文章信息
- 孙平风,聂丽菊,叶称连,郑凤霞,傅芬,许恒毅.
- SUN Pingfeng, NIE Liju, YE Chenglian, ZHENG Fengxia, FU Fen, XU Hengyi.
- 聚酰胺-胺树状大分子在卵巢癌诊断和治疗中的应用进展
- Progress of Polyamidoamine Dendrimer Targeted System in Diagnosis and Treatment of Ovarian Cancer
- 肿瘤防治研究, 2015, 42(12): 1253-1256
- Cancer Research on Prevention and Treatment, 2015, 42(12): 1253-1256
- http://www.zlfzyj.com/CN/10.3971/j.issn.1000-8578.2015.12.018
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文章历史
- 收稿日期: 2014-12-31
- 修回日期: 2015-05-25
2. 330047 南昌,南昌大学食品科学与技术国家重点 实验室
2. State Key Laboratory of Food Science and Technology, Nanchang University, Nanchang 330047, China
卵巢癌是最常见的妇科恶性肿瘤之一,由于 缺乏特异性的临床症状和敏感的生物学标志物, 60%卵巢癌患者被发现时已是晚期(Ⅲ~Ⅳ期), 且大多数卵巢癌患者在治疗过程中可能出现化疗 耐药,是目前病死率最高的妇科恶性肿瘤[1, 2]。因 此寻找更有效的卵巢癌筛查和早期诊断方法以及 特异性治疗方案,对提高治愈率和降低死亡率尤 为重要。靶向分子修饰后的聚酰胺-胺树状大分子 (polyamidoamine dendrimer,PAMAMD)可作为各 种靶向系统载体:当其作为磁分离载体,能快速 捕获并分离CTCs,为卵巢癌早期诊断提供技术手 段;作为造影剂载体,能提高各种成像技术的对 比度和敏感度,利于卵巢肿瘤准确定位及定性; 作为药物或治疗基因载体,提高肿瘤细胞内药物 或治疗基因浓度,实现卵巢癌靶向治疗。此外, PAMAMD为载体的靶向系统同时兼具良好的生物 相容性、稳定性和低毒性等特点,现已广泛应用 于卵巢癌基础研究。
1 PAMAMD靶向系统的特点PAMAMD是一类由中心向外对称发散而高度枝 化的新型纳米大分子化合物,可通过迭代的Michael 加成和酰胺化反应合成不同代数(G0-G10)[3, 4]。
PAMAMD不仅可利用丰富的表面官能团连接多种 具有特异性的靶向分子,而且可通过内部空腔的包 裹作用或表面官能团的化学偶联作用结合磁性粒 子[5]、小分子药物[6]、造影剂[7, 8]或者治疗基因[9, 10]等 客体分子,通过增加客体分子的生物利用度及选择 性作用于肿瘤细胞可提高药物功效、增加图像分辨 率和减少传统化学治疗的毒性。目前,有研究表明 PAMAMD靶向系统可用于卵巢癌早期诊断[5],也有 学者发现该系统能增加化疗药物对耐药卵巢癌细胞 的毒性,为耐药卵巢癌患者的治疗带来曙光[6, 11]。
