則能夠協(xié)同并促進(jìn)這一過程，使得這種多功能納米給藥體系統(tǒng)對(duì)黑色素瘤原發(fā)腫瘤和肺轉(zhuǎn)移均具有較高的治療效果。

通過敏感鍵的微環(huán)境響應(yīng)，將電荷吸附作用轉(zhuǎn)變?yōu)殡姾膳懦庾饔茫瑥亩焖俚亟馍⒊肿芋w系，是非共價(jià)作用力構(gòu)建給藥系統(tǒng)中獨(dú)特的設(shè)計(jì)策略。其中較為常見的方法是通過2，3-二甲基馬來酸酐對(duì)一些含末端氨基的材料進(jìn)行表面修飾，使其具有響應(yīng)型電荷翻轉(zhuǎn)功能，再將其與前藥分子進(jìn)行超分子組裝，形成納米給藥系統(tǒng)。例如，Li 等[46-47]嘗試使用2，3-二甲基馬來酸酐分別修飾聚乙二醇-聚（2-氨基乙基-天冬酰胺）共聚物和聚乙二醇-聚（2-氨基乙基-天冬酰胺）-聚己內(nèi)酯的三嵌段共聚物，成功得到了兩種陰離子的嵌段共聚物，并將這兩種嵌段共聚物分別與順鉑-PAMAM 樹形分子前藥通過靜電相互作用組裝成尺寸可變的納米給藥系統(tǒng)（見圖7C）。這兩種嵌段共聚物均能在腫瘤微環(huán)境中發(fā)生電荷翻轉(zhuǎn)，暴露帶正電性的氨基表面，產(chǎn)生靜電斥力，進(jìn)而釋放出更有利于深層滲透和細(xì)胞攝取的Pt-PAMAM 前藥，進(jìn)入腫瘤細(xì)胞發(fā)揮藥效。

圖7 通過靜電相互作用構(gòu)建基于樹形分子前藥的納米給藥系統(tǒng)的示意圖Fig 7 Construction of polyamide dendrimer prodrug-based on nanosystems via electrostatic interaction

通過非共價(jià)相互作用構(gòu)建的納米給藥系統(tǒng)，能夠借助分子結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行自發(fā)的識(shí)別組裝，所以形成條件溫和，純化便捷，同時(shí)也為結(jié)構(gòu)功能的多樣化提供了基礎(chǔ)。但是，這種弱相互作用也相應(yīng)地降低了超分子組裝體在體內(nèi)循環(huán)中的穩(wěn)定性。

4 基于Janus 樹形分子前藥構(gòu)建的納米給藥系統(tǒng)

在多數(shù)的樹形分子前藥設(shè)計(jì)中，較高代數(shù)的樹形分子一般作為首選載體，這主要因?yàn)榈痛鷶?shù)的樹形分子表面基團(tuán)數(shù)量較少，載藥量偏低。但高代數(shù)樹形分子則往往存在合成難度大、生產(chǎn)成本高等缺陷，這也給樹形分子前藥的構(gòu)建帶來了諸多困難[48]。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，研究人員開發(fā)出了一類具有精確結(jié)構(gòu)的低代數(shù)Janus 樹形分子用于前藥的構(gòu)建。這類Janus 樹形分子前藥一般具有親-疏水的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，可以通過親疏水作用力自組裝成尺寸更大、表面基團(tuán)更密集的納米顆粒，進(jìn)而能通過EPR 效應(yīng)富集在腫瘤部位。此外，得益于Janus 的結(jié)構(gòu)，這類樹形分子前藥通常能具有至少兩種不同的功能化表面，由此也能賦予這類樹形分子以不同的性質(zhì)。這些特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其極佳的組裝性能使得Janus 樹形分子及其前藥在生物領(lǐng)域極具應(yīng)用潛力。

