納米藥物設計的主要潛在機制是增強滲透保留（the enhanced permeability and retention effect，EPR）效應，這被認為是藥物遞送領(lǐng)域的“皇家大門(mén)”。

       然而，近期的多項研究表明：由于實(shí)驗室中用于研究EPR效應的模型與人類(lèi)癌癥有很大的不同，納米藥物在臨床上幾乎不能提高療效。

       因此，研究人員努力在提高EPR效應或減輕抗EPR效應特征方面進(jìn)行了嘗試，發(fā)現調節腫瘤異常微環(huán)境和刺激響應型納米藥物等多功能納米藥物等改善遞送的策略，在增強抗癌藥物遞送系統方面顯示出了有希望的結果。

       傳統藥物遞送系統（conventional drug delivery systems，CDDSs）中藥物的非特異性分布和不可控釋放，促使了“智能型”藥物遞送系統（smart drug delivery systems，SDDSs）的應運而生。

       “智能型”藥物載體能夠提高藥物體內生物利用度、降低毒副作用，受到了廣泛關(guān)注。

       “智能型”藥物載體的設計主要圍繞著(zhù)實(shí)現2個(gè)目標：提高藥物對不同組織的靶向性，以及控制藥物的釋放曲線(xiàn)和釋放速率。

       這些“智能型”藥物載體在常規藥物載體如脂質(zhì)體、膠束、介孔二氧化硅納米粒子、樹(shù)狀大分子、金納米粒子、超順磁性氧化鐵納米粒子、碳納米管和量子點(diǎn)等基礎上，通過(guò)附加新的調釋機制，能夠表現出對外界或內部刺激信號的響應，自身結構/性能發(fā)生宏觀(guān)變化（包括物理狀態(tài)、形狀、溶解度、溶劑相互作用、親水親油平衡和導電性等方面的變化），從而以更可控的方式將有效荷載藥物釋放到特定的部位，以提高治療效率，減少不良反應，即實(shí)現被環(huán)境刺激激活，自我調節、綜合感知與監測。

       根據藥物載體響應以發(fā)揮預期效果所需的刺激類(lèi)型不同，本文綜述了“智能型”藥物載體調釋新機制的研究進(jìn)展以及在藥物靶向和緩控釋方面的應用。

       1、內源刺激響應型

       內源刺激響應型藥物載體，是指在正常組織和血液中保持載體和藥物結構穩定，減輕對正常組織的傷害，可特異性響應病理組織體溫高、pH值低、高還原電勢、酶濃度不同等生物學(xué)差異，靶向病理組織并可控釋放藥物，提高療效。

       1.1 溫度響應型

       內源性溫度響應型載體是指在生理溫度（37℃）附近保持有效載荷，在炎癥、惡性腫瘤等病理環(huán)境下，病理組織的溫度比正常組織高，溫度響應型載體能夠識別溫度的變化并被激活。

       溫度響應型藥物載體通常由熱敏聚合物（TSPs）構成，常用的TSPs有聚（N，N-二乙基丙烯酰胺）、聚N-異丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）、聚（N-乙烯基烷基酰胺）、聚（N-乙烯基己內酰胺）、普朗尼克、磷腈衍生物、多糖衍生物等。

       這類(lèi)材料，能夠在接近體溫時(shí)表現出溫度依賴(lài)性和可逆的凝膠膨脹收縮或膠束解體等結構轉變，這種轉變控制了藥物的釋放速率，同時(shí)保持了物理化學(xué)穩定性和生物活性。

       PNIPAAm大分子側鏈上同時(shí)有親水性酰胺基和疏水性的異丙基，臨界溶液溫度（LCST）較低（約為32℃），接近體溫。

       Meisam等制備了一種由有序介孔碳（CMK3）和熱敏聚合物PNIPAAm構成的溫度響應型智能藥物載體，與對照組（不含PNIPPAm）相比，隨著(zhù)溫度從4℃升高到37℃，藥物釋放速率迅速增加超過(guò)3倍。

