纳米微粒跨细胞膜转运途径及机制的研究进展_孙宏晨
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
细胞类型是影响纳米微粒入胞途径和在细胞内最终定 位的关键因素。目前，关于纳米微粒入胞途径的研究很少 关注细胞来源 与 其 所 存 在 的 入 胞 途 径 之 间 的 关 系［５］。 开 展 纳米材料与细胞膜相互作用的研究，对阐明纳米微粒跨细 胞膜转运机制具有理论意义。 ３ 不 同 途 径 的 靶 向 修 饰 方 法
及纳米材料与转基因治疗研究。 ［通信作者］ 孙宏晨 （Ｔｅｌ：０４３１－８８７９６０１０，Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｃｓｕｎ＠ｍａｉｌ．ｊｌｕ．ｅｄｕ．ｃｎ）
１１５８
吉林大学学报 （医学版） 第３７卷 第６期 ２０１１年１１月
的，如胆固醇 就 是 低 密 度 脂 蛋 白 （ＬＤＬ） 经 与 细 胞 膜 上 的 ＬＤＬ 受体结合进入细 胞 后 分 解 而 得； 铁 也 是 通 过 转 铁 蛋 白 与细胞膜上的 转 铁 蛋 白 受 体 结 合 进 入 细 胞 的［５］。 这 些 细 胞 膜上的受体通常作为 Ｃｌａｔｈｒｉｎ 途 径 的 标 志 物。 以 ＬＤＬ 为 例 介绍 Ｃｌａｔｈｒｉｎ途径过程：ＬＤＬ 先与 细 胞 膜 上 的 ＬＤＬ 受 体 结 合，此时 Ｃｌａｔｈｒｉｎ会 自 动 聚 集 到 结 合 部 位 形 成 网 格 蛋 白 有 被小窝，一种小分子 ＧＴＰ 结合蛋白 在 深 陷 的 有 被 小 窝 的 颈 部装配成环，动力蛋白水解与其结 合 的 ＧＴＰ 而 引 起 颈 部 缢 缩，最终脱离质膜形成网格蛋白有被小囊；几秒钟后，网 格蛋白脱离有被小泡返回质膜附近重复使用，去被的囊泡 与早期胞内体融合，在融合过程中受体与配体分离，含有 受体的部分以出芽形式分离返回至细胞膜区，含有配体的 部分进一步与初级溶酶体融合形成次级溶酶体，在溶酶体 中 ＬＤＬ 水解释放胆固醇和脂肪酸。 １．２．２ Ｃａｖｅｏｌａｅ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ途 径 脂 筏 是 细 胞 质 膜 上 富 有 鞘 脂 类 和 胆 固 醇 的 特 化 小 区，如 果 胞 内 有 微 囊 蛋 白 （Ｃａｖｅｏｌｉｎ），这种特殊 脂 筏 结 构 称 为 质 膜 微 囊 （Ｃａｖｅｏｌａｅ）。 Ｃａｖｅｏｌａｅ大量存 在 于 肌 细 胞、 内 皮 细 胞、 成 纤 维 细 胞 和 脂 肪细胞中［５］。定位 或 存 在 于 细 胞 质 膜 附 近 形 成 ５０～８０ｎｍ 呈烧瓶状内陷囊 泡， 当 胞 吞 物 与 Ｃａｖｅｏｌａｅ表 面 结 合 后 可 包 裹内吞物进入细胞。与 Ｃｌａｔｈｒｉｎ途径相比，Ｃａｖｅｏｌａｅ途径速 度较慢，但是在一些情况下该途径可以逃过溶酶体，因此 对于 ＤＮＡ 或蛋白质的转运是十分有益的［８］。 １．２．３ Ｃｌａｔｈｒｉｎ＆Ｃａｖｅｏｌａｅ－ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ 途 径 Ｃｌａｔｈｒｉｎ＆Ｃａｖｅｏｌａｅ－ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ途 径 发 生 在 既 不 含 Ｃｌａｔｈｒｉｎ 也不含 Ｃａｖｅｏｌｉｎ的 细 胞 中［５］。 根 据 参 与 的 效 应 物 不 同 又 可 以 分 为： Ａｒｆ６－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ、 ｆｌｏｔｉｌｌｉｎ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ、 Ｃｄｃ４２－ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ以及 ＲｈｏＡ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ４种途径［９］。