纳米药物载体抗肿瘤多药耐药机制的研究进展_赵金香

●综 述●纳米药物载体抗肿瘤多药耐药机制的研究进展赵金香1，李耀华2*（1平凉医学高等专科学校，甘肃　平凉，740000；2甘肃省中医学院，甘肃　兰州，730000）摘要：肿瘤细胞对化疗药物产生多药耐药（multidrug resistance，MDR）是临床化疗失败的一个重要原因，而纳米技术的发展为肿瘤药物的靶向输送提供了新的研究机遇。

纳米载体可以通过避免和降低MDR肿瘤细胞的药物外排泵，靶向肿瘤干细胞（cancer stem cells，CSC）克服其复发性，阻断肿瘤细胞的互调及其作用的微环境，以及改变免疫反应等增强细胞对化疗药物的敏感性。

本文综述了肿瘤多药耐药的机制，纳米药物载体抗肿瘤多药耐药的机制研究的新进展。

关键词：肿瘤多药耐药；纳米技术；肿瘤干细胞；肿瘤微环境中图分类号：R730 文献标识码：A 文章编号：2095-1264（2015）03-0174-05d oi：10.3969/j.issn.2095-1264.2015.035Research Progress of the Mechanisms of Nanotechnology in the Treatmentof Multidrug Resistant TumorsZHAO Jinxiang1, LI Yaohua2*(1Pingliang Medical College, Pingliang, Gansu, 740000, China; 2Gansu University Traditional Chinese Medicine,Lanzhou, Gansu, 730000, China)Abstract: Multidrug resistance (MDR) is a main reason for the failure of tumor chemotherapy, the development of nanotechnology sheds light on targeted delivery of antitumor drugs. Nanocarriers can not only enhance the sensitivity of tumor cells to chemothera-peutic drugs but also downregulate the invasion and metastasis of tumor. The mechanisms of nanocarriers' anti-tumor effect involve in targeting cancer stem cells to overcome MDR and prevent recurrence, preventing the cross talk between cancer cells and their micro-environment, and modifying the immune response to improve the treatment of MDR cancers. In this review, new research progresses of the mechanisms of multidrug resistance and anti-tumor effects of nanotechnology are reviewed.Key words: Multidrug resistance; Nanotechnology; Cancer stem cells; Tumor microenvironment前言 2014年的《全球癌症报告》表明，近两年全球癌症的患病和死亡病例都在不断增加，近一半新增癌症病例出现在亚洲，其中大部分在中国，中国新增癌症病例高居世界第一。

化疗仍然是治疗癌症的主要手段，但化疗药物的非特异性及肿瘤的多药耐药（MDR）易导致肿瘤复发，MDR已成为肿瘤化疗的最大瓶颈。

因此，逆转肿瘤细胞的MDR、提高肿瘤细胞对化疗药物的敏感性对肿瘤的治疗具有重大意义。

开发新材料和新药物用于靶向治疗肿瘤及肿瘤多药耐药是目前亟待解决的问题［1］。

随着新兴纳米生物技术的发展，纳米技术已经被应用于影像诊断和治疗、综合化疗、放疗和基因治疗等多个学科，为肿瘤药物的靶向输送提供了新的研究机遇［2］。

目前研发的纳米载药微粒包括聚合物胶束［3，4］、脂质体［5］、树状聚合物［6］、纳米乳、纳米金［7，8］或其他金属纳米颗粒［1，9］等。

这些纳米载药微粒具有如下优点：①粒径小，粒径分布窄，表面修饰后可以进行靶向特异性定位，达到药物靶向输送的目的；②缓释药物，延长药物作用时间；③保护药物分子，提高其稳定性；④结合外加能量如光、声、磁场等可进行显像和治疗相结合实现肿瘤的诊断和治疗［1，10，11］。

基于这些优点，越来越多的研究作者简介：赵金香，女，讲师，研究方向：肿瘤内科，E-mail：zhaojinxiang0716@。

*通讯作者：李耀华，男，主治医师，研究方向：内科学，E-mail：yaohuali1980@。

人员开始关注构建纳米载体用于药物输送，以克服或逆转肿瘤多药耐药。

本文主要对肿瘤多药耐药的机制以及纳米药物载体抗肿瘤多药耐药的机制研究的新进展进行综述如下。

1　MDR及其发生机制 MDR系指肿瘤细胞对一种抗肿瘤药物出现耐药的同时，对其他许多结构不同、作用机制不同的抗肿瘤药物也产生了交叉抗药性，是一种独特的广谱耐药现象。

肿瘤细胞的异质性和突变可能减弱化疗药物的作用疗效，促进肿瘤细胞的存活。

其具体机制包括：药物的外排增加和亚细胞分布改变［12］；药物作用靶标如拓扑异构酶改变［13］；药物的外排与代谢相关的蛋白转化和增加［14，15］，化疗药物引起DNA损伤修复异常导致肿瘤耐药；凋亡相关通路改变导致肿瘤的凋亡耐受；细胞内解毒系统异常导致肿瘤耐药；细胞增殖速率变化；肿瘤干细胞的存在导致肿瘤复发、转移和耐药；体内药代动力学因素等［15-18］。