       Kim等以脂肪組織中的人α-彈性蛋白為原料，制備了熱響應的自組裝PEG化的人α-彈性蛋白（the PEGylated human alpha-elastin nanoparticles，PhENPs）。

       PhENPs顯示出一種熱敏相變，在臨界溫度（32℃）以上迅速形成平均直徑330nm的納米粒子，利用這一特性，只需在水溶液中低溫混合，然后加熱至生理溫度，即可包埋大量的胰島素[包封率（EE）：74.9%]和牛血清白蛋白（EE：60.8%），為可注射蛋白質(zhì)遞送系統中的多種應用提供了機會(huì )。

       此外，溫度響應型藥物載體還廣泛應用于低細胞毒性抗菌材料的研究。

       1.2 pH響應型

       傳統pH響應型載體主要是基于胃（pH≈2）和腸道（pH≈7）pH的差異，目前靶向實(shí)體瘤的pH響應型藥物載體得到廣泛研究。

       由于“Warburg”效應，腫瘤組織和正常組織pH值有很大差異，腫瘤細胞胞外pH值（約為6.0）低于正常細胞胞外pH值（約為7.4），同時(shí)，腫瘤細胞內pH值略高于正常細胞，而且腫瘤細胞內各細胞器之間的pH值也有很大懸殊。

       因此，pH響應型載體被廣泛用于靶向腫瘤藥物遞送的研究。

       pH響應型聚合物常被用來(lái)制備藥物載體，大致可分為含羧酸基團、磺酸基團的陰離子聚合物和含胺基、吡啶、咪唑基團的陽(yáng)離子聚合物。

       這些pH響應聚合物可以自組裝形成各種納米結構，包括核殼膠束結構、膠束/反膠束、空心微球、囊泡等復雜結構，通過(guò)表面活性、鏈構象、溶解度和構型等結構和性質(zhì)的變化來(lái)響應pH的變化，進(jìn)而在靶部位控釋藥物。

       此外，還可以在聚合物鏈或聚合物與藥物的連接中引入腙鍵、酰胺鍵、縮醛和縮酮鍵等pH敏感鍵，通過(guò)pH響應的鍵斷裂，促使藥物釋放。

       研究已證實(shí)，pH值是一種有效的生理特性，可用于機體病理條件的智能藥物遞送。

       Wang等制備了3種不同交聯(lián)度的殼聚糖交聯(lián)聚丙烯酸pH響應水凝膠，發(fā)現交聯(lián)程度和溶液pH值決定了這些水凝膠的溶脹行為和溶脹時(shí)間的依賴(lài)性，負載水凝膠釋放阿莫西林和美洛昔康的速率隨著(zhù)pH值的增加而增加。

       此外，一些無(wú)機納米材料（鈣納米粒子、金屬氧化物、石墨烯氧化物）和pH敏感肽也被用于研發(fā)制備適宜的智能藥物載體。

       Carole等利用pH響應型單分散二氧化硅微球（mesoporous silicananoparticles，MSNs）作為藥物遞送載體，成功將抗癌免疫抑制劑R848靶向遞送到抗原提呈細胞（antigen presentation cells，APCs）中，有效激活免疫細胞。

       這種納米載體配有生物素-親和素帽，在環(huán)境pH值為5.5及以下時(shí)，能夠有效刺激釋放R848。此外，該MSNs系統能夠同時(shí)遞送模型抗原OVA和佐劑R848，進(jìn)而可以增強抗原特異性T細胞響應，是一種很有應用前景的癌癥疫苗的載體，見(jiàn)圖1。

