纳米脂质体材料在肿瘤研究中的应用

摘要：纳米材料作为药物载体，具有延长药物半衰期等特性，另外通过修饰的纳

米材料具有高的生物靶向能力，在肿瘤研究中应用越来越广泛，本文通过对近年

来国内国外利用载药纳米材料，特别是纳米脂质体，在肿瘤相关研究中的进展、

热点及难点做一综述。

关键词：纳米材料；肿瘤治疗；纳米脂质体

癌症严重威胁着人类的健康和生命，过去30年里，肿瘤领域的研究取得了重

大的进展，信号转导网络与调控在肿瘤的发生、发展、转移中起重要作用，而针

对信号转导通路中的关键因素研发的各种药物在治疗肿瘤方面的进展也是突飞

猛进。化学治疗是重要的癌症治疗手段之一, 许多化疗药物如5-氟脲嘧(5-Fu) 、

阿霉素、顺铂、长春新碱等通过细胞凋亡的途径杀死肿瘤细胞, 但是这些药物由

于对机体毒性大，分子量大难以到达病患处，限制了其在临床中应用。研发新的

抗癌药物费用高昂且周期长, 无法满足临床需要。因此利用制剂新技术提高现有

抗癌药物疗效, 减小或消除其毒副作用，增强药物靶向性显得尤为的重要【1~2】。

纳米载体作为载药材料，一般需要制成球状或囊状即纳米球或纳米微囊，纳

米球或微囊的粒径大小在10～1000 nm之间，其组成为天然或合成高分子物质。

这些天然或合成高分子物质包括脂质体，壳聚糖，纳米金，氧化石墨烯等【3】 。

纳米材料是新型的药物和基因输运载体, 具有很多传统药物载体无法媲美的优

点，在下面的文章中以纳米脂质体作为例子来做一综述。

一、纳米脂质体的组成结构

纳米脂质体即脂质体的纳米级结构，是磷脂依靠疏水缔合作用在水中自发形

成的一种分子有序的组合体，为多层囊泡结构，每层均为类脂双分子膜，内外表

面均为亲水性，双分子膜之间为亲脂性。脂质体膜主要由磷脂与胆固醇构成。脂

质体按结构分为小单室脂质体（ SUVs ）、大单室脂质体（LUVs）、多室脂质体

(MLVs)、大多孔脂质体(MVVs)几类，见图一。纳米脂质体以纳米级小单室结构

为主，经过修饰及载药处理后形成载药纳米脂质体，见图二。

图一 按结构分类的脂质体 图二 经过修饰和载药的阿霉素纳米脂质体

二、纳米材料优点

纳米材料特别是纳米脂质体作为药物载体在肿瘤诊断、影像和治疗领域取得

了令人瞩目的成就，主要原因归功于它的优点【4】。(1) 广泛的载药适应性,水溶

性药物载入内水相,脂溶性药物溶于脂膜内,两亲性药物可插于脂膜上,而且同一

个脂质体中可以同时包载亲水和疏水性药物。 (2) 系统给药时，相比小分子化

疗药物，纳米脂质体的直径相对较大，可以避免血液的首过清除效应，延长药物

半衰期。(3) 磷脂本身是细胞膜成分, 因此纳米脂质体注入体内无毒, 生物利用

度高,不引起免疫反应，生物相容性好。 (4) 保护所载药物,防止体液对药物的

稀释和被体内酶的分解破坏。(5) 纳米粒子将使药物在人体内的传输更为方便,

对脂质体表面进行修饰, 如将对特定细胞具有选择性或亲和性的各种配体组装

于脂质体表面,可达到药物的靶向性。（6）有助于克服多药耐药性。（７）生产成

本低。

三、纳米脂质体材料的制备

制备过程通常是先将类脂质溶于有机溶剂中配成溶液，然后蒸发除去有机溶

液，在器壁上形成均匀的类脂质薄膜，此薄膜是由磷脂和胆固醇混合分子相互间

定向排列的双分子层组成。随后加入缓冲水溶液，水溶液在超声作用下分散为小

水滴。脂质膜的亲水基吸附在水滴表面形成一层单分子膜。从而生成油包水微乳

液。有机溶剂中多余的磷脂、胆固醇在有机相与缓冲液的临界面迅速生成一层单

分子膜，在离心作用下，油相中小水滴穿过油水界面的单分子膜并被其包围在水

相中形成脂质体，原理见图三。

图三 脂质体形成原理图

目前，全世界已有数十家脂质体公司生产脂质体靶向治疗药品【5】。但纳米脂

质体的制备方法还一直停留在实验室阶段，据文献报道，纳米脂质体制备方法主

