纳米粒子巧伪装，直击顽疾三阴乳腺癌

诸平

“生物探索”曾经发表过本人的“siRNA联合纳米技术为难治型乳腺癌重拳出击”的报道，前几天在本人的博客上也转过，但是有些地方使人感到存在美中不足，过于科普而使研究的新进展显现欠缺，故重新进行修改，再次在自己的博客进行公开，供大家进行参考与交流。

1 乳腺癌与三阴乳腺癌的研究背景

乳腺癌已居我国女性恶性肿瘤之首，且近年发病呈年轻化，发病率每年递增约3％。在全部患者中，约有70％为雌激素受体(ER)、或／和孕激素受体(PR)阳性，20％~30％为人类表皮生长因子受体-2（Her-2）阳性。ER、PR和Her-2均为阴性表达的乳腺癌为“三阴”乳腺癌(TNBC)。2008年全球乳腺癌患者已达100万人，其中“三阴”乳腺癌患者占18%；2011年估计美国新增浸润性乳腺癌患者约23.05万，另外原位乳腺癌新增病例估计超过5.76万人；2011年估计美国有近4万人死于乳腺癌。使人感到意外的是在2011年,还有2000余例男性患乳腺癌，大约占美国乳腺癌患者总数的1%，此外,大约有450名男性死于乳腺癌。在美国每半小时就有一名女性被诊断为“三阴”乳腺癌（关于美国乳腺癌的发展趋势可以参见相关文献报道），所以对于乳腺癌已成为社会关注的焦点问题之一。“三阴”乳腺癌占全部乳腺癌患者总数的10%~20％，即大约在10名乳腺癌患者中就有一个是“三阴”乳腺癌，它具有发病年龄较早、高侵袭性、预后差、早期发生局部复发和远处转移等特点。其中内脏转移的几率高于骨转移，易发生脊髓、脑膜、脑、肝和肺转移。2001年美国斯坦福大学的研究人员Sorlie等通过基因研究，将乳腺癌分为5个亚型，每个亚型有各自ER、PR和Her-2的表达特征，预后各不相同。在临床上常抽取患者外周血，采用免疫组织化学方法检测以上3个指标，均为阴性者称为“三阴”乳腺癌，不是都阴性的称为“非三阴”乳腺癌。Basal-1ike型分子表达为ER-／PR-／HER-2(-)，相当于三阴乳腺癌。“三阴”乳腺癌属于乳腺癌的特殊亚型，由于其不表达激素受体和Her-2，不能从内分泌治疗和抗Her-2的靶向治疗中受益，内分泌 (如三苯氧胺或芳香化酶抑制剂) 治疗和曲妥珠单抗（trastuzumab)治疗无效。安徽医科大学第一附属医院乳腺外科裴静对于三阴乳腺癌治疗的动态研究进展已经有专门综述,详见“三阴乳腺癌”。

2 siRNA递送与“三阴”乳腺癌治疗研究

“三阴”乳腺癌的预后与肿瘤大小和淋巴结状况关系不大，复发迅速，1~3年是复发高峰，5年内是死亡高峰，脑转移发生率高，迅速出现远处转移而导致死亡。由于“三阴”乳腺癌内分泌治疗和曲妥珠单抗靶向治疗无效，治疗上依靠化疗为主。与其他类型乳腺癌相比，三阴性乳腺癌对化疗、放疗敏感性较高，但如果只是常规的标准治疗，其预后依然很差，无复发生存和总生存均较低。目前还没有针对“三阴”性乳腺癌标准的治疗指南，其治疗一般按预后差乳腺癌治疗常规进行，术后辅助化疗选择含蒽环类紫杉类方案。新辅助化疗中在接受含紫杉类和蒽环类的新辅助化疗后，可获得较高的病理完全缓解率，但是对于存活率几乎没有什么改善，反而变得更糟糕，主要原因是由于化疗对于高侵袭性的“三阴”乳腺癌的周期性复发是无效的。在“三阴”乳腺癌中肿瘤细胞具有很高的遗传多样性，它们有能力通过某些基因的过表达或者药物脱敏途径来回避治疗。siRNA作为一种新类型的靶向治疗药物，对付迄今为止抵抗治疗的特种癌症具有潜在价值。