圖1 pH響應的介孔二氧化硅納米顆粒用于遞送瑞喹莫德以增強局部免疫應答示意圖

       1.3 氧化還原響應型

       氧化還原響應型載體主要響應的是細胞內谷胱甘肽（glutathione，GSH）依賴(lài)系統。

       GSH是細胞內的主要還原物質(zhì)，據報道，GSH在細胞內環(huán)境約2~10mmol·L-1，在細胞外基質(zhì)中約為2~10μmol·L-1，細胞內外GSH濃度相差1000倍以上，這提供了一種細胞內靶向藥物遞送機制。

       此外，腫瘤組織內GSH濃度比正常組織高4倍，氧化還原電位的差異是腫瘤靶向治療的潛在靶點(diǎn)。

       基于還原響應的“智能型”藥物載體通常含有二硫鍵和二硒鍵，高濃度的GSH可以破壞二硫鍵，使藥物迅速釋放。這些二硫鍵主要用作連接劑和交聯(lián)劑，連接聚合物主鏈與藥物。

       基于氧化反應的載體機制是響應病理組織活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平，ROS（一般為H2O2和-OH自由基）的水平與腫瘤、動(dòng)脈硬化、心臟和神經(jīng)損傷及炎癥等病理狀態(tài)都有關(guān)。像腫瘤等其他病理條件，ROS水平比正常組織高出1~100倍。

       目前，已有多種材料用于研究氧化還原響應型載體。Yu等報道了對納米結構、形態(tài)和組成可調的介孔有機硅納米粒（mesoporous organosilica nanoparticles，MONs）的研究（見(jiàn)圖2）。

圖2 氧化還原響應型介孔有機硅納米顆粒（MONs）

       利用MONs中二硫鍵的引入，實(shí)現了納米粒子的氧化還原響應，制備的MONs在還原性環(huán)境（10mmol·L-1 GSH）中24h后被降解，7d后其大小被減小到5nm以促進(jìn)腎清除。

       在GSH存在下，還原性微環(huán)境觸發(fā)MONs的生物降解，誘導MONs同時(shí)釋放還原性抗癌藥物，48h內藥物釋放達到75%，實(shí)現腫瘤特異性藥物遞送。

       1.4 酶響應型酶響應型

       智能藥物載體，是一類(lèi)特殊的生物響應性智能高分子材料。酶的表達和活性的失調，是許多疾病病理學(xué)的基礎。利用這些酶在炎癥或腫瘤部位的生物催化作用，可以實(shí)現酶介導的藥物釋放。

       攜帶有效載荷的納米載體，通過(guò)包封或共價(jià)鍵，將藥物通過(guò)位點(diǎn)特異性酶解在靶位點(diǎn)釋放。

       大多數酶可在溫和的條件下（低溫、中性pH值和緩沖水溶液）催化化學(xué)反應，所以利用酶作為觸發(fā)器很有優(yōu)勢，此外，酶也可以對底物表現出特殊的選擇性，允許特定、復雜、生物誘導的化學(xué)反應。

       據報道，磷脂酶、蛋白酶、氧化還原酶、糖苷酶和脂肪酶是智能藥物載體中利用的典型酶，通過(guò)共價(jià)連接或物理封裝，包括交聯(lián)基質(zhì)、自組裝系統或籠狀多孔結構，可將藥物加載到納米材料中。

       藥物載體可以被酶激活，以暴露靶向配體，以便隨后內化到特定細胞中。此外，酶可以促進(jìn)特定產(chǎn)物的產(chǎn)生，例如酸性環(huán)境，促進(jìn)藥物從載體中釋放。

       基于葡萄糖氧化酶（glucose oxidase，GOx）催化機制的載體是一種重要的胰島素智能閉路載藥體系，能夠將葡萄糖濃度檢測與胰島素釋放有機結合在一起。

       GOx是一種葡萄糖專(zhuān)屬催化酶，它通過(guò)消耗氧氣將葡萄糖轉化為葡萄糖酸和H₂O₂，同時(shí)也使得催化區域內的pH值下降，在葡萄糖水平的診斷和給藥中有所應用。

