腫瘤治療的細胞藥物遞送系統的研究進展

馬寶南，孫麗娜，韓美華

中國醫學科學院 北京協和醫學院 藥用植物研究所，北京 100193

根據世界衛生組織發布的《2022 年世界衛生統計報告》中的數據顯示，目前全球非傳染性疾病中，癌癥的死亡率排名前5 位[1]，且死亡風險仍有升高的趨勢[2-4]。截止2020 年底，全球新發癌癥病例約有1 930 萬，癌癥死亡病例近1 000 萬[5-6]。癌癥的傳統的治療方法主要為手術[7]、化學療法[8-9]和放射療法[10]。但這些臨床治療手段效果仍然不理想，存在治療局限性[11]、易復發[12]、不良反應大[13-16]、治療窗口窄[17]等問題。因此，需要研發具有體內長循環、生物利用度高、可以特異性靶向腫瘤的遞送系統，來達到更好的治療癌癥的目的[18-20]。納米顆粒作為藥物載體在癌癥治療的靶向遞送方面取得了較深遠的影響[21]，其靶向作用可分為主動靶向和被動靶向，其中主動靶向可促進腫瘤細胞自身對納米顆粒的主動攝取[22]，如抗體–藥物偶聯物；被動靶向下，由于腫瘤的增強滲透滯留效應（EPR）和增強的滲透效應，使得納米顆粒被允許優先積累在腫瘤細胞周圍[23-24]。目前臨床上以被動靶向的納米藥物居多，而主動靶向較難實現[25]，并且這兩者也由于腫瘤微環境中的高間質流體壓力而限制了他們在腫瘤周圍的積累[26]。納米顆粒對人體也存在一定的毒性和藥效局限性問題[27-28]。

近年來，研究者們開始探索仿生藥物遞送系統，其中基于細胞或其衍生物的納米仿生給藥系統是目前新型給藥系統的研究熱點[29-30]。該納米仿生給藥系統利用細胞天然的同型或異型黏附性質[31]，通過物理或化學手段修飾細胞或其衍生物[32-33]，使藥物進入其內部或負載在其表面，得到具有主動靶向性的藥物遞送載體[34]。這種載體可具備高載藥量、控釋特性[35]；具有良好的生物相容性、低免疫原性和天然靶向性[36-37]；可與活細胞的柔性形態結合。在減少藥物被免疫系統攻擊的同時提高了藥物在組織上積累和作用的效率以及靶向腫瘤能力[38-40]。其中通常被用作藥物載體的包括活細胞、死細胞和外泌體。不同的細胞具有不同的活性、靶向性[41]。本文總結了活細胞、死細胞、外泌體及其藥物遞送系統的載藥特點和在腫瘤治療中的應用，為腫瘤治療提供了更多的治療手段。

1 活細胞及其藥物遞送系統

目前，人體中的一些功能細胞已經被研究應用于不同的領域，已知在藥物遞送方面，利用活細胞進行藥物輸送的載體主要有干細胞、血細胞、免疫細胞等，其原理分別為干細胞在損傷部位的修復能力、血細胞的循環能力以及免疫細胞的能力來延長藥物在體內的循環時間，以進入腫瘤組織，進行靶向藥物輸送[42]（圖1）。血細胞來源于造血干細胞，主要分為紅細胞、血小板和白細胞，其中白細胞包含了免疫細胞，分為中性粒細胞、T 淋巴細胞和巨噬細胞。

圖1 腫瘤微環境中的細胞（由Figdraw 繪制）Fig.1 Cells in tumor microenvironment (by Figdraw)

1.1 干細胞

干細胞是未分化的細胞，根據發育階段分為胚胎干細胞和成體干細胞。其中成體干細胞中的間充質干細胞是一種多能前體細胞，具有高度的自我更新和多向分化潛能[43]；且有較好的自我增殖能力、腫瘤歸巢能力、低免疫原性[44-45]；具有強大的腫瘤穿透能力和在腫瘤部位長期駐留能力[46]，可作為治療癌癥（如肺腺癌[47]）的藥物遞送載體。Cao 等[48]證明了使用間充質干細胞可以實現將生物相容性SiO2納米顆粒封裝的光敏劑遞送至腫瘤后進行光熱治療，實現了有效的腫瘤破壞。Litvinova 等[49]研究人類間充質干細胞包載微膠囊的實驗顯示，人類間充質干細胞可以在適當的條件下有效地裝載合成的微膠囊，并且可以保留間充質干細胞細胞的完整性、運動性和孔遷移能力（8 μm）。Huang 等[50]基于間充質干細胞的多功能平臺，通過整合間充質干細胞的腫瘤靶向遞送和介孔SiO2納米粒子靶向原位膠質母細胞瘤證明了間充質干細胞載藥納米粒比單獨的納米粒子具有更高的腫瘤攝取效果。