以上４种途径 均需要特定脂类的参与，且都依赖胆固醇。 １．２．４ 巨胞饮途 径 巨 胞 饮 是 细 胞 非 选 择 性 地 内 吞 细 胞 外营养物质和液相大分子的一种有效途径。细胞膜皱褶形 成大且不规 则 的 原 始 内 吞 泡 ， 大 小 不 一 直 径 一 般 为 ０．５～ ２μｍ，有时可 达 ５μｍ （无 网 格 蛋 白 或 小 窝 蛋 白 包 被 ）， 其 在早期形成阶段与肌动蛋白密切相关。除个别细胞，如巨 噬细胞和脑微血管内皮细胞外，几乎所有细胞都可以该途 径 进 行 物 质 转 运［５］。 ２ 影 响 转 运 途 径 的 因 素
利 用 纳 米 载 体 的 ｐＨ 值 、 热 敏 及 磁 性 等 ［１５］ 特 点 ， 在 外 部环境作用下 （如外加磁场） 可 对 病 变 组 织 实 行 靶 向 治 疗 。 此外，目前研究趋势是对纳米微粒进行生物修饰。利用抗 体 、细 胞 膜 表 面 受 体 或 ［１６－１９］ 特 定 基 因 片 段 的 专 一 性 作 用 ， 将配体结合在载体上，与靶细胞表面的识别受体发生特异 性结合，从而实现药物或基因的靶向转运。不同的生物修 饰对纳米微粒的入胞途径有很大影响，通过修饰可使纳米 微粒经特定途径进入细胞。 ３．１ Ｃｌａｔｈｒｉｎ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ 途 径 的 靶 向 修 饰
［收稿日期］ ２０１１－０５－０３ ［基金项目］ 国家自然科学基金资助课题 （３０８３０１０８）；吉林省科技厅科技发展计划项目资助课题 （２００７０５３５０） ［作者简介］ 孙宏晨 （１９６４－），男，黑龙江省哈尔滨市 人，教 授，高 分 子 化 学 与 物 理 博 士 后 ，主 要 从 事 颌 骨 重 塑 机 制 以
第 ３７ 卷 第 ６ 期 ２０１１ 年 １１ 月
吉 林 大 学 学 报 （医 学 版 ） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ （Ｍｅｄｉｃｉｎｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
［文 章 编 号 ］ １６７１－５８７Ⅹ （２０１１）０６－１１５７－０４
Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．６ Ｎｏｖ．２０１１
目前，多数学者认为纳米粒子主要通过胞吞途径进入 细胞。根据所形成囊泡大小或内容成分的不同，胞吞作用 分为吞噬 作 用 和 胞 饮 作 用。 吞 噬 作 用 主 要 针 对 直 径 ＞５００ ｎｍ 的粒子［４］， 且 胞 吞 物 通 常 为 固 体 。 当 直 径 ＜５００ｎｍ 且
为液体或溶质时，主要经胞饮作用进入细胞。此外，根据 参与蛋白 的 不 同， 胞 饮 作 用 又 可 以 分 为 Ｃｌａｔｈｒｉｎ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ 途 径、 Ｃａｖｅｏｌａｅ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ 途 径、 Ｃｌａｔｈｒｉｎ＆Ｃａｖｅｏｌａｅ－ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ途 径 和 巨 胞 饮 途 径 ［５］。 １．１ 吞 噬 作 用
１１５７
纳米微粒跨细胞膜转运途径及机制的研究进展
Ａｄｖａｎｃｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｐａｔｈｗａｙｓ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ ｔｒａｎｓｍｅｍｂｒａｎｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ
孙 宏 晨１，徐 晓 薇１，张 恺２，史 册１，金 晗１，袁 安 亮１ （１．吉林大学口腔医院病理科，吉林 长春 １３００２１；
２．吉林大学 超分子结构与材料国家重点实验室，吉林 长春 １３００１２）
［摘 要］ 纳米材料通过有效转运药物、生物分子或显像剂到病变部位 的 靶 细 胞， 实 现 疾 病 的 诊 断 和 治 疗。 这 种应用于诊断和治疗的纳米材料，通常需要进入细胞的特定部位，将其负载物转运至亚细胞中。目前普遍认为 纳米微粒主要是通过胞吞作用入胞，根据形成囊泡大小或内容成分的不同可将胞吞作用分为吞噬作用和胞饮作 用。纳米微粒的尺寸、形状、化学组成、表面电荷等理化性质对其入胞途径均有影响；此外，对于同一纳米微 粒，所选细胞系不同时，其入胞途径也不相同。通过研究纳米微粒与细胞间的相互作用了解其转运机制，对于 提高转运效率将产生重大帮助。本综述以纳米微粒跨细胞膜转运途径为基础，着重介绍了纳米载体跨细胞膜转 运的机制，包括纳米载体如何进入细胞及不同途径的特点，影响纳米材料进入细胞的因素，以及提高转运效率 的方法等方面的进展。 ［关键词］ 纳米微粒；跨膜转运；胞吞作用；理化性质 ［中图分类号］ Ｒ３１８．０８ ［文献标志码］ Ａ
细胞系，发现当 ＳｉＯ２ 平 均 粒 径 为 ２００ｎｍ 时， 转 染 效 率 最 高。以上研究表明：纳米微粒的尺寸不仅影响其入胞途径， 同时对转染效率也有影响。 ２．２ 形 状
Ｓａｈａｙ等［５］研究表明：纳米微粒能否进入细胞取决 于 微 粒与细胞膜接触点处，当微粒曲率与细胞膜法线间的夹角 ＜４５°时，微粒 可 以 进 入 细 胞； ＞４５°时 微 粒 则 不 能 进 入 细 胞 。有 研 究 比 ［１２］ 较 了 ３种 形 状 不 同 的 单 分 散 介 孔 ＳｉＯ２ 纳 米 微粒 （粒径、化 学 组 成 及 表 面 电 荷 均 相 Fra Baidu bibliotek， 但 ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ 不同） 的入胞 差 异， 发 现 ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ越 大， 进 入 黑 色 素 瘤 细胞 Ａ３７５越多且越快。因此，纳米微粒的形状也是决定其 能否进入细胞的关键因素之一。 ２．３ 表 面 电 荷
纳米技术被认为是对２１世纪 一 系 列 高 新 技 术 的 产 生 与 发展有重要影响的一门热点科学。人们期待通过将纳米技 术应用于药物转运来改变药理学和生物技术的现状。利用 纳米技术，将 可 能 实 现：① 改 善 水 溶 性 差 的 药 物 的 转 运； ②靶向转运药 物 到 特 定 细 胞 或 组 织［１］； ③ 药 物 跨 细 胞 膜 转 运穿过上皮细胞 和 血 管 内 皮 障 碍； ④ 转 运 大 的 高 分 子 药 物 到细胞内的作用位点；⑤两种 或 多 种 药 物／治 疗 方 法 同 时 转 运，实现联合治疗；⑥将治疗药物与显像方法结合来观察 药 物 转 运［２］；⑦ 对 治 疗 药 物 体 内 效 能 的 实 时 监 测［３］。 基 于 纳米材料的以上潜能，世界各国正努力开发纳米材料作为 药物载体。在纳米材料用于药物转运的研究中，其转运途 径及机制成为研究的基础，掌握纳米微粒的转运机制对于 提高转运效率具有重要理论意义。 １ 纳 米 微 粒 跨 膜 转 运 途 径 分 类
目前，普遍认为纳米微粒能否进入细胞以及入胞后的 最 终 去 向 主 要 受 其 自 身 独 特 的 理 化 性 质 的 影 响 。 ［１０］ 因 此 ， 纳米微粒的尺寸、形状、表面形貌、化学组成、表面电荷 等都 是 影 响 纳 米 微 粒 入 胞 途 径 的 关 键 因 素 。 ［１０］ 此 外 ， 采 用 不同的细胞系，纳米微粒的入胞途径也不相同。 ２．１ 尺 寸