       顧臻團隊制備了基于GOX催化機制的pH響應型、H₂O₂響應型、乏氧環(huán)境響應型胰島素載體。近期，該團隊根據GOx和辣根過(guò)氧化物酶（horseradish peroxidase，HRP）在異常高的葡萄糖水平下的級聯(lián)酶促反應引起的3，3'，5，5'-四甲基聯(lián)苯胺（TMB）的顯色，研制了一種成本低、便攜、用于檢測小鼠高血糖的經(jīng)皮比色微針貼片。

       1.5 其他內源性響應型

       除了上述類(lèi)型外，內源性刺激型藥物遞送系統還有響應疾病狀態(tài)下特定生物分子、腫瘤細胞內高ATP濃度等。

       2、外源刺激響應型

       2.1 溫度響應型

       與內源性響應型藥物載體不同，外源性溫度響應型智能藥物載體是接受外界環(huán)境的刺激觸發(fā)，它需要外部供應熱源（近紅外光、超聲、磁場(chǎng)等）來(lái)提高藥物釋放，并且對身體的生理溫度變化不敏感。

       近日，Xi等報道發(fā)現減毒沙門(mén)菌靜脈注射后，可以在各種實(shí)體瘤中增殖并引起腫瘤血栓形成，通過(guò)光聲成像觀(guān)察到6種類(lèi)型的腫瘤都會(huì )變成深色，具有強烈的近紅外吸收。

       在激光照射下，細菌感染的腫瘤可以被有效地消融。此外，這種基于細菌的光熱療法（photothermal therapy，PTT）由于具有免疫刺激功能，可以抵抗再發(fā)的腫瘤。

       該研究表明細菌本身可以作為腫瘤特異性溫度PTT試劑，使光免疫療法能夠抑制腫瘤的轉移和復發(fā)，見(jiàn)圖3。

圖3 基于細菌的光熱療法（PTT）示意圖

       2.2 光響應型

       光響應型載體具有生物相容性、可生物降解、光源清潔易獲得、遠程操作性強、響應精準迅速等優(yōu)點(diǎn)，為SDDSs的發(fā)展開(kāi)辟了一條新的途徑。

       光響應型藥物載體可通過(guò)光源刺激開(kāi)關(guān)、改變波長(cháng)、照射時(shí)間等，結構發(fā)生可逆變化，以脈沖形式釋放藥物。

       光響應型載體主要由光敏聚合物構成，通常含有偶氮苯、螺吡喃、二芳基乙烯、三苯基甲烷、疊氮萘醌、肉桂酸酯、香豆素等感光基團。主要通過(guò)3個(gè)機制實(shí)現光觸發(fā)光療法：①光誘導疏水性親水性轉變。②光裂解反應。③PTT。

       這種無(wú)創(chuàng )的藥物遞送方法響應于特定波長(cháng)的光照，依賴(lài)于一次性或可重復的開(kāi)關(guān)藥物釋放過(guò)程。

       考慮到安全性和易得性，250~380nm的紫外光和700~900nm的近紅外線(xiàn)常被用于誘導光響應。

       在光觸發(fā)疏水性親水性轉變機制中，Aibani等利用螺吡喃（閉環(huán)、無(wú)色、疏水）在紫外光照射下轉變?yōu)椴炕ㄇ啵ㄩ_(kāi)環(huán)、有色、親水）的性質(zhì)，采用簡(jiǎn)單的自組裝工藝，分別制備了基于螺吡喃的光響應中空介孔二氧化硅（HMS）納米粒子和膠束（見(jiàn)圖4），同時(shí)通過(guò)FRET機制實(shí)現了在藥物釋放方面的實(shí)時(shí)監測，光觸發(fā)釋放與熒光讀出一起實(shí)現藥物釋放過(guò)程的量化。