这些机制一般同时存在，但通常以一种为主，且不同机制间常相互影响。

肿瘤纳米药物载体的设计也主要是针对以上MDR耐药机制，以克服耐药性并增强抗肿瘤药物对肿瘤的靶向杀伤作用。

1.1　药物外排泵　MDR导致肿瘤化疗失败的一个重要原因是肿瘤细胞的药物外排泵，它们属于ABC 转运蛋白超家族成员，是一类由核苷酸结合区域和跨膜结构域构成的跨膜蛋白［19］。

ABC转运蛋白超家族的主要功能是利用ATP水解产生的能量将细胞内的分子及物质泵出细胞外，其成员主要包括P-糖蛋白（P-gp），多药耐药相关蛋白（multidrug resistance associated protein，MRP），乳腺癌耐药蛋白（breast cancer resistance protein，BCRP）［20，21］等。

1.2　肿瘤干细胞　肿瘤干细胞（cancer stem cells，CSC）是一类特殊的干细胞，具有高度增殖能力与自我更新能力，可以多向分化为包括肿瘤细胞在内的多种子细胞，以维持肿瘤的生长和异质性［22］。

因此，根除CSC对于防止肿瘤的复发具有十分重要的意义。

目前已经从成神经管细胞瘤、恶性胶质瘤、结肠癌、骨髓瘤、胰腺癌中成功分离出CSC［23］。

1.3　肿瘤微环境　肿瘤微环境由肿瘤细胞和多种基质细胞、细胞因子（TNF、VEGF、IL-1）、趋化因子（CXCL12、CCL27、CCL21）等共同组成［24］。

基质细胞包括纤维细胞、免疫和炎症细胞、脂肪细胞、胶质细胞、平滑肌细胞及血管细胞等，基质细胞对肿瘤的侵袭和转移起着十分重要的作用。

这些因子影响肿瘤细胞的凋亡和化疗疗效，被称为细胞黏附介导的耐药性（CAM-DR）［25］。

整合素介导的肿瘤细胞与基质蛋白及细胞间的黏附通过多种机制使肿瘤对化疗药物产生耐药［26］。

肿瘤微环境中的pH值同样影响药物的有效性，肿瘤细胞外的pH一般是酸性，而胞内pH一般是碱性。

因此，弱碱性的药物诸如阿霉素通过去质子化后减少了肿瘤细胞对药物的摄取［27］；此外，肿瘤微环境的缺氧对多药耐药也有影响［28］。

缺氧导致肿瘤中心部位因血管供血不足而降低化疗药物的疗效［29］，其中，乏氧诱导因子-1α（hypoxia inducible factor 1α，HIF-1α）通过参与多种靶基因的转录调控影响肿瘤细胞的能量代谢、增殖及凋亡，使细胞及组织产生一系列反应以适应缺氧环境，同时促进肿瘤血管形成，也增加肿瘤自身的侵袭性及对放化疗的抵抗性［30］。

以HIF-1α为靶点的治疗将可能成为治疗肿瘤多药耐药的重要手段［31］。

1.4　凋亡相关蛋白　凋亡即程序性细胞死亡，是细胞生命过程中的重要现象，主要表现为细胞膜收缩、肿胀，DNA断裂和受损，细胞器的完整性丧失，被吞噬细胞所消化。

凋亡分为两种：外源性的凋亡主要依赖于细胞膜表面的死亡受体激活caspase 信号通路，而内源性凋亡主要是由caspase依赖性和非依赖性的通路激活线粒体的内在通路。

这两种凋亡具有内在的联系，并且在一定条件下同时发生。

凋亡具体过程由促凋亡蛋白（Bax和Bad）及抗凋亡蛋白（Bcl-2、Bcl-xL）等调节，包括p53和p63/73及抑制凋亡蛋白家族（生存素、Livin）［32］。

肿瘤细胞可通过上调抗凋亡家族蛋白Bcl-2、Bcl-xL 等降低死亡率。

Ajabnoor GM等的在体研究发现，MCF-7经过紫杉醇长期处理后，P-糖蛋白表达上升而caspase表达下降［33］。

此外，通过靶向凋亡抑制蛋白（IAPs）及PI3K/Akt通路可能逆转MDR［34］；p53在大多数肿瘤中发生了突变，突变的p53可增加基因的不稳定性和凋亡抗性。

1.5　突变的DNA修复系统　化疗药物诸如烷化剂（二甲磺酸丁酯、环磷酰胺）、抗代谢物（巯嘌呤）、蒽环霉素（红比霉素）等都能直接或间接造成DNA的损伤，但DNA损伤往往又引发肿瘤细胞DNA修复系统活性的异常升高，使得肿瘤细胞对这些药物产生耐药［35］。

因此，DNA修复系统是肿瘤细胞引起MDR的一个重要靶点［36，37］。

DNA修复包括逆修复、碱基切除修复、核苷酸切除修复、碱基错配、双链断裂的修复。

2　肿瘤纳米药物载体的研究现状 多功能纳米药物载体有传统药物无法比拟的优势，可以达到克服肿瘤多药耐药的目的。

目前研发的用于治疗肿瘤的纳米药物载体的作用机制多样，如降低药物外排泵系统，杀伤肿瘤干细胞，减弱DNA损伤，改变肿瘤细胞凋亡相关通路等［38］。

一些纳米药物载体通过表面修饰siRNA及耐药相关机制中关键的蛋白分子而被激活［39］。

孙中婵等发现，通过连接miRNA16的四氧化三铁纳米颗粒可以逆转胃癌耐药［39］。