细胞对微粒的摄取效率和随后在细胞内的踪迹都取决 于微粒的大小。研究［８］表明：粒径小于２００ｎｍ 的 微 粒 主 要 通过 Ｃｌａｔｈｒｉｎ途 径 进 入 细 胞， 随 着 尺 寸 增 大， 明 显 转 变 为 依靠 Ｃａｖｅｏｌａｅ介导的胞吞途径，成为５００ｎｍ 大小微粒入胞 的 主 要 途 径 。Ｌｕｏ等 用 ［１１］ 载 基 因 的 ＳｉＯ２ 纳 米 微 粒 转 染ｃｏｓ－７
目前，多数研究认为表面带正电荷的纳米微粒主要通 过 Ｃｌａｔｈｒｉｎ途 径 进 入 细 胞 。 有 研 究 表 ［１３－１４］ 明 ： 带 负 电 荷 盐 酸多柔比星脂质体 和 量 子 点 纳 米 微 粒 主 要 通 过 Ｃａｖｅｏｌａｅ途 径进入细胞。此外，由于细胞膜表面带有负电荷，因此通 过修饰使纳米微粒表面带有正电荷，在静电相互作用下可 促使其黏附并进入细胞。 ２．４ 细 胞 类 型
吞噬作用主要发生在吞噬细胞中，如巨噬细胞、单核 细胞、中性粒 细 胞 和 树 突 细 胞 。 有 文 献［６］指 出： 非 吞 噬 细 胞，如成纤维细胞、上皮细胞和内皮细胞也可进行吞噬作 用，但是范围很 小，微 粒 经 吞 噬 途 径 进 入 细 胞 主 要 分 为 ３个步骤。首先，微 粒 通 过 血 流 中 的 调 理 作 用 被 识 别； 然 后，微粒与细胞膜表面的受体吸附结合；最后，吞噬细胞 将其内化。吞噬体成熟后与溶酶体融合酸化，纳米微粒在 溶酶体中各种 酶 的 作 用 下 分 解［７］。 吞 噬 体 大 小 根 据 其 吞 入 颗粒的大小不同而尺寸不一 ，可以从几百纳米到几微米［６］。 １．２ 胞 饮 作 用 １．２．１ Ｃｌａｔｈｒｉｎ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ途 径 Ｃｌａｔｈｒｉｎ 途 径 是 大 分 子 物 质跨膜转运的经典途径，该途径在所有哺乳动物细胞中都 存在［５］。体内的许 多 必 需 营 养 物 质 都 是 经 该 途 径 进 行 转 运
及纳米材料与转基因治疗研究。 ［通信作者］ 孙宏晨 （Ｔｅｌ：０４３１－８８７９６０１０，Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｃｓｕｎ＠ｍａｉｌ．ｊｌｕ．ｅｄｕ．ｃｎ）
１１５８
吉林大学学报 （医学版） 第３７卷 第６期 ２０１１年１１月
的，如胆固醇 就 是 低 密 度 脂 蛋 白 （ＬＤＬ） 经 与 细 胞 膜 上 的 ＬＤＬ 受体结合进入细 胞 后 分 解 而 得； 铁 也 是 通 过 转 铁 蛋 白 与细胞膜上的 转 铁 蛋 白 受 体 结 合 进 入 细 胞 的［５］。 这 些 细 胞 膜上的受体通常作为 Ｃｌａｔｈｒｉｎ 途 径 的 标 志 物。 以 ＬＤＬ 为 例 介绍 Ｃｌａｔｈｒｉｎ途径过程：ＬＤＬ 先与 细 胞 膜 上 的 ＬＤＬ 受 体 结 合，此时 Ｃｌａｔｈｒｉｎ会 自 动 聚 集 到 结 合 部 位 形 成 网 格 蛋 白 有 被小窝，一种小分子 ＧＴＰ 结合蛋白 在 深 陷 的 有 被 小 窝 的 颈 部装配成环，动力蛋白水解与其结 合 的 ＧＴＰ 而 引 起 颈 部 缢 缩，最终脱离质膜形成网格蛋白有被小囊；几秒钟后，网 格蛋白脱离有被小泡返回质膜附近重复使用，去被的囊泡 与早期胞内体融合，在融合过程中受体与配体分离，含有 受体的部分以出芽形式分离返回至细胞膜区，含有配体的 部分进一步与初级溶酶体融合形成次级溶酶体，在溶酶体 中 ＬＤＬ 水解释放胆固醇和脂肪酸。 １．２．