康瑞芳，田啟威，2，楊仕平*

（1.上海師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，上海 200234；2.上海健康醫(yī)學(xué)院上海市分子影像學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201318）

0 引言

目前，癌癥是全球第二大死因，嚴(yán)重威脅了人類的生命和健康［1］.由于腫瘤獨(dú)特的病理生理學(xué)特征和可預(yù)測(cè)的耐藥性，常規(guī)的癌癥療法，如化學(xué)療法（CT）、放射療法和免疫療法在徹底根除腫瘤細(xì)胞方面并不成功［2］.因此，需要開(kāi)發(fā)不同的策略，以改進(jìn)這些傳統(tǒng)的治療方法，提高治療的效率，還可以減少治療的副作用［3］.

化學(xué)動(dòng)力學(xué)療法（CDT）是一種新興的治療方法，通過(guò)腫瘤微環(huán)境（TME）激活的芬頓或類芬頓反應(yīng)，將內(nèi)源性過(guò)氧化氫（H2O2）轉(zhuǎn)化為羥基自由基（·OH），以殺死癌細(xì)胞.它不僅突破了光觸發(fā)療法的穿透深度不夠深的缺點(diǎn)，而且還提供了將化學(xué)方法與癌癥治療聯(lián)系起來(lái)的更多可能性［4］.由于體內(nèi)溫和的酸性pH值、低H2O2含量，以及TME中過(guò)表達(dá)的還原物質(zhì)嚴(yán)重抑制了CDT效率，近幾年基于CDT的聯(lián)合治療策略得到了廣泛的發(fā)展.以CDT為基礎(chǔ)的聯(lián)合治療是指CDT協(xié)同其他癌癥治療方法，例如光熱療法（PTT）、CT、聲動(dòng)力療法（SDT）、饑餓療法和光動(dòng)力療法（PDT），產(chǎn)生抗癌作用.這種聯(lián)合療法可以降低個(gè)體藥物相關(guān)毒性，顯著提高治療效率［5］.本文作者首先介紹了TME，然后提出CDT所面臨的問(wèn)題，接著再介紹基于CDT的聯(lián)合治療策略.

1 TME

腫瘤的發(fā)生是一個(gè)復(fù)雜而動(dòng)態(tài)的過(guò)程，涉及不同的細(xì)胞和非細(xì)胞元素組成的TME［6］.TME由癌細(xì)胞和非癌細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)、可溶性因子和血管形成.細(xì)胞、基質(zhì)、可溶性因子和血管之間的相互作用產(chǎn)生了這種復(fù)雜的異質(zhì)微環(huán)境.TME在代謝上對(duì)腫瘤生長(zhǎng)可能有益或無(wú)益，對(duì)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生的有效免疫反應(yīng)也可能有利或不利，甚至可能有利于劫持免疫系統(tǒng)以促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)的條件［7］.

TME組成復(fù)雜、性質(zhì)獨(dú)特，與腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、侵襲和轉(zhuǎn)移密切相關(guān).TME具有特殊的生理特征，例如缺氧，谷胱甘肽（GSH）和H2O2的過(guò)度表達(dá)，以及溫和的酸性.改變TME的氧化還原平衡和增加氧化應(yīng)激可以相應(yīng)地提高腫瘤治療的功效［8］.

2 CDT

ZHANG等［9］于2016年首次提出CDT是一種新的癌癥治療策略，定義為使用芬頓或類芬頓反應(yīng)在腫瘤區(qū)域產(chǎn)生·OH的治療.如圖1所示，合成了一種非晶態(tài)鐵納米粒子（AFeNPs），利用TME中溫和的酸性和過(guò)量產(chǎn)生的H2O2，AFeNPs可通過(guò)在腫瘤中誘導(dǎo)芬頓反應(yīng)來(lái)用于癌癥治療.AFeNPs的電離使腫瘤按需釋放亞鐵離子，隨后H2O2歧化導(dǎo)致高效的·OH生成.在AFeNPs存在的情況下，內(nèi)源性反應(yīng)刺激了·OH的產(chǎn)生，使高度特異性的癌癥治療成為可能，而不需要外部能量的輸入.CDT由TME中的內(nèi)源性化學(xué)能觸發(fā)，與其他治療方式相比，CDT具有腫瘤特異性、選擇性高、全身副作用少、無(wú)需外部刺激等顯著優(yōu)勢(shì).然而，溫和的酸性pH值、低H2O2含量，以及TME中過(guò)表達(dá)的還原物質(zhì)嚴(yán)重抑制CDT效率［10］，這些局限性使單純的CDT難以完全消除惡性腫瘤.