但是，siRNA递送面临的主要困难具体表现为：其一是siRNA极不稳定。在血浆中，由于核酸酶的存在，siRNA的半衰期很短（t_1/2<15min）。其二是siRNA进入作用靶位要经受重重挑战。由于siRNA的极性，它很难穿过脂质双分子层构成的细胞膜，siRNA在体内面临着不能迅速穿过血管内皮，滞留于肝脾等储血器官，被肾脏排泄，在胞内不能被释放，以及被胞内核酸酶降解等不利因素影响。第三是全身性给药要求siRNA必须具有靶向性。过去的实验研究证明，体细胞对siRNA会产生强烈的炎症反应，非靶向的细胞会摄取大量siRNA，在大量消耗siRNA的同时，还增强了炎症反应的程度。针对这些困难，人们探索、改进了多种不同的siRNA递送手段。更多信息可以参考军事医学科学院生物工程研究所赵志虎等人撰写的“siRNA的体内递送”以及韩国高丽大学（Korea University）Yu-Kyoung Oh和韩国科学技术高级研究院（Korea Advanced Institute of Science and Technology）Tae Gwan Park合作撰写的“癌症治疗的siRNA递送体系（siRNA delivery systems for cancer treatment）”。韩国天主教大学医学院（The Catholic University of Korea College of Medicine）和韩国CHA大学（CHA University）的研究人员2013年5月底，在《国际生物医学研究》（BioMed Research International, Volume 2013, Article ID782041, 10 pages）发表论文，专门就基于纳米粒子的siRNA递送用于癌症治疗的研究进展进行了综述（Recent Developments in Nanoparticle-Based siRNA Deliveryfor Cancer Therapy），主要是对2000年以来的近100篇文献进行了概述分析。

3 MIT纳米药物研究新进展

据美国化学会《化学与工程新闻》（C&EN）周刊网站2013年10月22日报道，美国麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，简称MIT）科克综合癌症研究所（Koch Institute for Integrative Cancer Research）和化学工程系的研究人员合作,利用纳米技术为难治性乳腺癌重拳出击，使药物递送采用纳米粒子来提供一种基因沉默剂和一种使肿瘤萎缩的药物。图1就是一种具有双重作用的纳米粒子制作过程示意图。为了对“三阴”乳腺癌肿瘤（triple-negative breast cancer tumors）提供一种有效的治疗途径，研究人员利用纳米技术研制出一种可以伪装的纳米打孔器（nanopunch）,在化疗药物阿霉素(doxorubicin)的外面，用从一种带有负电荷的磷脂质（phospholipids）进行涂饰，图示见图1中的左侧小球体。然后，在其外面再交替添加聚精氨酸（poly-L-arginine简称PLA）和siRNA序列涂层，形成了图中的中间小球体；再在其外面覆盖一层透明质酸(hyaluronic acid),便形成了图1中右侧的绿色小球体，经过层层包裹的绿色小球其内部结构剖面图见图2中的放大示意图，这种小球体可以伪装成来自身体免疫系统的离子，以便蒙混过关。

“三阴”乳腺癌是乳腺癌中一种罕见的亚型，其高侵袭性、预后差、早期发生局部复发和远处转移、发病早等特点导致治疗难，但早期诊断治疗提供了更多的治疗选择。患有这种类型癌症的女性，与其他类型的乳腺癌相比较，通常存活率更低。为了应对这种疾病,MIT的研究人员已经开发了一种纳米药物，可以回避或者弱化肿瘤的防御，达到彻底摧毁之目的，他们的研究成果2013年10月21日已经在《美国化学会纳米》(ACS Nano)杂志网站(ACS Nano, DOI: 201310.1021 / nn4047925)发表——Zhou J. Deng, Stephen W. Morton, Elana Ben-Akiva, Erik C. Dreaden, Kevin E. Shopsowitz, and Paula T. Hammond. Layer-by-Layer Nanoparticles for Systemic Codelivery of an Anticancer Drug and siRNA for Potential Triple-Negative Breast Cancer Treatment. ACS Nano, DOI: 2013 10.1021 / nn4047925，Publication Date (Web): October 21,2013.