同時，在研究間充質干細胞裝載各種抗癌藥物輸送至腫瘤部位的實驗中發現，間充質干細胞對一些細胞毒性較大的抗癌藥物具有較高的耐藥性。如Pessina 等[51]證明間充質干細胞可以在較高濃度的紫杉醇溶液中存活，并可以選擇性將紫杉醇遞送至白血病細胞中。Kalimuthu 等[52]證實了阿霉素沒有影響間充質干細胞的腫瘤歸巢能力。

1.2 血細胞

基于血細胞（紅細胞、血小板和白細胞）的載體在腫瘤靶向藥物輸送方面具有很多特性，使其成為較理想的藥物載體[3]，如降低免疫原性并延長藥物在體內的循環時間；一般情況下，血細胞具有生物降解性，不會因載體生物降解而產生有毒產物[54]；由于其膜上具有特定的蛋白質標記，靶向遞送血細胞是機體的本能[55]；由于血細胞膜的限制或親和力，藥物將以受控方式釋放，使穩態濃度波動顯著降低。因此，血細胞是載藥細胞的重要來源之一。

1.2.1 紅細胞 紅細胞作為一類無核細胞呈雙凹形，其整個內部體積和擴展表面均可用于運輸各種化合物[56]；并且紅細胞是血液中最豐富的血細胞類型，具有生物相容性、高載藥量、低免疫原性等特點[57-58]。由于紅細胞表面的CD47 蛋白與SIRPa 的相互作用可以調節免疫系統中巨噬細胞的吞噬攝取[59]，使其可以在體內長時間循環。紅細胞本身對機體無毒，可完全被生物降解[60]；同時其半透膜可以防止藥物被快速清除而實現緩釋[61]。以紅細胞為載體的遞送系統，針對紅細胞工程開發了多種策略，主要分為基因工程方法和非基因工程方法[62]?；蚬こ谭椒ㄖ?，可以在紅細胞表面引入編碼酶識別位點的非天然基因，從而使治療性蛋白質或藥物能夠共價連接到紅細胞表面[63]。非基因工程方法主要包括封裝、吸收和生物偶聯[64]。

在腫瘤的治療方面，由于紅細胞沒有遺傳物質，減少了腫瘤轉化的可能性[65]。紅細胞作為藥物載體，可通過細胞內酶的代謝將非滲透性藥物轉化為可擴散活性藥物來實現遞送一些抗癌分子的效果，既可提高其療效，又能降低抗癌藥物的毒性[66]。Pierige 等[67]將2-Fluoro-ara-AMP 以游離形式封裝在紅細胞中，在乳腺癌細胞系（MCF-7、MDA-MB-435 細胞）上進行了測試，結果顯示該藥物可以抑制癌細胞的增殖，并可以實現緩慢而持續地輸送到血液循環中。Bachet 等[68]將L-ASP 封裝到紅細胞（ERY-ASP）中以評估其對胰腺癌治療效果，結果顯示患者對其耐受性良好。此外，一些研究發現，可以利用紅細胞制備用于治療癌癥的納米遞送載體疫苗[69-70]。Han 等[71]發現負載腫瘤抗原的納米紅細胞體可以與抗程序性死亡配體1（PD-L1）阻斷相結合，在體內引發抗原反應，從而抑制B16F10、4T1腫瘤模型中的腫瘤生長。

1.2.2 血小板 血小板同紅細胞一樣，是一種無核細胞[72]，壽命為9～10 d，是藥物遞送載體的良好選擇[73]。其主要的生理作用為止血，可應對手術等相關的血管損傷[74]以及在炎癥和抗菌宿主防御方面發揮了重要作用[75]。血小板內部含有多種因子以促進血管的生成和再生細胞的增殖，如生長因子、趨化因子和細胞因子[76]。這些生理作用表明血小板作為藥物載體具有高安全性和可再生性。另一方面，血小板微粒是循環系統中最豐富的微粒，具有消除合成和聚合物藥物輸送系統的不良反應[77]。作為藥物載體，血小板可以通過體外工程化進入血液循環，也可以通過在體內結合前藥或納米顆粒搭便車來實現靶向給藥[78]。

