1、對(duì)納米藥物輸送機(jī)制的質(zhì)疑
由于腫瘤生長速度明顯高于正常組織，腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞之間存在缺陷，排列不緊密，具有滲透性，且腫瘤內(nèi)部淋巴引流不足，血液流速較低，納米粒子一旦進(jìn)入，便會(huì)被滯留在腫瘤部位，這種現(xiàn)象稱為EPR（enhanced permeability and retention）效應(yīng)。EPR效應(yīng)自上世紀(jì)80年代末報(bào)道以來，被公認(rèn)為是納米粒子在腫瘤部位富集的主要因素。但近期，多倫多大學(xué)的Warren C. W. Chan團(tuán)隊(duì)探討了納米顆粒的腫瘤滲透現(xiàn)象，并對(duì)納米粒子進(jìn)入實(shí)體腫瘤的機(jī)制提出了質(zhì)疑。充分的證據(jù)表明，轉(zhuǎn)胞吞作用可能是納米粒子在腫瘤部位富集的主要機(jī)制。該文以“The entry of nanoparticles into solid tumours”為題發(fā)表在Nature Materials上。由于結(jié)論顛覆了以往認(rèn)知，該文一出便受到研究者廣泛關(guān)注，Nature Materials一天內(nèi)刊登了關(guān)于該文的社論、新聞與觀點(diǎn)、評(píng)論文章三篇文章，呼吁進(jìn)一步探究腫瘤治療的挑戰(zhàn)與未來。
內(nèi)皮細(xì)胞間的間隙被認(rèn)為是EPR效應(yīng)的主導(dǎo)因素之一，但是作者通過研究觀察發(fā)現(xiàn)，內(nèi)皮細(xì)胞間隙出現(xiàn)的頻率并不高。在所有腫瘤模型中，作者觀察了313根血管，只發(fā)現(xiàn)26處間隙，總間隙覆蓋率僅為血管表面積的0.048%，內(nèi)皮間間隙的數(shù)量比實(shí)驗(yàn)測量的納米粒子積累的數(shù)量少60倍。這雖然為EPR效應(yīng)提供了證據(jù)，但不能充分解釋納米粒子在腫瘤部位的富集現(xiàn)象。
然后作者研究了轉(zhuǎn)胞吞作用對(duì)納米粒子在腫瘤部位富集的影響。胞吞作用是一種需要內(nèi)皮細(xì)胞重新排列細(xì)胞骨架和細(xì)胞膜的活性代謝過程，包括形成可以吸收納米顆粒的囊泡，形成稱為孔壁的橫膈膜或通過細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)。作者制備了三種尺寸（(15 nm、50 nm和100 nm）的金納米粒子AuNPs，在TEM照片中明顯觀察到轉(zhuǎn)運(yùn)AuNPs的囊泡，且AuNPs與腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞有明顯相互作用并被后者吸收，為轉(zhuǎn)胞吞提供了直接證據(jù)。
考慮到兩種機(jī)制的共存，作者進(jìn)一步對(duì)哪種機(jī)制起到主導(dǎo)作用進(jìn)行了驗(yàn)證。通過建立小鼠模型，使其在保留血管結(jié)構(gòu)的同時(shí)喪失其他細(xì)胞活性，將被動(dòng)的內(nèi)皮細(xì)胞間隙因素和主動(dòng)的轉(zhuǎn)胞吞作用分離。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)阻斷轉(zhuǎn)胞吞途徑后，AuNPs在腫瘤部位的富集量明顯減少。進(jìn)一步通過數(shù)據(jù)分析，經(jīng)內(nèi)皮細(xì)胞間隙滲漏進(jìn)入腫瘤的AuNPs只占總數(shù)的3-25%（取決于AuNPs的粒徑）。以上這些結(jié)果顛覆了早期人們對(duì)EPR效應(yīng)的理解，極有可能影響后期納米藥物的設(shè)計(jì)思路。
2、對(duì)納米藥物發(fā)展瓶頸的新認(rèn)知
這篇社論審視了納米藥物在臨床應(yīng)用上遇到的瓶頸，坦言傳統(tǒng)的EPR效應(yīng)機(jī)制受到了挑戰(zhàn)。哈佛大學(xué)的David Mooney和Irene de Lázaro對(duì)該文進(jìn)行總結(jié)，強(qiáng)調(diào)這些顛覆性的發(fā)現(xiàn)，并呼吁人們重新審視在納米粒子傳遞機(jī)制方面建立已久的模式。