圖1 AFeNPs的作用機(jī)理圖

3 基于CDT的聯(lián)合治療

雖然已經(jīng)提出了各種策略來(lái)改善CDT的性能，比如降低TME的pH值，減少GSH的水平，增加H2O2的水平［11-13］，但其局限性仍然很難達(dá)到令人滿意的治療效果，因此CDT目前仍是一種輔助治療.CDT與其他治療方法聯(lián)合使用可產(chǎn)生明顯的協(xié)同作用，增強(qiáng)CDT的殺傷作用，減少CDT藥物的副作用.目前，CDT/PTT、CDT/PDT、CDT/CT、CDT/饑餓療法和CDT/SDT等多種腫瘤聯(lián)合治療方法被廣泛報(bào)道，取得了滿意的治療效果［5］.

3.1 CDT/PTT

PTT是一種有效的腫瘤消融治療方法，是在近紅外（NIR）激光照射下，利用光熱劑產(chǎn)生熱療，熱療不僅能對(duì)癌細(xì)胞造成損傷，還能通過(guò)加速類芬頓反應(yīng)促進(jìn)活性氧（ROS）的產(chǎn)生，從而實(shí)現(xiàn)CDT/PTT協(xié)同作用［14］.因此，開(kāi)發(fā)具有光熱效應(yīng)的CDT試劑具有十分重要的意義.LIU等［15］提出了一種容易合成的碳化鉬（Mo2C）衍生的多金屬氧酸鹽（POM）作為PTT/CDT雙試劑，如圖2所示.獲得的POM簇在溫和的酸度下自組裝，導(dǎo)致近紅外二區(qū)（NIR-Ⅱ）吸收增強(qiáng)（1 060 nm），并通過(guò)增強(qiáng)的通透性和保留效應(yīng)（EPR）在腫瘤中積累.與常用的近紅外一區(qū)（NIR-Ⅰ）（808 nm）相比，NIR-Ⅱ?yàn)樯畈磕[瘤治療提供了更好的組織穿透性.值得注意的是，當(dāng)五價(jià)鉬（Mo5+）氧化為六價(jià)鉬（Mo6+）Mo6+，導(dǎo)致大量有毒的單線態(tài)氧（1O2）的產(chǎn)生，這可能是Russell機(jī)制的作用.此外，CDT過(guò)程通過(guò)光熱轉(zhuǎn)換加強(qiáng)，并由GSH耗竭維持.在體內(nèi)NIR-Ⅱ光聲成像的引導(dǎo)下，PTT/CDT聯(lián)合治療在腫瘤切除和預(yù)防腫瘤復(fù)發(fā)方面具有良好的療效.

圖2 POM納米粒子的制備和作用機(jī)理

基于此，CDT與PTT結(jié)合可以產(chǎn)生顯著的協(xié)同作用，這可能是由于溫度的升高提高了芬頓/類芬頓反應(yīng)的催化效率，從而提高了對(duì)惡性腫瘤的治療效果.

3.2 CDT/PDT

PDT利用光敏劑將光的能量傳遞給周圍的分子氧（O2），產(chǎn)生有毒的ROS，特別是1O2，導(dǎo)致細(xì)胞膜通透性增加，進(jìn)而干擾細(xì)胞的正常功能.但由于腫瘤組織缺氧和光穿透受限，PDT在一定程度上表現(xiàn)出治療不足.因此，將PDT與CDT結(jié)合起來(lái)是非常有必要的［16-18］.CDT可以將腫瘤內(nèi)源性H2O2轉(zhuǎn)化為毒性·OH，摧毀腫瘤細(xì)胞，從而在一定程度上彌補(bǔ)了PDT依賴O2的局限性.

LEI等［19］報(bào)告了一種結(jié)合PDT/CDT的卟啉-二茂鐵（TNCF）治療劑，如圖3所示.根據(jù)芬頓反應(yīng)，二茂鐵（FC）與H2O2反應(yīng)生成·OH，可以有效殺傷腫瘤細(xì)胞.然而，腫瘤細(xì)胞內(nèi)的GSH會(huì)消耗·OH，從而抑制CDT.此外，5-（4-氨基苯基）-10，15，20-三苯基卟啉（TPP-NH2）的PDT產(chǎn)生的1O2會(huì)降低GSH的水平，顯示出協(xié)同治療的效果.獲得的TNCF可被細(xì)胞很好地內(nèi)化，并在體內(nèi)消耗GSH，從而提高CDT的有效性.