對于癌癥的治療，有大量研究表明血小板在提供刺激、激活趨化因子分泌方面發揮了重要作用，從而創造了促進轉移性腫瘤種植和最終腫瘤過度生長所需的適宜微環境[79]。因此，血小板具有維持腫瘤血管完整性和促進腫瘤轉移的作用[80]。Sarkar等[81]以血小板為遞送載體將阿霉素遞送到肺腺癌細胞系（A549）中，結果表明與游離藥物相比，載藥血小板在體外和體內模型中誘導細胞毒性的效率更高。由于血小板的存在，使得阿霉素等抗癌藥物的毒性降低，并增強了對腫瘤細胞生長的抑制作用[82]。此外，血小板還可以作為骨髓瘤異種移植體內成像的載體，Dai 等[83]利用卡比拉胺來抑制血小板聚集，將血小板與抗腫瘤蛋白結合，以實現骨髓瘤腫瘤體內外靶向和成像。

1.2.3 白細胞 白細胞作為血細胞之一，在血液中具有自由循環和選擇性靶向發炎的血管系統以應對癌癥等功能[84]。白細胞最突出的作用體現在免疫方面。根據其染色時的形態、著色等特征，白細胞作為免疫細胞用于腫瘤靶向遞送系統的藥物載體有3 種類型[85]：多形核白細胞中的中性粒細胞、淋巴細胞中的T 細胞和單核細胞巨噬細胞。這些免疫細胞具有先天性和特異性靶向作用、低免疫原性、提高療效等特點[86]。由于白細胞在腫瘤微環境中的作用[87]和具有與腫瘤細胞共同的物理特性[88]，可以將納米治療藥物輸送到腫瘤部位。納米粒子可以通過“搭便車策略”摻入到白細胞中或在其表面固定，也可以利用白細胞衍生的膜成分包裹納米粒子[89]。

（1）中性粒細胞 人體中最豐富的白細胞為中性粒細胞，占到循環白細胞數量的50%～70%[90]，是炎癥反應中最快到達炎癥部位的免疫細胞[91]，其從循環部位到炎癥部位的遷移是一個自然過程，并具有高特異性和流動性[92]。因此，中性粒細胞是運輸藥物或納米藥物的優秀細胞載體，可以延長藥物在體內的循環時間，且不會被免疫系統清除[93-94]?，F有研究表明由于納米粒內化不影響中性粒細胞的存活、凋亡或激活，中性粒細胞可以裝載納米藥物復合物以解決藥物本身的毒性[95]。

研究顯示，中性粒細胞不僅可以在炎癥部位起作用，還存在于腫瘤微環境中，具有抗腫瘤功能[96]，并且顯示出固有的腫瘤歸巢和藥物攜帶特性[97]。Chu 等[98-99]在研究中性粒細胞在腫瘤治療中的作用時發現，納米粒子可以通過在體內劫持中性粒細胞或通過控制腫瘤微環境促進中性粒細胞的浸潤來增強治療效果。Hao 等[100]將PLGA 納米顆粒與CXCL1 水凝膠組合，在黑色素瘤小鼠模型中進行實驗證明了內源性嗜中性粒細胞可以在體內參與納米粒子遞送來實現抑制腫瘤的目的。也有研究發現，中性粒細胞可以穿透血腦屏障治療腦部的相關疾病[101]。Xue 等[102]將含有紫杉醇的脂質體中性粒細胞遞送到經手術切除的神經膠質瘤小鼠中，發現其可以抑制腫瘤的復發，從而證明了中性粒細胞介導的藥物遞送的有效性。

（2）T 細胞 T 細胞是人體中第2 豐富的白細胞[103]。因其作為適應性免疫系統的一部分，可以特異性識別抗原，且每個細胞僅呈遞一種抗原，所以極具特異性，是一種優秀的靶向細胞[104]。同時當T細胞遇到各自的抗原時，其受體會導致細胞表面還原電位增加，進而發出信號，分泌細胞，可誘導抗原呈遞細胞死亡的蛋白質，最終導致細胞凋亡[105]。T 細胞的這兩個特性表明了其在藥物遞送和腫瘤治療中的重要潛能[39]。

