摘 要：腫瘤微環(huán)境在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移過程中起著至關(guān)重要的作用，因此靶向調(diào)控微環(huán)境為發(fā)展腫瘤精準(zhǔn)治療的新策略提供了機(jī)遇。納米技術(shù)的快速發(fā)展為傳統(tǒng)藥物的增效減毒提供了契機(jī)，已有一系列納米藥物用于腫瘤臨床治療。近年來，分子自組裝領(lǐng)域的快速發(fā)展為智能納米藥物的研發(fā)提供了新機(jī)遇。多肽作為生物相容性高、序列可設(shè)計(jì)、易修飾、功能多樣化的生物分子，可組裝構(gòu)建結(jié)構(gòu)多樣和功能集成的納米藥物系統(tǒng)。本文綜述了利用多肽自組裝超分子體系實(shí)現(xiàn)藥物對腫瘤微環(huán)境的響應(yīng)釋放和高效遞送，并對其通過調(diào)控微環(huán)境中的血管、成纖維細(xì)胞和胞外基質(zhì)等組分，改變腫瘤賴以生存的“土壤”，并與抗腫瘤細(xì)胞治療有機(jī)結(jié)合的最新進(jìn)展進(jìn)行了介紹。針對腫瘤異質(zhì)性和復(fù)雜性的難題，構(gòu)建表/界面性質(zhì)可控的納米藥物系統(tǒng)，發(fā)展基于腫瘤微環(huán)境調(diào)控與聯(lián)合治療的腫瘤綜合治療方案，將是未來重要的發(fā)展方向之一。
惡性腫瘤的發(fā)病率和死亡率高、診療難度大、易復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移[1]，現(xiàn)有的放化療、靶向治療、免疫治療及納米藥物均無法有效降低惡性腫瘤的死亡率，研發(fā)新型治療藥物迫在眉睫。腫瘤組織包括腫瘤細(xì)胞及其周圍的間質(zhì)細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)，共同構(gòu)成了腫瘤微環(huán)境[2]。腫瘤細(xì)胞與微環(huán)境的關(guān)系猶如“種子”和“土壤”，被腫瘤細(xì)胞馴化的間質(zhì)細(xì)胞協(xié)同細(xì)胞外基質(zhì)為腫瘤細(xì)胞提供適宜生存、轉(zhuǎn)移和耐藥的微環(huán)境，不僅加速了腫瘤的惡性進(jìn)展，還構(gòu)成阻礙藥物輸運(yùn)的重要屏障，嚴(yán)重影響抗腫瘤藥物的療效[3, 4]。與腫瘤細(xì)胞相比，腫瘤組織的間質(zhì)細(xì)胞與基質(zhì)所占比例高、遺傳背景相對穩(wěn)定、與藥物接觸機(jī)率高[5]，因此，靶向腫瘤微環(huán)境的治療成為遏制腫瘤的新策略。
納米技術(shù)的發(fā)展為傳統(tǒng)藥物的增效減毒提供了契機(jī)，一系列納米藥物已用于腫瘤臨床治療[6]�；谛滦洼d體的抗腫瘤藥物研發(fā)是目前的熱點(diǎn)之一[7]。近年來，分子自組裝領(lǐng)域的快速發(fā)展為智能納米藥物研發(fā)提供了新的機(jī)遇，該技術(shù)將不同功能的分子以非共價(jià)鍵組裝成高度有序的納米體系，是構(gòu)建結(jié)構(gòu)多樣、功能集成的納米藥物的有效策略[8]。生物分子多肽序列中氨基酸殘基具有不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)，其可以利用肽鏈間氫鍵作用以及氨基酸殘基之間的各種非共價(jià)鍵的作用有效實(shí)現(xiàn)分子自組裝[9]。基于多肽及其衍生物在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上精確可控的特性，可將具有不同生物功能的多肽分子通過可控組裝進(jìn)行模塊化功能集成，構(gòu)建多肽納米藥物[10]�；诙嚯淖越M裝構(gòu)建的抗腫瘤納米藥物包含兩個(gè)層次的內(nèi)容：一是以多肽自組裝體作為載體輸運(yùn)和遞送藥物分子；二是以抗腫瘤活性短肽為組裝基元構(gòu)建多肽藥物的納米劑型[5, 11-13]。