２ Ｃａｖｅｏｌａｅ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ途 径 脂 筏 是 细 胞 质 膜 上 富 有 鞘 脂 类 和 胆 固 醇 的 特 化 小 区，如 果 胞 内 有 微 囊 蛋 白 （Ｃａｖｅｏｌｉｎ），这种特殊 脂 筏 结 构 称 为 质 膜 微 囊 （Ｃａｖｅｏｌａｅ）。 Ｃａｖｅｏｌａｅ大量存 在 于 肌 细 胞、 内 皮 细 胞、 成 纤 维 细 胞 和 脂 肪细胞中［５］。定位 或 存 在 于 细 胞 质 膜 附 近 形 成 ５０～８０ｎｍ 呈烧瓶状内陷囊 泡， 当 胞 吞 物 与 Ｃａｖｅｏｌａｅ表 面 结 合 后 可 包 裹内吞物进入细胞。与 Ｃｌａｔｈｒｉｎ途径相比，Ｃａｖｅｏｌａｅ途径速 度较慢，但是在一些情况下该途径可以逃过溶酶体，因此 对于 ＤＮＡ 或蛋白质的转运是十分有益的［８］。 １．２．３ Ｃｌａｔｈｒｉｎ＆Ｃａｖｅｏｌａｅ－ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ 途 径 Ｃｌａｔｈｒｉｎ＆Ｃａｖｅｏｌａｅ－ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ途 径 发 生 在 既 不 含 Ｃｌａｔｈｒｉｎ 也不含 Ｃａｖｅｏｌｉｎ的 细 胞 中［５］。 根 据 参 与 的 效 应 物 不 同 又 可 以 分 为： Ａｒｆ６－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ、 ｆｌｏｔｉｌｌｉｎ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ、 Ｃｄｃ４２－ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ以及 ＲｈｏＡ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ４种途径［９］。以上４种途径 均需要特定脂类的参与，且都依赖胆固醇。 １．２．４ 巨胞饮途 径 巨 胞 饮 是 细 胞 非 选 择 性 地 内 吞 细 胞 外营养物质和液相大分子的一种有效途径。细胞膜皱褶形 成大且不规 则 的 原 始 内 吞 泡 ， 大 小 不 一 直 径 一 般 为 ０．５～ ２μｍ，有时可 达 ５μｍ （无 网 格 蛋 白 或 小 窝 蛋 白 包 被 ）， 其 在早期形成阶段与肌动蛋白密切相关。除个别细胞，如巨 噬细胞和脑微血管内皮细胞外，几乎所有细胞都可以该途 径 进 行 物 质 转 运［５］。 ２ 影 响 转 运 途 径 的 因 素
利 用 纳 米 载 体 的 ｐＨ 值 、 热 敏 及 磁 性 等 ［１５］ 特 点 ， 在 外 部环境作用下 （如外加磁场） 可 对 病 变 组 织 实 行 靶 向 治 疗 。 此外，目前研究趋势是对纳米微粒进行生物修饰。利用抗 体 、细 胞 膜 表 面 受 体 或 ［１６－１９］ 特 定 基 因 片 段 的 专 一 性 作 用 ， 将配体结合在载体上，与靶细胞表面的识别受体发生特异 性结合，从而实现药物或基因的靶向转运。不同的生物修 饰对纳米微粒的入胞途径有很大影响，通过修饰可使纳米 微粒经特定途径进入细胞。 ３．１ Ｃｌａｔｈｒｉｎ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ 途 径 的 靶 向 修 饰
［收稿日期］ ２０１１－０５－０３ ［基金项目］ 国家自然科学基金资助课题 （３０８３０１０８）；吉林省科技厅科技发展计划项目资助课题 （２００７０５３５０） ［作者简介］ 孙宏晨 （１９６４－），男，黑龙江省哈尔滨市 人，教 授，高 分 子 化 学 与 物 理 博 士 后 ，主 要 从 事 颌 骨 重 塑 机 制 以
第 ３７ 卷 第 ６ 期 ２０１１ 年 １１ 月