圖4 基于螺吡喃-部花青光致變色二聯(lián)體的物理化學(xué)變化來(lái)調控藥物釋放示意圖

       2.3 超聲響應型

       超聲響應型藥物載體應用于腫瘤診療，主要是基于超聲的熱效應和聲空化效應，其中作為智能藥物載體主要是基于超聲的聲空化效應。

       超聲響應型智能藥物遞送系統對來(lái)自外部超聲波設備的微小振動(dòng)進(jìn)行響應，從而讓藥物釋放，是一種廣泛適用、無(wú)創(chuàng )、經(jīng)濟有效的給藥方式。

       超聲空化效應觸發(fā)藥物釋放是由聲場(chǎng)中的氣泡震蕩和氣泡塌陷實(shí)現的，通過(guò)這些微泡的內爆釋放藥物，同時(shí)促使腫瘤組織的脈管系統內皮細胞壁間隙擴大，對腫瘤致密的組織結構產(chǎn)生一定的影響，通過(guò)調諧頻率、無(wú)電離輻射和暴露時(shí)間來(lái)調節組織穿透深度，從而協(xié)助藥物載體在腫瘤實(shí)質(zhì)組織的滲透和滯留。

       超聲波輔助處理的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，是增強了不可降解聚合物的滲透，加速了可降解聚合物的降解。

       超聲響應藥物載體在腫瘤化療領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)行了非常廣泛的研究。Wei等設計了一種基于聚環(huán)氧乙烷-聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯-聚甲基丙烯酸甲氧基乙酯嵌段共聚物（PEO-b-P（DEA-stat-MEMA））的超聲和pH響應性高分子材料（見(jiàn)圖5）。

圖5 可有效進(jìn)行腫瘤治療的新型超聲響應性多聚體囊泡示意圖

       體外實(shí)驗證實(shí)了多聚體具有良好的內含體逃逸能力、按需釋藥行為、低細胞毒性和較高的細胞內釋放效率。體內抗腫瘤試驗表明，在超聲作用下，這些超聲響應的多聚體可加速釋放抗癌藥物。

       Baghbani等開(kāi)發(fā)了多功能智能姜黃素載殼聚糖/全氟己烷納米液滴，用于超聲造影成像和按需給藥。頻率為1MHz、2W·cm-2的超聲波作用4min，可使姜黃素從最佳處方（Cur-NDs-2）中釋放63.5%，在影像引導腫瘤治療中具有巨大的應用潛力。

       2.4 磁響應型

       磁響應智能藥物遞送，是對靶點(diǎn)的時(shí)間和空間控制上的又一個(gè)無(wú)創(chuàng )途徑。磁響應載體是將磁性納米顆粒經(jīng)過(guò)表面修飾后再與藥物結合形成的穩定的藥物載體系統。

       通常在外部施加的磁電流下，部分具有金屬物質(zhì)的相關(guān)磁響應載體會(huì )發(fā)生靶向、產(chǎn)熱和形狀改變。與其他刺激響應系統相比，響應時(shí)間快是它的突出優(yōu)勢。

       磁響應型納米藥物載體的核心是磁性納米粒子，相比于其他磁性納米粒子，Fe₃O₄納米粒子易形成超順磁性。

       由于制作簡(jiǎn)單，對正常組織和細胞毒副作用小，且能被靶向性配體分子、聚合物分子、脂質(zhì)體等修飾，基于超順磁Fe₃O₄的磁響應型納米藥物載體已經(jīng)發(fā)展為藥物遞送系統中的一個(gè)重要成員。

       Jiang等制備了負載氧化鐵納米顆粒的牛血清白蛋白（Fe₃O₄/BSA），磁性可調。顆?？蓛然癁楣撬栝g充質(zhì)干細胞（mesenchymal stem cells，MSCs），在外加磁場(chǎng)作用下，顆粒的釋放明顯減慢，在恒定靜磁場(chǎng)條件下，Fe3O4/BSA顆粒的攝取顯著(zhù)增強了靜磁場(chǎng)下MSCs的成骨分化，此結果表明了磁操控干細胞分化的潛在方法。