圖3 TNCF在癌癥治療中的（A）制備和（B）作用機(jī)理圖

3.3 CDT/CT

CT是癌癥治療中最廣泛使用的方法之一［20］.然而，CT對(duì)人體的潛在毒副作用仍然不容忽視［21］.CDT與CT聯(lián)合使用具有顯著的協(xié)同作用，不僅可以減少藥物的副作用，而且可以緩解腫瘤缺氧環(huán)境，提高CDT效率［22］.GAO等［23］設(shè)計(jì)了一種鈷基金屬-有機(jī)框架（ZIF-67）內(nèi)負(fù)載阿霉素（DOX）和過(guò)氧化鈣（CaO2）的納米催化藥物（CaO2@DOX@ZIF-67），其合成過(guò)程和在腫瘤細(xì)胞中增強(qiáng)聯(lián)合CDT/CT的示意圖如圖4所示.首先用PEG-200作為溶劑和模板制備氧化鈣納米顆粒.然后通過(guò)DOX與Ca的配位作用將DOX包覆在CaO2表面形成CaO2@DOX.為了進(jìn)一步隔離和保護(hù)CaO2@DOX免受外界水的影響，最后采用原位合成方法在CaO2@DOX表面構(gòu)建了ZIF-67.這就產(chǎn)生了pH響應(yīng)納米催化藥物CaO2@DOX@ZIF-67.最外層的ZIF-67層由于其對(duì)pH的敏感性，在腫瘤的酸性環(huán)境中會(huì)被分解，導(dǎo)致Co2+和DOX的快速釋放。同時(shí)，未受保護(hù)的CaO2會(huì)與水反應(yīng)生成O2和H2O2.生成的H2O2會(huì)被Co2+離子進(jìn)一步催化，通過(guò)類芬頓反應(yīng)產(chǎn)生劇毒的·OH，而生成的O2會(huì)通過(guò)緩解腫瘤缺氧條件來(lái)提高DOX的功效.因此，該納米催化藥物為提高CT/CDT聯(lián)合治療的有效性提供了一種新的策略.

圖4 CaO2@DOX@ZIF-67合成過(guò)程和在腫瘤細(xì)胞中增強(qiáng)聯(lián)合CDT/CT的示意圖

因此，CDT與CT聯(lián)合使用具有顯著的協(xié)同作用，可實(shí)現(xiàn)滿意的治療效果，具有廣闊的應(yīng)用前景.

3.4 CDT/SDT

SDT利用超聲（US）激活聲敏劑產(chǎn)生毒性ROS［24］，作為一種無(wú)創(chuàng)治療方式，在疾病治療中顯示了巨大的潛力［25］.超聲作為一種典型的無(wú)創(chuàng)輻射源，由于其組織衰減系數(shù)低，可以穿透到身體組織的深處，能量損失不明顯［26］.更重要的是，它僅能在其焦點(diǎn)處激活聲敏劑，具有較高的空間精度，從而保證了SDT即使在治療深部組織腫瘤時(shí)的生物安全性［27］.因此，SDT與CDT聯(lián)合應(yīng)用可產(chǎn)生明顯的協(xié)同作用，提高深部腫瘤的治療效率.

LEI等［28］采用高溫方法制備了一種新型的聲敏劑——摻鐵（Fe）的二硫化釩（VS2）納米片，用于增強(qiáng)聲動(dòng)力治療癌癥，如圖5所示.經(jīng)聚乙二醇（PEG）修飾后，得到的Fe-VS2-PEG納米片（Fe-VS2-PEG NSs），其具有良好的生物相容性.由于電子-空穴再結(jié)合時(shí)間的延長(zhǎng)，F(xiàn)e-VS2-PEG NSs的聲動(dòng)力效應(yīng)大大增強(qiáng).由于Fe的摻雜，這種Fe-VS2-PEG NSs同時(shí)具有良好的芬頓效應(yīng)作用于CDT.此外，多價(jià)鐵和釩元素可以通過(guò)SDT和CDT有效地消耗GSH來(lái)擴(kuò)增ROS誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激.由于VS2具有高的近紅外吸收和Fe摻雜誘導(dǎo)的磁共振（MR）對(duì)比，因此體內(nèi)光聲（PA）/MR多模態(tài)成像可以顯示靜脈注射后Fe-VS2-PEG NSs的腫瘤聚集.Fe-VS2-PEG NSs作為一種有效的聲敏劑，具有良好的芬頓催化性能和較強(qiáng)的GSH消耗功能，可用于CDT/SDT聯(lián)合治療，在體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中均顯示出良好的療效。值得一提的是，大部分的Fe-VS2-PEG NSs可以逐漸降解并從體內(nèi)清除，在體內(nèi)沒(méi)有明顯的長(zhǎng)期毒性.

