肿瘤防治研究  2015, Vol. 42 Issue (12): 1253-1256
本刊由国家卫生和计划生育委员会主管,湖北省卫生厅、中国抗癌协会、湖北省肿瘤医院主办。
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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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收稿日期: 2014-12-31
修回日期: 2015-05-25
聚酰胺-胺树状大分子在卵巢癌诊断和治疗中的应用进展
孙平风1, 2聂丽菊1叶称连1郑凤霞1傅芬1许恒毅2     
1. 330006 南昌,南昌大学第二附属医院妇 产科;
2. 330047 南昌,南昌大学食品科学与技术国家重点 实验室
摘要: 聚酰胺-胺树状大分子(polyamidoamine dendrimer, PAMAMD)因具有高度枝化、结构可控、单分散性等特点,已广泛应用于生物医学领域。靶向分子修饰后的PAMAMD可作为各种客体分子的靶向载体,显著提高客体分子的生物相容性、分散稳定性和靶向性,现已广泛应用于癌症成像诊断和靶向治疗研究。本文介绍了PAMAMD靶向系统特点,并综述了近年来该系统在卵巢癌诊断和治疗中的应用,包括在循环肿瘤细胞(circulation tumor cells, CTCs)捕获、卵巢癌成像诊断和靶向治疗中的应用,最后讨论了该系统在卵巢癌研究中所面临的挑战及应用前景。
关键词: 卵巢癌    聚酰胺-胺树状大分子    靶向系统    诊断    治疗
Progress of Polyamidoamine Dendrimer Targeted System in Diagnosis and Treatment of Ovarian Cancer
SUN Pingfeng1,2, NIE Liju1, YE Chenglian1, ZHENG Fengxia1, FU Fen1, XU Hengyi2     
1. Department of Gynecologic Oncology, The Second Affiliated Hospital of Nanchang University, Nanchang 330006,China;
2. State Key Laboratory of Food Science and Technology, Nanchang University, Nanchang 330047, China
Abstract: Polyamidoamine dendrimer(PAMAMD), which have hyperbranched, well defined and monodisperse structures, is widely used in biomedical area. After targeting ligands linked to surface functional groups, PAMAMD could be used as the carriers in targeted systems to significantly improve the object molecular biocompatibility, dispersion stability and targeting property, and has been widely used in the studies of cancer imaging diagnosis and targeted therapy. In this paper, we briefly introduce the characteristics of PAMAMD targeted system, and review the research progress of PAMAMD targeted system in the diagnosis and treatment of ovarian cancer, including the capture of circulating tumor cells(CTCs), imaging diagnosis and targeted therapy; at last we discuss the application prospects and challenges of the system faced in the research of ovarian cancer.
Key words: Ovarian cancer    Polyamidoamine dendrimer(PAMAMD)    Targeted system    Diagnosis    Treatment
0 引言

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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