在腫瘤治療中，嵌合抗原受體T 細胞是目前研究學者關注的一個熱點，其被研究應用于治療腦膠質瘤和黑色素瘤[106]，且被美國食品藥品管理局批準用于淋巴瘤[107]。Stephan 等[108]證明了將載有輔助藥物的納米顆粒結合到過繼性T 細胞療法模型中可以顯著消除腫瘤，表明T 細胞是一種可以用于主動靶向藥物遞送的、有前途的載體。此外，Pohl-Guimaraes 等[109]證明了經過RNA 修飾的T 細胞可以穿過血腦屏障作為一個多功能平臺，將治療大分子藥物遞送到中樞神經系統惡性腫瘤部位。

（3）巨噬細胞 巨噬細胞是最大的一種白細胞類型[110]，是先天免疫系統的主要吞噬細胞，根據其位置和宿主要求，巨噬細胞可以通過周圍微環境的調節來表現出不同的表型和功能特性，具有功能特異性[111]。在各種刺激下可被極化成不同功能的表型，一般可分為M1 型和M2 型[112]。M1 型巨噬細胞可以捕獲、吞噬和裂解腫瘤細胞，并表達一系列免疫刺激細胞因子；M2 型巨噬細胞則在腫瘤微環境中充當免疫抑制劑，表達多種抗炎分子[113]。由于巨噬細胞具有良好的生物相容性，是豐富的表面受體；可以感知趨化信號，并高效地定位腫瘤[114]；在體內可以延長藥物的循環和釋放、增強藥物穩定性、降低免疫原性[115]，因此其在癌癥治療藥物遞送方面具有巨大潛力。巨噬細胞特異性藥物遞送系統納米載體的巨噬細胞靶向策略可分為兩類：被動靶向（主要由含有大量巨噬細胞的單核吞噬系統驅動）和主動靶向（主要由配體受體相互作用驅動）[116]。

腫瘤微環境主要呈低pH 值和缺氧狀態[117-118]，會吸引巨噬細胞積聚在腫瘤的血管缺氧部位[119]。Pang 等[120]利用巨噬細胞的內在歸巢特性，使其作為“特洛伊木馬”攜帶載藥納米顆粒穿過血腦障礙，最終到達腦腫瘤部位。腫瘤微環境中存在的腫瘤相關巨噬細胞可以增強或介導細胞毒劑和檢查點抑制劑的抗腫瘤活性[121]，是影響進展、轉移和腫瘤復發的癌癥的關鍵參與者[122]。Qiu 等[123]開發了一種以巨噬細胞為載體來治療三陰性乳腺癌術后復發的研究，將紫杉醇和白藜蘆醇裝載在R8 修飾的聚乙二醇化脂質體中，通過巨噬細胞的攝取進行封裝，進而構建了具有高載藥量和炎癥/腫瘤趨向性的細胞介導載體，以達到增強術后腫瘤復發的治療效果。

細胞載藥過程和作用在不同生理條件下的作用優勢見圖2。

圖2 細胞載藥過程和作用在不同生理條件下的作用優勢（由Figdraw 繪制）Fig.2 Process of cell drug loading and its action advantages under different physiological conditions (by Figdraw)

2 死細胞及其藥物遞送系統

目前，細胞載藥中多以活細胞載體為主，在治療腫瘤時多依賴于腫瘤微環境的作用以及細胞本身的特點和作用，但在藥物有效性、靶向性方面還有待提高，如活細胞內藥物負載可能會導致細胞特性的變化、會改變細胞表面蛋白和細胞膜的流動性，從而影響細胞活性，并增加免疫原性[124]；或當活細胞用于靶向腫瘤的藥物遞送和癌癥治療中時，其與癌細胞載藥相比不具有同源靶向性[125]。因此，具有治療性的死細胞（低溫休克的癌細胞）成為了治療腫瘤疾病的新選擇。Ci 等[126]基于急性髓性白血病癌變細胞本身“骨髓歸巢”的特點將急性髓性白血病細胞用液氮處理使其冷凍休克（完全喪失增殖能力），構建具有骨髓靶向功能的遞藥系統，在消除致瘤性并保持細胞結構完整性的同時，提高化療藥物阿霉素在骨髓內的富集，并抑制急性髓性白血病細胞增殖。