圖5 Fe-VS2-PEG NSs合成及在腫瘤聯(lián)合治療中的生物應(yīng)用示意圖

3.5 CDT/饑餓療法

腫瘤組織的過(guò)度生長(zhǎng)離不開(kāi)葡萄糖、氧氣等大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所提供的能量.因此，切斷這種連接是限制癌細(xì)胞持續(xù)增殖的有效手段，這種治療稱為細(xì)胞饑餓治療［29］.D-葡萄糖是正常細(xì)胞和癌細(xì)胞最重要的能量來(lái)源之一，Warburg效應(yīng)已經(jīng)證明腫瘤細(xì)胞對(duì)其濃度的變化更為敏感.近年來(lái)的研究表明，通過(guò)葡萄糖氧化酶（Gox）消耗或切斷D-葡萄糖的供應(yīng)是一種較為有效的細(xì)胞饑餓治療實(shí)現(xiàn)方法.Gox催化葡萄糖生成H2O2和葡萄糖酸，可用于加速芬頓反應(yīng)進(jìn)程［30］.此外，腫瘤中葡萄糖水平的升高有助于增加H2O2的選擇性生成，從而減少對(duì)正常組織的非特異性氧化損傷［31］.值得注意的是，Gox和芬頓反應(yīng)的完美結(jié)合成為一種很有前途的抗腫瘤策略，用于葡萄糖引發(fā)的饑餓治療和CDT.

WANG等［32］通過(guò)共沉淀法將Gox封裝在金屬有機(jī)骨架材料ZIF-8中，ZIF-8為配位金屬是Zn，配體是2-甲基咪唑的金屬有機(jī)骨架材料，然后在其表面裝飾二氧化錳（MnO2）納米顆粒，如圖6所示.為了進(jìn)一步增強(qiáng)材料的生物性能，選擇表面活性劑F127對(duì)材料表面進(jìn)行改性，生成F127-MnO2-ZIF-8@Gox納米復(fù)合材料.在腫瘤細(xì)胞中，MnO2納米粒子首先與過(guò)表達(dá)的GSH反應(yīng)生成二價(jià)錳離子（Mn2+），Mn2+引發(fā)類芬頓反應(yīng)，催化H2O2生成·OH.同時(shí)，Gox能降解腫瘤細(xì)胞必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)D-葡萄糖，釋放·OH的前體——H2O2和葡萄糖酸，導(dǎo)致癌細(xì)胞饑餓.體外實(shí)驗(yàn)測(cè)量進(jìn)一步證明了MnO2修飾的ZIF-8@Gox具有顯著的殺傷癌細(xì)胞的性能.將饑餓治療與CDT結(jié)合，不僅切斷了癌細(xì)胞的能量來(lái)源，而且在饑餓治療過(guò)程中降低pH值，產(chǎn)生H2O2，有利于CDT，從而產(chǎn)生顯著的協(xié)同效應(yīng).

圖6 F127-MnO2-ZIF-8@Gox納米復(fù)合材料的制備及該材料在細(xì)胞內(nèi)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)CDT和細(xì)胞饑餓治療過(guò)程的示意圖

4 結(jié)論與展望

傳統(tǒng)的癌癥治療技術(shù)（如化學(xué)治療）有很大的副作用，容易導(dǎo)致耐藥性的出現(xiàn)，使癌癥治療失敗.因此，探索和開(kāi)發(fā)更有效、更簡(jiǎn)單的癌癥治療方法具有非常重要的研究意義和臨床價(jià)值.CDT作為一種基于芬頓/類芬頓反應(yīng)的新型腫瘤特異性治療技術(shù)，具有高特異性和敏感性的臨床轉(zhuǎn)化潛力，引起了研究者們的廣泛關(guān)注.本文作者系統(tǒng)總結(jié)了CDT/PTT、CDT/PDT、CDT/CT、CDT/饑餓治療和CDT/SDT等多種抗腫瘤協(xié)同治療策略，從而減少相關(guān)副作用，顯著提高療效.CDT納米材料在不同生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究表明，這些納米材料具有廣闊的應(yīng)用前景，并能進(jìn)一步推動(dòng)基于CDT的生物醫(yī)學(xué)的臨床轉(zhuǎn)化.