1 靶向調(diào)控腫瘤血管系統(tǒng)相關(guān)成分
為了運(yùn)輸營養(yǎng)和排出代謝廢物，腫瘤微環(huán)境中含有大量血管。腫瘤血管主要由內(nèi)皮細(xì)胞及附近的周細(xì)胞和基底膜構(gòu)成[15]。內(nèi)皮細(xì)胞為血管管腔的主體；周細(xì)胞包裹在血管外，為內(nèi)皮細(xì)胞提供結(jié)構(gòu)支持和促進(jìn)血管成熟[16]。腫瘤血管新生是指腫瘤組織為了在快速增殖過程中獲得足夠的氧氣供給和營養(yǎng)物質(zhì)，腫瘤細(xì)胞通過釋放多種促血管生長因子，進(jìn)而過表達(dá)相應(yīng)受體的內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生增殖和遷移，在已有血管的基礎(chǔ)上新生出更多的毛細(xì)血管，從而滿足能量需求[17]。和正常組織血管不同的是腫瘤血管生長迅速，導(dǎo)致其具有形態(tài)學(xué)上的不規(guī)則性[15]；同時(shí)由于內(nèi)皮細(xì)胞和周細(xì)胞的連接不緊密，增加了血管滲透性—即實(shí)體瘤的高滲透長滯留效應(yīng)（EPR效應(yīng)）[18]，但這也在一定程度上為腫瘤轉(zhuǎn)移創(chuàng)造了條件[19]。
化療是抗腫瘤治療的主要手段之一，然而化療藥物觸發(fā)的血管重建與破裂是導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵原因[33]。大量研究表明，3種細(xì)胞（包括腫瘤細(xì)胞、血管周圍的巨噬細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞）的密度和乳腺癌轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)掛鉤�；熕幬锩黠@影響了腫瘤組織中血管周圍的巨噬細(xì)胞密度，在新增的巨噬細(xì)胞中，受體酪氨酸激酶Tie2相關(guān)巨噬細(xì)胞（Tie2 associated macrophages, TAMs）的比例尤其多。敲除巨噬細(xì)胞上Tie2受體后血管重建和腫瘤復(fù)發(fā)的概率大幅度減少[34]。因此，抑制Tie2的功能是減少腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)的重要策略。在眾多具有Tie2抑制功能的小分子抑制劑中，短肽NLLMAAS具有強(qiáng)大的抗腫瘤活性。然而，短肽NLLMAAS是疏水性多肽，生物利用度差；此多肽序列對抗腫瘤活性有著高度保守性，改變其氨基酸順序和對其側(cè)鏈和兩端進(jìn)行任何修飾都將使其失去抗腫瘤活性[35]。以上特性都嚴(yán)重增加了對其改造并提高成藥性的難度，因此我們考慮基于自組裝技術(shù)構(gòu)建多肽納米藥物，提高其未來臨床應(yīng)用的可能性。
我們將抗腫瘤活性疏水肽NLLMAAS改造成兩親性分子[36]，自組裝構(gòu)建具有腫瘤微酸性環(huán)境和酶雙重響應(yīng)的多肽納米藥物。兩親性組裝基元為PEG1000-K（DEAP）-AAN-NLLMAAS，其親水部分為PEG1000，用于增加納米體系的體內(nèi)半衰期。疏水部分包括3個(gè)功能模塊：（1）腫瘤微環(huán)境特異性高表達(dá)的豆莢蛋白酶（legumain）的特異性底物片段AAN-X作為酶響應(yīng)模塊；（2）功能分子DEAP在生理環(huán)境中呈現(xiàn)疏水性，在pH約6.8的微酸性環(huán)境中質(zhì)子化帶正電荷，作為腫瘤微酸性pH響應(yīng)模塊；（3）疏水性抗腫瘤活性肽NLLMAAS作為效應(yīng)模塊。