3 細胞衍生物外泌體及其藥物遞送系統

外泌體是一種內源性細胞的外囊泡，是細胞衍生物中最常見、應用于載藥最多的一類囊泡，其直徑為40～100 nm，含有蛋白質、脂質等生物分子[127]，其脂質雙分子層可以保護藥物的正常運輸[128]，保證藥物在體液中循環，具有血液循環穩定性強、長期安全等特點[129-130]。由于不同細胞分泌的外泌體攜帶不同的信號分子，且基于本身尺寸小的特點，因此外泌體是一種可以實現靶向遞送的天然納米藥物載體[131]。外泌體的來源主要是干細胞、免疫細胞（T 細胞、NK 細胞、巨噬細胞等）以及腫瘤細胞衍生的外泌體[132]。此外，外泌體還具有“歸巢”的能力，即可以靶向該外泌體的源細胞。

外泌體的分離純化方法主要有超速離心法[133]、免疫分離法[134]和超濾法[135]。載藥方法分為兩類（圖3[136]），一類是在供體細胞中直接載藥，分為轉染和共孵育；另一類是形成外泌體后載藥，主要有電穿孔和直接混合法。在癌癥的治療方面，外泌體可以通過表面的膜蛋白與受體細胞相互作用，將抗癌藥物選擇性地遞送到癌細胞表面或內部，這種遞送藥物的方式可以克服多藥耐藥相關蛋白（如P-糖蛋白）介導的耐藥性[137]。同時，外泌體還具備生物利用度高的特性，可以通過血腦屏障等生物屏障[138]。

圖3 外泌體的兩類載藥方法Fig.3 Two kinds of drug loading methods of exosomes

外泌體作為小分子藥物遞送載體已經被許多研究者進行了廣泛的研究。外泌體可以遞送多種藥物，包括親水性藥物和疏水性藥物，如阿霉素[139]、多巴胺[140]、姜黃素[141]、紫杉醇[142]。Haney 等[143]基于巨噬細胞的外泌體載藥紫杉醇和阿霉素在肺轉移的小鼠模型中表現出高抗癌的效果，同時靶向三陰性乳腺癌在免疫活性BALB/C 小鼠中的原位小鼠T11 腫瘤和無胸腺nu/nu 小鼠中顯示出抗腫瘤作用。Osterman 等[144]證明用胰腺癌的外泌體載姜黃素可以增強姜黃素的功效。Sun 等[145]使用供體細胞為人腺癌細胞、小鼠乳腺腫瘤細胞的外泌體負載姜黃素，通過實驗數據表明外泌體遞送的姜黃素在血液中更穩定，且濃度更高，并增強了靶標特異性。

不同載藥細胞的優勢和應用的總結見表1。

表1 不同載藥細胞的優勢和應用Table 1 Advantages and applications of different drug-loaded cells

4 結語和展望

在腫瘤的治療中，細胞載藥由于其內源性的特點，在靶向性、生物相容性等方面展現出了較多的優勢，但該類給藥系統應用于臨床仍然面臨著一些挑戰：首先，藥物負載在細胞內部可能會導致細胞特性的變化，會改變細胞表面蛋白和細胞膜的流動性，從而影響細胞活性，并增加免疫原性[124]。如紅細胞作為載體時，會影響細胞的生物相容性，從而導致藥物暴露[151]。其次，有些細胞類型如巨噬細胞，作為載體時需要細胞在體液中保持循環狀態，從而達到遷移和歸巢，并在腫瘤部位大量釋放藥物[152]，然而，體內的細胞保護機制可能會排泄游離的藥物，并中和它們的內吞作用，導致治療藥物在到達腫瘤部位之前提前釋放[153]。此外，當細胞用于靶向腫瘤的藥物遞送和癌癥治療中時，其與癌細胞載藥相比不具有同源靶向性[125]，會影響藥物在腫瘤部位的釋放效果。目前關于死細胞載藥的相關研究較少，存在一定的不確定性，有關癌細胞在體內的代謝和安全性，即是否會誘導腫瘤的發生等都有待進一步探究。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突