       3 多重刺激響應型

       盡管上述單一刺激響應型可作為獨立的控制藥物釋放的載體，但為了獲得更好的特異性和靈活性以適應機體中眾多影響因素，多重刺激響應型藥物載體逐漸成為目前醫藥領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其中pH/溫度、pH/氧化、溫度/還原刺激組合的智能載體受到了廣泛關(guān)注。

       Oroojalian等合成了熱響應性聚（N-異丙基丙烯酰胺）阿霉素（PNIPAM-DOX）水凝膠，并將其負載到pH響應性聚乙二醇-2，4，6-三甲氧基亞芐基季戊 四醇碳酸酯（PEG-PTMBPEC）聚合物中，以制備一種智能的熱/pH響應性藥物傳遞系統（見(jiàn)圖6）。

圖6 由PNIPAM-DOX負載的熱/pH反應性聚合體控制DOX釋放示意圖

       體內釋放評價(jià)表明，多聚體制劑的DOX釋放具有pH依賴(lài)性，在37℃時(shí)，由于PNIPAM-DOX偶聯(lián)物在pH響應性聚合體內部的凝膠化，藥物釋放速率顯著(zhù)降低。

       與自由DOX治療組相比，經(jīng)靜脈或瘤內注射的單次給藥系統對小鼠腫瘤生長(cháng)有明顯抑制作用。

       此外，用多聚體制劑治療，在重要器官的病理改變、存活率和體重減輕方面沒(méi)有引起任何系統性毒性。

       晚期腫瘤相關(guān)抗原（tumor-associated antigen，TAA）表達較低的黑色素瘤患者對PD-1/PD-L1阻斷治療的響應較差。表觀(guān)遺傳調節劑如低甲基化的藥物（hypomethylation agents，HMAs）可通過(guò)誘導TAA表達來(lái)增強抗腫瘤的免疫反應。

       Ruan等將抗PD1抗體（aPD1）裝入pH敏感的碳酸鈣納米顆粒（CaCO₃，NPs）中，再與Zebularin（Zeb，一種HMAs）一起封裝在對ROS敏感的水凝膠中，構建了一個(gè)雙生物響應性水凝膠（Zeb-aPD1-NPs-gel），它可以對腫瘤微環(huán)境（the tumor microenvironment，TME）中的酸性pH和ROS做出響應。

       結果表明，該聯(lián)合治療材料可以提高腫瘤細胞的免疫原性，并具有逆轉免疫抑制性TME的作用，進(jìn)而有效抑制B16F10-黑素瘤小鼠的腫瘤生長(cháng)，延長(cháng)其生存的時(shí)間。

       4 結語(yǔ)與展望

       隨著(zhù)藥劑學(xué)、材料學(xué)和生物醫學(xué)的飛速發(fā)展，各種“智能型”藥物載體得到了廣泛研究，“智能型”藥物載體將在未來(lái)的診療中發(fā)揮巨大潛能。

       然而，這些納米載體缺乏標準化的制造方法、毒性評估經(jīng)驗以及臨床前和臨床研究的明確相關(guān)性。

       因此，智能藥物載體應在未來(lái)的研究中，應重視設計優(yōu)化或尋找更小毒性、更具生物相容性的多重響應型智能載體，在動(dòng)物模型和患者體內進(jìn)行廣泛的毒理學(xué)研究，以病理部位為靶點(diǎn)，嘗試提出簡(jiǎn)單和直接的劑型配方，以及合理、易于轉化入臨床和廣泛適用的策略，使藥物載體真正成為臨床現實(shí)的“智能”部分。

       來(lái)源：《中國新藥雜志》2021年第30卷第21期、銘研醫藥

       原標題：《“智能型”藥物載體調釋新機制研究進(jìn)展》

       作者：范月月，郝文艷，張沙莎，楊陽(yáng)，高春生（河南大學(xué)藥學(xué)院，軍事醫學(xué)研究院毒物藥物研究所，佳木斯大學(xué)附屬第一醫院）