要有薄膜分散法、注入法、冷冻干燥法、超声分散法、逆向蒸发法等10余种【6~12】，

通常要达到脂质体纳米级粒径还需要配合超声、挤出或高压均质等技术。虽然这

些方法取得了较好的效果，但在制备过程中使用大量对人体有害的有机溶剂残

留，而且这些传统的纳米脂质体制备方法还存在包封率低、脂质体膜易破裂、稳

定性差、贮藏稳定性不足、难以实现大规模生产、成本高等问题【13】。目前以研

发出新的纳米脂质体制备技术，如Freder IK SENL等【14】 首次采用超临界CO2 流

体技术制备了纳米脂质体。超临界流体可以起到代替有机溶剂的作用, 具有以下

优点: 制备工艺简单, 条件温和, 可实现工业化生产, 整个过程无溶剂残留, 无

污染【15】。

四、纳米脂质体的载药机理

根据载药机理不同, 可分为被动载药法和主动载药法两大类。被动载药法是

将药物溶于水相或有机相中, 然后按照上述脂质体制备原理制备含药脂质体。其

特点是在制备脂质体的同时, 将待包封的药物装载其中。这种制备方法适用于脂

溶性强或水溶性强的药物, 制备得到脂质体的包封率较稳定。

主动载药法, 是一种利用脂质体内外水相跨膜的离子或化合物梯度实现药

物装载的方法。利用上述脂质体的制备方法制备不含药物的空白脂质体, 建立囊

泡内外的离子梯度(例如硫酸铵梯度、pH梯度等)。其中, 主动载药技术最成功的

例子就是阿霉素脂质体。见图四【16】。盐酸阿霉素为弱酸性药物,通过调节pH值,

使脂质体内外水相形成一定的pH梯度差,在酸性条件下内水相的药物主要以离子

形式存在,而在碱性条件下,外水相药物主要以电中性的分子形式存在。因此,顺

着pH梯度差,该药物能以分子形式跨越磷脂膜,而最终以离子形式包封于内水相

中，加之55℃为蛋黄卵磷脂相变温度,此时脂质体为液晶态,膜通透性大大增加,

从而加快了药物分子跨膜内转过程【17】。相似的，利用硫酸铵梯度制备阿霉素脂

质体也取得了突破【18】。

图四 pH梯度法制备的盐酸阿霉素脂质体

五、纳米脂质体的靶向机理

纳米粒进入机体后,易被网状内皮系统(RES)的单核巨噬细胞(MPS)吞噬而迅

速清除,难以到达靶组织,且与靶细胞结合亲和力弱,靶组织中沉积量少。为了避免

药物被巨噬细胞迅速清除和提高靶组织中药物沉积量,从而提高其稳定性、靶向

性, 需要对纳米粒表面进行修饰。

纳米脂质体的靶向机制可以分为主动靶向和被动靶向。

被动靶向性是指它容易被位于肝、脾、肺及骨髓的单核巨噬细胞系统RES摄

取,纳米粒的性质(如聚合物的类型、疏水性、生物降解性)及药物或靶基因的性质

(如分子量、电荷与纳米粒结合的部位)都可影响药物或靶基因在RES的分布。通

过对纳米粒的表面性质(大小、形状、亲水性、表面电荷、囊壁孔隙率)进行控制

和修饰, 可减少RES对纳米粒捕获,提高生物学稳定性和靶向性。其中表面修饰材

料主要有：聚乙二醇( PEG) 、聚环氧乙烷( PEO)，MOSQUER IA等【19】用荧光标

记研究了PEG修饰的PLA纳米粒子与巨噬细胞之间的关系后证明,与未经修饰的

PLA 纳米粒子相比,未经修饰的PLA粒子被巨噬细胞吞噬的量是经PEG修饰后的

粒子的13倍，当PEG相对分子量为20 000时, 避免被吞噬的能力最强，但是, GREF

等【20】研究认为这并非是简单的线性关系,PEG用量超过一定比例,吸附蛋白量则不

再减少，他还发现,PEG-PLA纳米粒子可有效地避免一般PLA粒子常出现的破裂

现象，纳米载体表面的PEG链可有效地增加粒子的稳定性；非离子表面活性剂如

poloxamer/poxamine 类，不同的非离子表面活性剂对纳米脂质体修饰使其被动靶

向位置不同【21~23】；壳聚糖、环糊精等多糖，BOUDAD等【24】将氰基丙烯酸烷基

酯(ACA)单体在沙奎那韦的羟丙基2β2环糊精包合物溶液中发生聚合反应, 所得