吉 林 大 学 学 报 （医 学 版 ） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ （Ｍｅｄｉｃｉｎｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
［文 章 编 号 ］ １６７１－５８７Ⅹ （２０１１）０６－１１５７－０４
Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．６ Ｎｏｖ．２０１１
目前，多数学者认为纳米粒子主要通过胞吞途径进入 细胞。根据所形成囊泡大小或内容成分的不同，胞吞作用 分为吞噬 作 用 和 胞 饮 作 用。 吞 噬 作 用 主 要 针 对 直 径 ＞５００ ｎｍ 的粒子［４］， 且 胞 吞 物 通 常 为 固 体 。 当 直 径 ＜５００ｎｍ 且
为液体或溶质时，主要经胞饮作用进入细胞。此外，根据 参与蛋白 的 不 同， 胞 饮 作 用 又 可 以 分 为 Ｃｌａｔｈｒｉｎ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ 途 径、 Ｃａｖｅｏｌａｅ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ 途 径、 Ｃｌａｔｈｒｉｎ＆Ｃａｖｅｏｌａｅ－ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ途 径 和 巨 胞 饮 途 径 ［５］。 １．１ 吞 噬 作 用
１１５７
纳米微粒跨细胞膜转运途径及机制的研究进展
Ａｄｖａｎｃｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｐａｔｈｗａｙｓ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ ｔｒａｎｓｍｅｍｂｒａｎｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ
孙 宏 晨１，徐 晓 薇１，张 恺２，史 册１，金 晗１，袁 安 亮１ （１．吉林大学口腔医院病理科，吉林 长春 １３００２１；
２．吉林大学 超分子结构与材料国家重点实验室，吉林 长春 １３００１２）
［摘 要］ 纳米材料通过有效转运药物、生物分子或显像剂到病变部位 的 靶 细 胞， 实 现 疾 病 的 诊 断 和 治 疗。 这 种应用于诊断和治疗的纳米材料，通常需要进入细胞的特定部位，将其负载物转运至亚细胞中。目前普遍认为 纳米微粒主要是通过胞吞作用入胞，根据形成囊泡大小或内容成分的不同可将胞吞作用分为吞噬作用和胞饮作 用。纳米微粒的尺寸、形状、化学组成、表面电荷等理化性质对其入胞途径均有影响；此外，对于同一纳米微 粒，所选细胞系不同时，其入胞途径也不相同。通过研究纳米微粒与细胞间的相互作用了解其转运机制，对于 提高转运效率将产生重大帮助。本综述以纳米微粒跨细胞膜转运途径为基础，着重介绍了纳米载体跨细胞膜转 运的机制，包括纳米载体如何进入细胞及不同途径的特点，影响纳米材料进入细胞的因素，以及提高转运效率 的方法等方面的进展。 ［关键词］ 纳米微粒；跨膜转运；胞吞作用；理化性质 ［中图分类号］ Ｒ３１８．０８ ［文献标志码］ Ａ
细胞系，发现当 ＳｉＯ２ 平 均 粒 径 为 ２００ｎｍ 时， 转 染 效 率 最 高。以上研究表明：纳米微粒的尺寸不仅影响其入胞途径， 同时对转染效率也有影响。 ２．２ 形 状
Ｓａｈａｙ等［５］研究表明：纳米微粒能否进入细胞取决 于 微 粒与细胞膜接触点处，当微粒曲率与细胞膜法线间的夹角 ＜４５°时，微粒 可 以 进 入 细 胞； ＞４５°时 微 粒 则 不 能 进 入 细 胞 。有 研 究 比 ［１２］ 较 了 ３种 形 状 不 同 的 单 分 散 介 孔 ＳｉＯ２ 纳 米 微粒 （粒径、化 学 组 成 及 表 面 电 荷 均 相 Fra Baidu bibliotek， 但 ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ 不同） 的入胞 差 异， 发 现 ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ越 大， 进 入 黑 色 素 瘤 细胞 Ａ３７５越多且越快。因此，纳米微粒的形状也是决定其 能否进入细胞的关键因素之一。 ２．３ 表 面 电 荷