此多肽納米藥物一方面可提高疏水性抗腫瘤活性肽在血液循環(huán)中的穩(wěn)定性和生物利用度；另一方面，將NLLMAAS序列隱藏在其疏水核區(qū)域，從而避免暴露在納米結(jié)構(gòu)表面以減少機(jī)體血管功能異常的副作用；通過對腫瘤微酸性環(huán)境和酶的雙重響應(yīng)性，產(chǎn)生特異性解聚變構(gòu)釋放抗腫瘤活性肽NLLMAAS，且不改變氨基酸序列，以確保其抗腫瘤活性。在乳腺癌腫瘤模型中，我們發(fā)現(xiàn)此多肽納米藥物通過腫瘤原位抑制Tie2功能，減少了化療后血管重建和破裂等異�，F(xiàn)象，與對照組相比，降低約97%的化療后肺部轉(zhuǎn)移，并減小副作用，最終有效控制腫瘤的惡性發(fā)展，實(shí)現(xiàn)更加高效、長效、安全的腫瘤治療。
此外，腫瘤相關(guān)血小板已經(jīng)被證實(shí)在腫瘤轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，它們可以刺激腫瘤細(xì)胞獲得侵襲特性，釋放轉(zhuǎn)化生長因子（TGF-β）[46]，在轉(zhuǎn)移至遠(yuǎn)處病灶過程中結(jié)合至循環(huán)腫瘤細(xì)胞表位，避免被免疫系統(tǒng)中的自然殺傷細(xì)胞（NK細(xì)胞）清除[47]，或?qū)⒅饕M織相容性復(fù)合體（MHC）Ⅰ類蛋白轉(zhuǎn)移至腫瘤細(xì)胞表面。與腫瘤細(xì)胞的異質(zhì)性不同，血小板性質(zhì)相對穩(wěn)定，因此展示出作為診療靶點(diǎn)的優(yōu)良特性。Zhang等[48]利用多肽序列CREKA（Cys-Arg-Glu-Lys-Ala）能夠特異性與腫瘤血管壁上的纖維蛋白-纖連蛋白復(fù)合物（微血栓）結(jié)合的特點(diǎn)，通過薄膜法制備表面修飾CREKA的卵磷脂/DSPE雜合脂質(zhì)體包載替卡格雷，競爭性抑制腫瘤相關(guān)血小板上P2Y12受體[49]，并抑制TGF-β釋放。與生理鹽水組相比，實(shí)現(xiàn)了75%的肺部轉(zhuǎn)移抑制率。
2 靶向調(diào)控免疫細(xì)胞
腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞是腫瘤微環(huán)境中免疫細(xì)胞的主要和主導(dǎo)性成分[50, 51]。微環(huán)境中的巨噬細(xì)胞會(huì)根據(jù)環(huán)境刺激選擇性分化為M1型或者M(jìn)2型巨噬細(xì)胞，這兩種表型的生物標(biāo)記分子不盡相同[52]。M1型細(xì)胞為免疫激活型細(xì)胞，通過釋放γ-干擾素（IFN-γ）和Notch信號(hào)通路介導(dǎo)抗腫瘤免疫活性[53]。在缺氧的腫瘤微環(huán)境中，巨噬細(xì)胞會(huì)傾向于分化為M2型，其高表達(dá)抗炎性細(xì)胞因子如TGF-β和IL-10，M2型巨噬細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞間的相互作用還會(huì)激活STAT3信號(hào)通路，促進(jìn)形成免疫抑制性腫瘤微環(huán)境，使腫瘤細(xì)胞逃脫免疫系統(tǒng)的監(jiān)視和清除[54]。在大多數(shù)癌癥中，較低的M1與M2型巨噬細(xì)胞比例與預(yù)后呈負(fù)相關(guān)[55]。此外，還有報(bào)道表明TAM是化療和放療過程中產(chǎn)生耐受性的關(guān)鍵因素[56]。針對腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的治療策略以抑制巨噬細(xì)胞募集，降低TAM存活率，增強(qiáng)TAM向M1型細(xì)胞分化，或者抑制M2型細(xì)胞的促腫瘤活性為主[57]。Conde等[58]設(shè)計(jì)了以金納米粒為核體，表面修飾小干擾RNA（siRNA）和多肽的雜合納米體系，利用M2pep（YEQDPWGVKWW）特異性靶向至肺癌相關(guān)巨噬細(xì)胞，同時(shí)結(jié)合小干擾RNA降低M2 TAM中VEGF的表達(dá)，抑制腫瘤血管新生和侵襲。在作者構(gòu)建的小鼠肺癌原位模型中，長期給以低劑量制劑顯著降低TAM在肺部腫瘤組織的募集，腫瘤抑制率約為95%，生存期延長約75%，展示出良好的治療效果。