這不是EPR效應(yīng)第一次受到爭議，近年來，跨物種和腫瘤類型的血管系統(tǒng)異質(zhì)性，以及腫瘤微環(huán)境其他參數(shù)的可變性，讓人們對(duì)EPR效應(yīng)產(chǎn)生懷疑。過去30年里，為癌癥治療開發(fā)的納米藥物層出不窮，設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜。但到目前為止，只有10種納米藥物通過了FDA的審批，僅有14%的藥物顯示有臨床療效。研究表明，經(jīng)系統(tǒng)給藥后，僅有0.7%的納米藥物到達(dá)實(shí)體腫瘤。毫無疑問，納米藥物在癌癥治療中是有益的。作為化療藥物的載體，它們通過限制全身毒性，極大地增強(qiáng)了患者的耐受性。然而，令人遺憾的是，高流失率導(dǎo)致人們對(duì)納米醫(yī)學(xué)的效力產(chǎn)生了一些懷疑。納米藥物的療效差主要是因?yàn)榧{米粒子在腫瘤中的積累不足和藥代動(dòng)力學(xué)差。
作者的研究結(jié)果讓人們注意到這個(gè)領(lǐng)域?qū)δ[瘤外溢機(jī)制的有限理解，以及對(duì)EPR效應(yīng)的關(guān)注可能混淆了納米藥物的設(shè)計(jì)。其他的納米顆粒參數(shù)，包括材料組成、幾何形狀、表面化學(xué)、電荷和機(jī)械性能等，都會(huì)影響其與生物屏障的相互作用，并可能影響其外滲作用的相對(duì)重要性和具體機(jī)制。
3、轉(zhuǎn)胞吞作用于癌癥納米醫(yī)學(xué)的新機(jī)遇
雖然作者的結(jié)果表明，轉(zhuǎn)胞吞作用確實(shí)可以作為納米粒子進(jìn)入實(shí)體腫瘤的主導(dǎo)機(jī)制，但他們只研究了三種尺寸的AuNPs，EPR效應(yīng)對(duì)15 nm、50 nm、100 nm的AuNPs在腫瘤富集的貢獻(xiàn)分別為12%、3%和25%，這種趨勢與通常的認(rèn)知不符，因此，可能存在更為復(fù)雜的途徑影響了50 nm粒子的EPR效應(yīng)，有待進(jìn)一步研究。
目前，關(guān)于胞吞作用的機(jī)制細(xì)節(jié)，以及觸發(fā)納米粒子在血管內(nèi)皮內(nèi)的細(xì)胞攝取、運(yùn)輸和釋放的結(jié)構(gòu)因素，我們知之甚少。有研究表明，受體-糖蛋白結(jié)合、電荷反轉(zhuǎn)過程可以觸發(fā)轉(zhuǎn)胞吞作用。抗體、核酸、多肽甚至碳水化合物等大分子都可以附著在納米顆粒表面進(jìn)行選擇性靶向和轉(zhuǎn)運(yùn)。伊利諾伊大學(xué)的聶書明和同事表示，這些發(fā)現(xiàn)應(yīng)該激勵(lì)研究人員開發(fā)利用主動(dòng)轉(zhuǎn)胞吞作用提高遞送效率的技術(shù)，包括使用腫瘤穿膜肽、設(shè)計(jì)陽離子聚合物偶聯(lián)物、允許吸附介導(dǎo)的主動(dòng)胞吞作用等。
除了轉(zhuǎn)胞吞，利用納米技術(shù)增強(qiáng)免疫響應(yīng)為腫瘤治療提供了新思路。與設(shè)計(jì)需要克服血管內(nèi)皮細(xì)胞屏障的納米粒子相比，利用免疫細(xì)胞摧毀腫瘤更為有效。首先，只需要激活一小部分免疫細(xì)胞就能引起抗腫瘤免疫響應(yīng)，而傳統(tǒng)化療等都需要向腫瘤輸送大量藥劑，造成嚴(yán)重的副作用。其次免疫治療會(huì)產(chǎn)生免疫記憶，有效防止腫瘤復(fù)發(fā)，同時(shí)還能有效抑制腫瘤向遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移。納米粒子能夠?qū)崿F(xiàn)多種免疫藥物的同時(shí)輸送，通過多種機(jī)制誘導(dǎo)免疫反應(yīng)，因此，利用納米載體向腫瘤特異性輸送免疫藥物將會(huì)是一個(gè)很有前景的方向。此外，納米粒子獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)可以與治療性相結(jié)合，開發(fā)用于癌癥免疫治療的多模式藥物載體。
4、專家建議
也許，正是人們對(duì)EPR效應(yīng)的高估造成了納米藥物發(fā)展的瓶頸。為了理解納米粒子與人體相互作用的基本原理，哈佛大學(xué)的David Mooney和Irene de Lázaro呼吁科學(xué)界應(yīng)該將更多的注意力轉(zhuǎn)向基礎(chǔ)研究。該領(lǐng)域還應(yīng)該與生命科學(xué)家和腫瘤學(xué)家進(jìn)行更密切的合作，因?yàn)樗麄儗?duì)腫瘤生物學(xué)和患者特異性有更好的認(rèn)識(shí)。最終，為了在癌癥納米醫(yī)學(xué)上取得進(jìn)展，還需要更多大膽的研究來真正挑戰(zhàn)現(xiàn)有的模式。
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參考文獻(xiàn)：
https://doi.org/10.1038/s41563-020-0676-x