2 PAMAMD靶向系统在CTCs捕获中的应用外周血CTCs的检测有助于卵巢癌的早期诊 断、判断预后、评估抗肿瘤药效及制定个体化治 疗方案,是一种具有高度可行性和可重复性的非 侵入性诊断手段[12]。免疫磁性分离技术是目前最 常用的CTCs分离和富集技术,该方法可实现全血 中高效率和高选择性捕获CTCs,然而,由于该 方法需要长达1 h的静态反应条件而常常受限于各 个领域。Banerjee等[5]借助超支化G4 PAMAMD表 面64个伯氨键能同时连接多个官能团的能力,以 Cy5为显像剂分子、转铁蛋白(transferring,Tf) 为靶向分子及磁珠(MNPs)为磁分离分子,形成 MDNS复合物,该复合物能迅速捕获(5 min)转 铁蛋白受体表达阳性(TfR+)的肿瘤细胞,即使 肿瘤细胞的浓度低至0.001%,其捕获效率仍可高 达80%。PAMAMD因独特的分子结构和物理化学 性质,使以其为载体的靶向系统具有良好的靶向 性及分散性,可快速和特异性捕获CTCs,有望成 为临床显著检测CTCs的一种新方法。
3 PAMAMD靶向系统在卵巢癌成像中的应用影像学检查,如经阴道超声、计算机X线断层 扫描成像(computed tomography,CT)、磁共振成 像(magnetic resonance imaging,MRI)、正电子发 射断层显像(positron emission tomography,PET) 等在卵巢肿瘤的定位及定性中发挥重要作用,成 像对比度和敏感度的高低直接影响卵巢癌的早期 诊断、分期及手术和化疗方案的选择[13]。随着医 疗水平的不断提高,传统小分子造影剂开始暴露 其不足之处,如半衰期短、特异性差、用途单一 及肝肾毒性等。PAMAMD靶向系统适用于多种 成像技术,如光学成像(optical imaging,OI)、 CT、MRI和双模态成像等,归因于其可同时结合 靶向分子和大量造影剂,使造影剂特异性地在肿 瘤部位富集,提高对肿瘤组织的成像对比度和灵 敏度,加快显像时间,并减少肝肾毒性。
3.1 光学成像光学成像在肿瘤研究中扮演重要角色,然而肿 瘤靶向特异性光学探针的设计是当今该技术研究 领域的难点。Modi等[14]用荧光素(FITC)标记的 PAMAMD偶联卵泡刺激素肽(FSH33)合成靶向 光学分子探针,对卵巢癌细胞及裸鼠移植瘤模型 进行光学成像,发现该探针可以与卵巢癌细胞表 面的卵泡刺激素受体(FSHR)特异性结合而用于 卵巢癌的靶向诊断。Zhu等[15]将荧光标记的PEG化 PAMAMD注射至荷卵巢癌裸鼠体内,由于PEG的 修饰,该系统具有高效的肿瘤被动靶向能力,注射 1 h后肿瘤组织能从正常组织背景中区分出来,24 h 荧光信号达到高峰,48 h后才有轻微衰减,且PEG 化程度越高,荧光信号越强。以PAMAMD为载体 的靶向光学成像探针可在肿瘤部位聚集,具有很强 的荧光信号,为实时动态监测细胞及肿瘤提供强有 力的实验手段,有望用于手术实时成像。
3.2 计算机X线断层扫描成像利用PAMAMD独特的三维结构和其表面的易 修饰性,可以制备多功能化的纳米颗粒,以满足特 定的应用需求。国内彭琛等[16]以表面修饰叶酸(folic acid,FA)的PAMAMD为模板,加入金盐,利用 PAMAMD内部空腔截留合成的金纳米粒子,制备 得到多功能化的靶向CT造影剂。在此基础上该研究 者[17],将金纳米粒子(Au NPs)和含碘(I)造影剂 泛影酸(DTA)同时与FA修饰的PAMAMD结合, 合成双元素协同CT造影剂。相较于单一的含Au或 I造影剂,该造影剂具有更高的X-射线衰减系数和 CT信号强度。该研究者制备的以上两种造影剂均显 示出良好的体外癌细胞及体内肿瘤模型靶向性能和 X-射线衰减性能,并且可作为探针,用于过表达叶 酸受体(folate receptor,FR)肿瘤的靶向CT成像。