在腫瘤微環(huán)境中存在多種T細(xì)胞亞群，它們分別具有抑制和促進(jìn)腫瘤生長的作用[3]。CD8+ T細(xì)胞（CTL）通過促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡具有強(qiáng)大的腫瘤殺傷能力，因此腫瘤組織的CTL細(xì)胞比例和預(yù)后呈正相關(guān)[54]；CD4+ T細(xì)胞（Th）通過釋放促炎細(xì)胞因子如白細(xì)胞介素-2和IFN-γ增強(qiáng)其他細(xì)胞的免疫活性[65]；腫瘤微環(huán)境中CD4+CD25+FOXP3+ T細(xì)胞（Treg）種群比例的增加表明腫瘤免疫抑制微環(huán)境的產(chǎn)生，同時(shí)Treg能夠誘導(dǎo)單核粒細(xì)胞向M2型分化[66]。然而，腫瘤在惡性增生過程中進(jìn)化出多種機(jī)制逃脫機(jī)體的免疫反應(yīng)，細(xì)胞程序性死亡受體-1（PD-1）是在T細(xì)胞表面表達(dá)的免疫檢查點(diǎn)受體，許多實(shí)體瘤通過過表達(dá)細(xì)胞程序性死亡受體-1的配體（PD-L1），抑制激酶信號(hào)通路，從而降低T細(xì)胞的增殖與活力，逃脫免疫系統(tǒng)的攻擊[67]。
阻斷免疫檢查點(diǎn)的免疫療法為治愈腫瘤患者提供了希望，PD-L1和吲哚胺-（2, 3）-雙加氧酶（IDO）是腫瘤免疫治療的重要靶點(diǎn)[68, 69]。免疫檢查點(diǎn)抗體藥物療效顯著，但它們同時(shí)給患者帶來了嚴(yán)重甚至持續(xù)性的不良反應(yīng)，尤其是多藥聯(lián)合應(yīng)用導(dǎo)致的不良反應(yīng)率更高。其中一個(gè)重要原因是抗體類藥物的免疫原性很高，同時(shí)抗體藥物還存在研發(fā)周期長、制備成本高和組織滲透率低等問題[70]。與抗體藥物相比，多肽藥物的組織滲透率高、免疫原性低、受體結(jié)合率高，但體內(nèi)半衰期很短，嚴(yán)重制約了其臨床應(yīng)用。
3 靶向調(diào)控腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞（CAFs）
4 靶向調(diào)控細(xì)胞外基質(zhì)的納米藥物系統(tǒng)
細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）是一種包含膠原、彈性蛋白、纖連蛋白、透明質(zhì)酸、糖蛋白以及蛋白聚糖的三維結(jié)構(gòu)[86]，用以支撐細(xì)胞和維護(hù)體系水分及pH的動(dòng)態(tài)平衡[87]。由于腫瘤細(xì)胞的異質(zhì)性、組織乏氧以及炎性反應(yīng)，導(dǎo)致了以膠原交聯(lián)沉積為代表的細(xì)胞外基質(zhì)重構(gòu)現(xiàn)象，表現(xiàn)為基質(zhì)的密度和剛性增加[88]。重構(gòu)的細(xì)胞外基質(zhì)一方面促進(jìn)血管新生、腫瘤增殖和遷移，另一方面致密的細(xì)胞外基質(zhì)和腫瘤細(xì)胞的堆疊增大了組織間質(zhì)壓，極大限制了藥物滲透進(jìn)入深層組織和穿透血管的能力，增加了腫瘤組織的耐藥性[89]。CAFs在腫瘤微環(huán)境中合成并分泌大量細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分，因此主導(dǎo)塑造高度纖維化的致密生物屏障，在基質(zhì)豐富的實(shí)體瘤中嚴(yán)重限制著納米藥物的瘤內(nèi)遞送。