PACA纳米粒的载药量比不用羟丙基-β-环糊精时增长20倍；血液成分中补体系统

在RES吞噬异物时发挥重要作用,通过抑制补体系统, 可避免被吞噬，肝素能在不

同阶段抑制补体系统的活性, PASSIRAN I等【25】将它共价连接到聚甲基丙烯酸甲

酯( PMMA)纳米粒上,发现其半衰期为5 h, 在血中停留长达到72h, 而PMMA 纳

米粒的半衰期只有3 min。BORCHARD等【26】将纳米粒用血浆包衣后,在静注前,

56 ℃处理30 min,使补体失活,可延长微粒的血中循环时间。

与被动靶向相比, 纳米脂质体的主动靶向不仅会增加药物被靶细胞摄取的

几率, 还可以有效地降低药物的毒副作用。如果将主动靶向纳米脂质体应用于临

床, 将会丰富脂质体在靶向治疗中的应用。纳米脂质体的主动靶向又可以分为物

理/化学靶向、受体靶向和抗体靶向【27】。（一）物理/化学靶向是指在纳米脂质体

设计中, 通过外力(外源性温度、磁场等)或其他物理化学因素(机体自身的pH、温

度等)的变化而使药物富集在身体特定病灶组织。○1Che lv i等【28】制备了相变温

度为42.7℃的热敏脂质体, 用其携带氮芥并结合局部加热的方法治疗黑素瘤小鼠,

研究结果表明这一治疗方案大大的提高了药物递送到肿瘤部位的药量, 使肿瘤

体积明显减小, 荷瘤鼠存活时间显著延长。徐学敏等【29】研究表明肿瘤新生血管

内皮细胞对热敏感, 局部温热作用促使了肿瘤环境下内皮细胞之间连接的破坏,

进而促进了微纳米脂质体在肿瘤组织中的渗透。○2 在脂质体膜中加入pH 敏感

材料,当脂质体通过胞吞作用进入到细胞内部以后, 由于胞内体酸度的增加, 使

脂质体膜发生融合释放内容物于细胞质中【30】，因此 研发新型pH 敏感的脂质材

料是实现脂质体pH 靶向的重点【31~32】。 ○3含有磁性颗粒的脂质囊泡, 既具有磁

流体性能又具有脂质体的功能。当其进入体内后, 利用外磁场效应诱导载体定向

移动和浓集在加有磁场的靶向部位。吴新荣等【33】研究表明紫杉醇磁性纳米脂质

体组,在动物的肺部体外施加磁场,肺部位的药物浓度明显高于其它部位,且在给

药后很快达到稳态浓度,紫杉醇脂质体组,给药后肺部位逐渐上升到稳态浓度。给

予紫杉醇磁性纳米脂质体并施加磁场组的肿瘤抑制率为27.53%,显著高于紫杉醇

脂质体组。叶辉等【34】研究表明在外加磁场作用下,磁性纳米干扰素MIL在体内有

明显的靶向治疗肿瘤效果: 通过下调VEGF、上调Caspase-3 在mRNA和蛋白方面

的表达, 能够抑制肿瘤血管增生和促进肿瘤细胞凋亡, 从而进一步抑制肝癌的生

长与转移。（二）受体靶向是利用某些器官组织上受体与配体发生转移性结合的

原理进行设计【35】。目前研究较为集中的是转铁蛋白受体、半乳糖受体和叶酸受

体。Suzuki等【36】将奥沙利铂包封于转铁蛋白介导的长循环脂质体中, 静脉注射

给予荷瘤小鼠, 结果表明, 转铁蛋白介导的长循环脂质体在癌组织中的达峰时间

和峰浓度均显著高于溶液组, 可以显著增加脂质体的癌组织靶向性。Kawakami

等【37】对半乳糖、甘露糖和岩藻糖3 种不同糖基修饰的脂质体的肝实质细胞靶向

效率进行研究, 研究结果表明, 三者在肝实质细胞/肝内肝非实质细胞的分布比

率分别是15．1、0．6、0．2。这一结果表明半乳糖对肝实质细胞具有较强的选

择特异性。Goren等【38】将叶酸连接在阿霉素长循环脂质体的PEG 末端而制备成

主动靶向脂质体, 通过静脉注射实现了靶向治疗的目的。（三）抗体靶向， Park

等【39】对抗人表皮生长因子的单克隆抗体介导的阿霉素长循环脂质体进行了体外

靶细胞内吞作用和成鼠体内的药动学研究, 结果表明抗人表皮生长因子的单克

隆抗体介导的阿霉素长循环脂质体在成鼠体内循环时间与普通长循环脂质体无

明显差别, 但可显著增加癌细胞内阿霉素的浓度, 并对癌组织生长起到明显的抑

制作用。