3.3 磁共振成像磁共振成像是临床上常用的无侵入性肿瘤诊 断技术,通常需要借助造影剂对肿瘤进行早期诊 断。与小分子造影剂相比,大分子MRI造影剂具 有成像对比度强、敏感度高和诊断成像时间长等 优点,现已受到研究者们的广泛关注。早在1997 年,Wiener等[18]在靶向分子FA修饰的PAMAMD表 面偶联T1 MRI造影剂钆,合成大分子靶向MRI造 影剂。该造影剂具有合适的r1弛豫率,且对过表 达FR的卵巢癌细胞具有较好的靶向特异性。随后 研究者[7]将该靶向MRI造影剂注入荷卵巢癌裸鼠 体内,发现FR表达阳性的卵巢癌MRI信号显著增 强,且与单用非特异性的钆特醇(Gd-HP-DO3A) 造影剂相比,对比度增强33%。在此基础上,Ye 等[19]将FA通过PEG共价偶联至PAMAMD,再修 饰Gd-DTPA,合成可降解的、具有肿瘤靶向性的 树枝状造影剂FA-PEG-G2-DTPA-Gd。与医用造影 剂马根维显相比较,该大分子造影剂具有较高的 弛豫率(r1=17.1 mM− 1 s− 1),聚乙二醇的引入进 一步提高其生物相容性和血液循环时间,降低免 疫原性和Gd3+滞留,且以FA为靶向分子后表现更 好的肿瘤靶向性,是一种潜在的肿瘤靶向成像用 MRI造影剂,特别适用于肿瘤早期诊断。
3.4 双模态成像PAMAMD通过将两种不同的分子影像探针“合 二为一”,使其能同时用于两种分子影像技术成 像,不仅克服了单一分子影像技术的应用局限, 而且使不同分子影像技术的优势叠加,为卵巢癌 的早期诊断和转移病灶的发现提供可能。
光学成像分辨力低、穿透力弱,与PET连用能 够评价肿瘤形态及微环境变化,为临床肿瘤的诊断 与治疗提供重要依据。临床研究表明,HER2在卵巢 癌中高表达,Wang等[8]将PAMAMD作一个平台,以 anti-HER2亲和体分子ZHER2:342为靶向分子、近红外 荧光(NIRF)CY5.5为光学成像分子、64Cu-DOTA为 PET成像分子组装靶向双模态成像探针(简称64Cu- DPCZ),用该探针对SKOV3细胞进行荧光染色, 在细胞膜和胞内区均观察到强荧光信号。随后将该 探针经尾静脉注入荷卵巢癌的裸鼠体内,1 h后,无 论是NIRF成像还是PET成像都可对异体移植瘤清晰 显影,且γ射线对组织的穿透能力强,基本不受组织 深度的影响,可应用于盆腔深部卵巢癌的成像。 鉴于CT对于实性组织比较敏感,而MRI具有优 良的软组织对比及功能成像特性,CT和MRI的联合 应用能够提供病灶部位的高空间分辨率和时间分辨 率。Chen等[20]以叶酸为靶向分子、树状大分子为载 体合成纳米金颗粒,并螯合Gd3+形成CT/MR双模态 成像造影剂,通过分析表明PAMAMD上螯合28个 Gd3+,包裹193个金原子。FR表达阳性的荷瘤裸鼠 实验结果表明在每个时间点,不论是CT值还是MR 信号强度,该靶向探针比无叶酸修饰的非靶向探针 高得多,且在肿瘤组织中造影剂的保留时间更长。
靶向探针显示出了作为MR成像方式的弛豫效能和 作为CT成像方式的X射线衰减特性,能够用于FR表 达阳性肿瘤的CT/MR靶向双模成像,且具有较长的 血液循环时间,有望应用于卵巢癌靶向成像领域。
4 树状大分子靶向系统在卵巢癌治疗中的应用靶向分子修饰的PAMAMD作为药物或治疗基因 的靶向给药载体,可以特异性地结合到肿瘤细胞表 面,并可以被细胞内化,从而实现靶向治疗,提高肿 瘤细胞内药物或治疗基因浓度,增加药效和降低毒 副作用,现已成为癌症治疗领域研究的重点课题。