在Janus 樹形分子前藥的設(shè)計(jì)策略中，將疏水藥物與親水樹狀單元分別置于分子兩端是一類常見的結(jié)構(gòu)形式。與一般的樹形分子類似，對(duì)于Janus 樹形分子末端基團(tuán)進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)修飾同樣能夠改善自組裝后納米給藥系統(tǒng)的整體性質(zhì)，使其能在體內(nèi)更好地克服各類生理屏障，并將藥物高效地遞送至靶部位。例如，為了提高給藥系統(tǒng)的靶向性，Miller 等[30]以PEG-樹狀聚β-谷氨酸偶聯(lián)物作為親水端，將PTX 通過酯鍵鍵合到PEG 鏈另一端作為疏水端，同時(shí)，將具有一定骨腫瘤靶向性的阿侖膦酸鹽修飾到親水性聚β-谷氨酸的表面，由此制備了一種具有靶向性的Janus樹形分子前藥，其在生理?xiàng)l件下可以自組裝形成Janus 樹形分子前藥納米膠束（見圖8A）。此前藥膠束表面的阿侖膦酸鹽能特異性結(jié)合骨骼中的堿式磷酸鈣，使其能靶向骨腫瘤并蓄積在腫瘤部位，在產(chǎn)生與游離的PTX 相當(dāng)?shù)目鼓[瘤和抗血管生成活性的同時(shí)，又表現(xiàn)出比PTX 更好的安全性和更長(zhǎng)的血漿半衰期。此外，為實(shí)現(xiàn)給藥系統(tǒng)選擇性的細(xì)胞穿透作用，Zhang 等[24，49]對(duì)一種由DOX 和樹狀聚賴氨酸構(gòu)成的Janus 樹形分子前藥進(jìn)行了表面修飾，首先在樹狀賴氨酸表面修飾上能增強(qiáng)細(xì)胞穿透作用的精氨酸，同時(shí)，為了能夠特異性作用于腫瘤細(xì)胞，進(jìn)而利用2，3-二甲基馬來酸酐對(duì)表面的精氨酸進(jìn)行了進(jìn)一步修飾，由此構(gòu)建的具有多羧基表面的Janus 樹形分子前藥。形成的酰胺鍵能夠在血液循環(huán)中穩(wěn)定存在，并于腫瘤微環(huán)境中快速解離（見圖8B）。修飾后的Janus 樹形分子前藥在生理?xiàng)l件下能夠進(jìn)行自組裝，形成帶負(fù)電荷的納米給藥系統(tǒng)；該納米給藥系統(tǒng)在血液循環(huán)中具有較高的穩(wěn)定性和較低的毒性，能通過EPR 效應(yīng)累積在腫瘤部位，并能在腫瘤微酸環(huán)境的刺激下脫去表面的負(fù)電性修飾基團(tuán)，暴露出原有的精氨酸表面基團(tuán)，快速進(jìn)入腫瘤細(xì)胞。此策略構(gòu)建的納米給藥系統(tǒng)能夠特異性地增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞攝取，從而提高藥物的療效。

圖8 聚酰胺類Janus 樹形分子前藥構(gòu)建的納米給藥系統(tǒng)示意圖Fig 8 Janus poly-amide dendrimer prodrugs-based on nanosystems

藥物作為疏水端樹狀單元作為親水端形成的Janus 前藥分子一般穩(wěn)定性較高，且藥物本身不易泄漏，但通常載藥量偏低。為進(jìn)一步提高載藥量，研究人員嘗試將藥物共價(jià)鍵合到本身具有兩親性質(zhì)的樹形分子表面，設(shè)計(jì)并制備了另外一種形式的Janus 樹形分子前藥。在此類Janus 樹形分子的設(shè)計(jì)中，親水端的選擇尤為重要。因PEG 鏈自身良好的親水性和生物相容性，常常被用于親水端的構(gòu)建。例如，Li 等[34]構(gòu)建了以乙二胺為核心的不對(duì)稱聚賴氨酸枝狀物，其一端是G2 的PLL 樹形分子，而另一端是G3 代的PLL 樹形分子；隨后在G2 PLL 樹形分子表面鍵合PEG 作為親水端，在G3 PLL 樹形分子表面通過酶敏感肽GFLG 鍵合了多個(gè)DOX 作為疏水段，以此構(gòu)建了一種組織蛋白酶B 響應(yīng)的Janus 樹形分子前藥（見圖9A）。這種前藥分子能夠在生理?xiàng)l件下自組裝形成納米組裝體。與游離的DOX 相比，Janus 樹形分子前藥納米給藥系統(tǒng)不僅具有更長(zhǎng)的半衰期，而且能夠通過EPR 效應(yīng)富集在腫瘤部位，并在乳腺癌模型中顯示出了更高的腫瘤抑制和誘導(dǎo)凋亡作用。此外，為進(jìn)一步提高疏水端的疏水性質(zhì)，充分利用樹形分子表面的可修飾基團(tuán)，合成了一種由谷氨酸和賴氨酸構(gòu)成的Janus 樹形分子，并在谷氨酸末端共價(jià)鍵合了PEG 作為親水端，在賴氨酸末端鍵合了疏水性的苯基甲酯結(jié)構(gòu)作為疏水端，隨后又通過腙鍵進(jìn)一步在疏水端上鍵合抗腫瘤藥物DOX，由此得到了一種Janus 樹形分子前藥（見圖9B）[31]。這種Janus 分子能夠通過自組裝形成具有PEG 外殼的超分子納米粒，且由于外層PEG 的存在而具有較長(zhǎng)的血漿半衰期，能夠通過EPR 效應(yīng)富集在腫瘤部位，并在酸性環(huán)境下快速釋放出DOX，進(jìn)而有效地殺死腫瘤細(xì)胞。