Ⅳ型膠原（Collagen IV）在血管基底膜成分中占50%左右[93]。Langer等[94]通過噬菌體篩選技術(shù)設(shè)計(jì)出多肽序列（HWGSLRA），體外實(shí)驗(yàn)展示出對Collagen IV的特殊親和力，并構(gòu)建了基于FDA批準(zhǔn)的生物安全性材料的膠束型紫杉醇藥物遞送系統(tǒng)，表面修飾多肽特異性結(jié)合組織中Ⅳ型膠原。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明，該載藥系統(tǒng)對于創(chuàng)傷后血管具有良好的靶向性并可實(shí)現(xiàn)長達(dá)12 d的緩控釋效果。Langer等表示該體系日后可以應(yīng)用于包括心腦血管疾病和癌癥在內(nèi)的一系列血管類疾病進(jìn)行藥物遞送和治療。
5 總結(jié)與展望
針對惡性腫瘤治療難度大、易復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移等臨床挑戰(zhàn)，發(fā)展基于自組裝生物納米材料靶向調(diào)控腫瘤微環(huán)境的創(chuàng)新策略，為實(shí)現(xiàn)腫瘤的綜合性精準(zhǔn)治療提供了科學(xué)依據(jù)，將是未來重要的發(fā)展方向之一。通過納米技術(shù)改善和重塑腫瘤微環(huán)境，可實(shí)現(xiàn)抑制腫瘤惡性表型，提高腫瘤治療效果�；诙嚯暮透呱锵嗳菪苑肿泳珳�(zhǔn)自組裝技術(shù)，構(gòu)建表/界面性質(zhì)可控的納米藥物系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)藥物在體內(nèi)多靶點(diǎn)、多層次、多模式的腫瘤靶向遞送和可控響應(yīng)釋放；揭示生物納米材料組裝調(diào)控規(guī)律，及其影響腫瘤微環(huán)境病理效應(yīng)的關(guān)鍵納米參數(shù)；發(fā)展基于腫瘤微環(huán)境調(diào)控的納米抗腫瘤綜合治療策略。
聚焦人類健康與疾病，智能診療技術(shù)已逐漸成為快速捕獲各類疾病的分子表型，認(rèn)識(shí)其在疾病發(fā)生、發(fā)展過程中的動(dòng)態(tài)演化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對疾病的早期預(yù)防、診斷和治療的關(guān)鍵技術(shù)。充分利用多肽分子的結(jié)構(gòu)特性和生物功能特性等優(yōu)勢，基于模塊化設(shè)計(jì)的概念，可以通過對多肽單體的設(shè)計(jì)、修飾和組裝實(shí)現(xiàn)不同功能多肽分子的模塊化生物功能性集成，構(gòu)筑具有系列生物功能的多肽納米藥物系統(tǒng)。它一方面可以兼顧多肽的生物相容、生物可降解等特性；另一方面，多肽超分子組裝體能夠在不同的生物環(huán)境中進(jìn)行可控組裝和解聚的變構(gòu)過程，因此，多肽納米藥物系統(tǒng)具有生物功能多樣化和利于變構(gòu)的明顯優(yōu)勢。綜合利用疾病微環(huán)境的病理、生理特點(diǎn)，精準(zhǔn)構(gòu)筑多肽納米藥物系統(tǒng)，使其在腫瘤微環(huán)境中實(shí)現(xiàn)可控變構(gòu)和功能性，將有助于我們更好地認(rèn)識(shí)生命體的生理與病理過程等，研究諸多與人類健康和疾病相關(guān)的科學(xué)問題，有望成為實(shí)現(xiàn)對疾病精準(zhǔn)診斷和治療的一個(gè)重要突破口。
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