4.1 化学治疗大多数卵巢癌患者原发性或治疗过程中出现 化疗耐药,成为卵巢癌治疗失败和复发的最主要 原因之一。目前认为任何能提高肿瘤细胞内化疗 药物有效浓度的方法都是克服耐药的可行方法。 Yellepeddi等[6]将生物素化的PAMAMD作为顺铂的 靶向给药载体,体外研究发现,该靶向给药系统 对四种卵巢癌细胞株的半数抑制浓度(IC50)显著 低于游离顺铂,且即使是耐顺铂细胞株,经该靶 向系统介导的顺铂摄取量,明显高于游离顺铂的 摄取量。体内研究结果表明,该靶向系统与游离 顺铂相比,可在使用低剂量顺铂时达到有效的抗 肿瘤浓度,成功降低了顺铂的剂量依赖性毒性作 用。Yabbarov等[11]将阿霉素(DOX)用酸敏感的 顺式乌头酸酐(CA)共价连接到重组甲胎蛋白D3 结构域(rAFP3D)修饰的PAMAMD上,体外研究 发现,DOX敏感的卵巢癌SKOV3细胞和DOX耐药 的SKVLB细胞对经该靶向给药系统介导的DOX摄 取量比游离DOX的摄取量高5倍。研究还发现该靶 向给药系统对SKVLB细胞IC50为0.53 μМ,是游离 DOX的1/24,且该复合物在中性条件下稳定,而 酸性环境下释放出DOX进入细胞核,表现出较强 的抗肿瘤活性,可应用于耐药卵巢癌的治疗,为 耐药卵巢癌的治疗提供新思路。
4.2 基因治疗研究发现小干扰RNA(siRNA)可在mRNA水 平上敲除目的基因的表达,成为卵巢癌个体化基 因治疗研究的新方向[21]。由于siRNA容易被内源性 RNA酶降解,且因带大量负电荷不能自由地穿过 细胞膜及核膜,因此,寻找合适的基因载体成为 基因治疗是否能在临床上应用的关键所在。Patil 等[9]将PAMAMD作为一种新型纳米级基因载体, 通过表面正电荷与BCL-2 siRNA主链上带负电荷 的磷酸基团静电结合形成高度稳定的复合物,该 复合物可保护siRNA避免RNA酶的降解,经靶向 分子促黄体激素释放激素肽(LHRH)修饰后,将 BCL-2 siRNA输送到过表达促黄体激素释放激素 受体(LHRHR)的卵巢癌A2780细胞内。RT-PCR 结果显示靶向组显著抑制BCL-2基因表达,抑制率 明显高于非靶向组。Kala等[21]利用PAMAMD这个 基因载体,将PI3K/AKT信号通路上AKT siRNA转 染至卵巢癌SKOV3细胞内,不论是在体外细胞实 验,还是在体内卵巢癌模型中,该复合物表现出 良好的肿瘤抑制作用,且第一次报道该复合物联 合紫杉醇比单用紫杉醇或PAMAMD-Akt siRNA的 肿瘤抑制作用更强,为卵巢癌基因治疗和化学治 疗联合药物的开发提供参考。
5 结语与展望由于靶向分子修饰的PAMAMD具有出色的肿 瘤细胞靶向性和多功能性,已在卵巢癌研究中展 现出良好的应用前景。但目前绝大部分PAMAMD 靶向系统仍处于实验室研究阶段,因为该系统还 存在一些待解决的问题,如溶血效应、长期生物 毒性、体内蓄积性和生产成本高等[22]。设计并制 造出低毒、低成本且联合诊断、影像学和靶向治 疗为一体的新型PAMAMD靶向系统,是最具挑战 性的重要课题之一。除了PAMAMD自身合成技术 需要不断完善,PAMAMD表面修饰的改进也是未 来研究的重点。相信经过研究者们的不断努力, 以PAMAMD为载体的靶向系统将为卵巢癌的早期 诊断、个性化的治疗开辟新的思路,使得其早日 安全有效地应用于临床。
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