除了使用親水性聚合物PEG 作為親水端外，可生物降解的水溶性天然多糖也能作為Janus 樹形分子前藥的親水端。She 等[26]選用天然多糖肝素作為親水端，設(shè)計(jì)了一種由肝素和聚賴氨酸樹狀單元構(gòu)成的Janus 樹形分子，并利用上述相似的策略將DOX 通過酸敏感的腙鍵鍵合在樹狀單元的末端構(gòu)建前藥分子（見圖9C）。其中，肝素是一種天然多糖，可以通過與腫瘤相關(guān)因子（如選擇素、肝素酶和生長(zhǎng)因子）相互作用來抑制腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。當(dāng)這種Janus 樹形分子前藥自發(fā)組裝形成納米顆粒時(shí)，DOX 作為疏水端被包裹在內(nèi)部，而肝素則會(huì)處于外層。前藥分子能夠在pH 5.0 的環(huán)境中快速釋藥，并在乳腺腫瘤模型中表現(xiàn)出了比游離的DOX 更強(qiáng)的抗腫瘤活性。

圖9 表面藥物修飾的自組裝聚酰胺類Janus 樹形分子納米給藥系統(tǒng)Fig 9 Self-assembly of surface drug-modified Janus polyamide dendrimer based nanosystems

此外，還可以選用疏水性的烷基鏈和親水性的PAMAM 樹形分子構(gòu)建兩親性的樹形分子，并將活性藥物鍵合在樹形分子表面以構(gòu)建Janus 樹形分子前藥?；谶@種設(shè)計(jì)，Zhou 等[50]利用酯鍵將核苷藥物類似物連接到含有十八烷基疏水鏈的G2 PAMAM 兩親性樹形分子表面，以此構(gòu)建了兩親性Janus 樹形分子前藥。這種前藥分子能夠在較低的臨界膠束濃度（CMC）下進(jìn)行自組裝，并通過酯酶降解釋放藥物。

由于Janus 樹形分子前藥自身具有的親疏水特性，使其能夠結(jié)合低代和高代樹形分子前藥的多種優(yōu)勢(shì)，結(jié)構(gòu)精確，功能多變，是納米給藥系統(tǒng)的理想載體。但是，基于親疏水作用力的納米顆粒仍然存在穩(wěn)定性不足，易在體內(nèi)循環(huán)中解離的缺陷。

5 總結(jié)

樹形分子前藥因結(jié)合了樹形分子和前藥的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)而受到了研究人員的廣泛關(guān)注。然而，腫瘤的異質(zhì)性和復(fù)雜性給樹形分子前藥的構(gòu)建帶來了諸多挑戰(zhàn)。本綜述主要聚焦于以聚酰胺類樹形分子前藥為基礎(chǔ)的納米給藥系統(tǒng)構(gòu)建模式，分析總結(jié)了共價(jià)鍵合、非共價(jià)組裝以及Janus 樹形分子自組裝三種設(shè)計(jì)策略。其中，共價(jià)鍵合的構(gòu)建方式結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠適應(yīng)體內(nèi)不同微環(huán)境的變化，獲得良好的治療效果；非共價(jià)相互作用的構(gòu)建方式靈活多變，且形成條件溫和，結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)可逆，能夠更好地實(shí)現(xiàn)多樣化的體內(nèi)功能；而基于Janus 樹形分子的超分子組裝體則綜合了低代和高代數(shù)樹形分子前藥的優(yōu)勢(shì)，在保證結(jié)構(gòu)精確的同時(shí)，還降低了合成難度，豐富了體系的多樣性。這些納米給藥系統(tǒng)能夠有效地調(diào)控組裝行為、特異性地進(jìn)行藥物釋放并結(jié)合不同的功能性材料，在控制藥物釋放、降低毒性、增強(qiáng)靶向作用等方面取得了極大的進(jìn)展。但目前仍然存在一些急需解決的問題：如樹形分子材料的工業(yè)合成難度；一些分子量較高的樹形分子前藥仍缺乏有效的表征手段；樹形分子材料體內(nèi)安全性的研究不足等。但隨著研究的深入，這些問題在不久的將來都會(huì)被有效地解決，樹形分子前藥仍具有很大的臨床應(yīng)用潛力。