大多数乳腺癌患者三种常见的受体蛋白质（ER、PR、Her-2）中至少有一种会出现过度生产。阻止肿瘤生长最成功的化疗药物,则是以这三种受体蛋白质中的一种作为靶标。但乳腺癌患者中大约有10%~20%的是“三阴”乳腺癌,这意味着他们的肿瘤未出现这三种受体中的任何一种，因此使癌症变得更难对付。

科学家认为削弱肿瘤细胞的防御，可以使化疗药物更有效地发挥作用。例如,一个小干扰RNA（siRNA）可以用来关闭肿瘤细胞中导致化疗耐药的一个基因。siRNA是一个长20到25个核苷酸的双股RNA，其两股分别在RNA的两端超出另一端2个核苷酸。siRNA在生物学上有许多不同的用途。目前已知siRNA主要参与RNA干扰（RNAi）现象，以带有专一性的方式调节基因的表达，可以使细胞中的某些基因保持沉默。此外，也参与一些与RNAi相关的反应途径，例如抗病毒机制或是染色质结构的改变。尽管对于这些复杂机制的反应途径目前尚未明了，但是MIT的最新研究结果，使人们对于利用siRNA与其他抗癌药物联合通过纳米技术制备纳米微粒，用于“三阴”乳腺癌治疗的希望再度燃起。

MIT保拉·哈蒙德（Paula T. Hammond）谈到，siRNAs很难递送到细胞，是因为在血液中,酶往往会使siRNAs降解。另外, siRNA链是带负电荷的,所以它们会受到人体细胞的排斥,因为人体细胞本身就是带负电荷的分子。为了解决这个递送难题,哈蒙德和她的研究团队开发了一种方法,将一个siRNA序列隐藏在多层涂层包裹的纳米粒子中间，这种秘密行动的纳米医学药物的核心由抗癌药物填充。哈蒙德研究小组报告称,这样可以同时削弱“三阴”乳腺癌的肿瘤防御作用,使实验小白鼠体内的恶性肿块明显缩小。

该研究小组开始了其纳米粒子的制造工艺研究，将抗癌药物阿霉素加入到空心脂质球体内，再用分层技术装配方法使填充有抗癌药物的脂质球体的外面进行额外涂饰，制得纳米粒子用来对付包括“三阴”乳腺癌之内的各种癌症。

首先,他们添加一层薄薄的聚精氨酸（poly-L-arginine）,这是带正电荷的,因此它会粘附于带负电荷的脂质上。然后研究人员增加了一层针对多抗药性蛋白1基因的siRNA, 多抗药性蛋白1是肿瘤细胞的一种分子泵，其作用就是将抗癌药物排出去，使肿瘤细胞逃脱药物的毒性灭杀。

哈蒙德研究小组用聚精氨酸来包裹不止一层，在其外面再交替添加PLA和siRNA序列涂层，然后再在其外表用带负电荷的透明质酸（hyaluronic acid）进行包裹涂饰。透明质酸这种化合物在体内的大多数组织中可以发现，它是一种结构组件。之所以把它作为粒子伪装的外衣，就是因为便于蒙混过关，对其它细胞而言,这些纳米粒子看起来就像它们的原生环境,不会产生排异反应，它们可以回避免疫系统和siRNA降解酶的围追堵截而进入细胞内。

当对移植“三阴”乳腺癌肿瘤的小鼠在15天内注射这种纳米粒子三次,纳米粒子进入实验鼠体内后释放出其中的包裹物，导致实验鼠肿瘤缩小,甚至在某些情况下出现肿瘤消失的奇迹。然而,那些仅仅注射生理盐水的小鼠，肿瘤增长到原体积的4倍。

韩国浦项科技大学（ Pohang University of Science & Technology）化学家Sei Kwang Hahn说，尽管一些大型制药公司一直回避siRNA治疗，是由于药物递送的挑战难以逾越,不过它仍然有巨大的潜力,特别是用于癌症治疗。这种层层包裹的纳米粒子对于siRNA显示出特别良好的应用前景，而且“似乎显示出对于进一步临床应用开发的可行性。”

       据哈蒙德的阐述,她和她的研究团队已经对于这种纳米粒子的组装技术申请了专利,而且他们下一步计划去寻找通过siRNA关闭的与三阴乳腺癌有关的其他基因。随着对不同siRNA 体内递送系统越来越多的研究，对其体内作用机制、毒性机制和生物分布的深入了解，研制出具有更强特异性和靶向性，能够灵活适用于各种临床要求的siRNA递送方式将成为可能。可以预见，最终的安全的siRNA 体内递送系统将能够成功避免免疫刺激与脱靶效应，从而大大扩展siRNA的应用范围，更好地造福于患者、造福于人类健康事业。更多信息请注意浏览相关文献。