纳米技术被认为是对２１世纪 一 系 列 高 新 技 术 的 产 生 与 发展有重要影响的一门热点科学。人们期待通过将纳米技 术应用于药物转运来改变药理学和生物技术的现状。利用 纳米技术，将 可 能 实 现：① 改 善 水 溶 性 差 的 药 物 的 转 运； ②靶向转运药 物 到 特 定 细 胞 或 组 织［１］； ③ 药 物 跨 细 胞 膜 转 运穿过上皮细胞 和 血 管 内 皮 障 碍； ④ 转 运 大 的 高 分 子 药 物 到细胞内的作用位点；⑤两种 或 多 种 药 物／治 疗 方 法 同 时 转 运，实现联合治疗；⑥将治疗药物与显像方法结合来观察 药 物 转 运［２］；⑦ 对 治 疗 药 物 体 内 效 能 的 实 时 监 测［３］。 基 于 纳米材料的以上潜能，世界各国正努力开发纳米材料作为 药物载体。在纳米材料用于药物转运的研究中，其转运途 径及机制成为研究的基础，掌握纳米微粒的转运机制对于 提高转运效率具有重要理论意义。 １ 纳 米 微 粒 跨 膜 转 运 途 径 分 类
目前，普遍认为纳米微粒能否进入细胞以及入胞后的 最 终 去 向 主 要 受 其 自 身 独 特 的 理 化 性 质 的 影 响 。 ［１０］ 因 此 ， 纳米微粒的尺寸、形状、表面形貌、化学组成、表面电荷 等都 是 影 响 纳 米 微 粒 入 胞 途 径 的 关 键 因 素 。 ［１０］ 此 外 ， 采 用 不同的细胞系，纳米微粒的入胞途径也不相同。 ２．１ 尺 寸
细胞对微粒的摄取效率和随后在细胞内的踪迹都取决 于微粒的大小。研究［８］表明：粒径小于２００ｎｍ 的 微 粒 主 要 通过 Ｃｌａｔｈｒｉｎ途 径 进 入 细 胞， 随 着 尺 寸 增 大， 明 显 转 变 为 依靠 Ｃａｖｅｏｌａｅ介导的胞吞途径，成为５００ｎｍ 大小微粒入胞 的 主 要 途 径 。Ｌｕｏ等 用 ［１１］ 载 基 因 的 ＳｉＯ２ 纳 米 微 粒 转 染ｃｏｓ－７
目前，多数研究认为表面带正电荷的纳米微粒主要通 过 Ｃｌａｔｈｒｉｎ途 径 进 入 细 胞 。 有 研 究 表 ［１３－１４］ 明 ： 带 负 电 荷 盐 酸多柔比星脂质体 和 量 子 点 纳 米 微 粒 主 要 通 过 Ｃａｖｅｏｌａｅ途 径进入细胞。此外，由于细胞膜表面带有负电荷，因此通 过修饰使纳米微粒表面带有正电荷，在静电相互作用下可 促使其黏附并进入细胞。 ２．４ 细 胞 类 型
吞噬作用主要发生在吞噬细胞中，如巨噬细胞、单核 细胞、中性粒 细 胞 和 树 突 细 胞 。 有 文 献［６］指 出： 非 吞 噬 细 胞，如成纤维细胞、上皮细胞和内皮细胞也可进行吞噬作 用，但是范围很 小，微 粒 经 吞 噬 途 径 进 入 细 胞 主 要 分 为 ３个步骤。首先，微 粒 通 过 血 流 中 的 调 理 作 用 被 识 别； 然 后，微粒与细胞膜表面的受体吸附结合；最后，吞噬细胞 将其内化。吞噬体成熟后与溶酶体融合酸化，纳米微粒在 溶酶体中各种 酶 的 作 用 下 分 解［７］。 吞 噬 体 大 小 根 据 其 吞 入 颗粒的大小不同而尺寸不一 ，可以从几百纳米到几微米［６］。 １．２ 胞 饮 作 用 １．２．１ Ｃｌａｔｈｒｉｎ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ途 径 Ｃｌａｔｈｒｉｎ 途 径 是 大 分 子 物 质跨膜转运的经典途径，该途径在所有哺乳动物细胞中都 存在［５］。体内的许 多 必 需 营 养 物 质 都 是 经 该 途 径 进 行 转 运