三氧化二砷结合靶向递送系统——实体瘤治疗的新策略△

张璇，黄健，王金辉，蔺聪聪

哈尔滨医科大学 药学院，黑龙江 哈尔滨 150081

三氧化二砷（As2O3）俗称砒霜，是最古老的毒物之一，首载于《日华子本草》[1]，作为药物应用至今已有2400 多年。传统中医药学认为，砒霜是以毒攻毒的药物，其药性峻猛，有蚀疮祛腐、杀虫、劫痰、截疟等功效[2]。现代，As2O3发挥出不同的功效，20 世纪70 年代，张亭栋[3]以其为主药研发出“癌灵一号”，运用于急性早幼粒细胞白血病（APL），取得了显著疗效。随着As2O3抗白血病临床研究的开展及其机制的揭示[4]，As2O3已成为被美国食品药品监督管理局（FDA）批准的治疗APL 的首选药。进一步研究发现，As2O3不仅对白血病有奇效，对肝癌、肺癌、前列腺癌、胃癌等实体瘤的治疗也有一定的效果。As2O3具有较强的细胞毒性，且无需任何响应或激活即具药理活性。遗憾的是，全身注射后，抵达肿瘤并发挥生理活性的As2O3却不足总给药剂量的1%，其余大量As2O3会非特异性地杀伤正常组织细胞。此外，As2O3肾脏清除快、半衰期短等缺陷也阻碍了其在实体瘤治疗中的进一步推广[5]。如何以“毒”攻“毒”、变“毒”为“宝”，实现As2O3在实体瘤临床治疗中的应用，是近年来国内外研究的热点。纳米载体作为新兴的药物运载工具，能够保护药物不被降解，延长药物的血液循环时间，大大提高药物在肿瘤部位的富集，从而降低其对正常组织和细胞的毒性。与纳米技术相结合，研究者们开发了一系列具有被动靶向性、主动靶向性和响应性释放的新型As2O3靶向递送系统，以实现As2O3的定时定位递送。本文综述了近年来As2O3纳米药物应用于实体瘤治疗方面的最新研究进展，以期为As2O3进一步应用于实体瘤提供新的思路。

1 被动靶向递送系统

相对于正常组织，实体瘤组织中血管丰富、血管壁结构完整性差、间隙较宽，淋巴回流缺失，造成大分子类物质和脂质颗粒具有高通透性和滞留性，肿瘤部位这种增强渗透滞留（EPR）效应，使得粒径＜200 nm 的颗粒可通过血液循环向肿瘤组织渗漏，赋予了其良好的被动靶向性。笔者总结了基于EPR效应被动靶向递送As2O3的不同纳米载体，如脂质体、聚合物囊泡及仿生纳米粒在实体瘤中的最新研究进展。

1.1 脂质体

脂质体是将药物包封在类脂质双分子层中形成的纳米级微小泡囊，其主要缺点是在血液中能被快速清除。随着新型载体材料及药物修饰物的开发，免疫脂质体、长循环脂质体、靶向脂质体等新型脂质体逐渐问世，已成为许多药物的首选载体。As2O3脂质体的研发始于Gortzi等[6]成功制备了胂酸脂质体，在3种恶性肿瘤细胞系（HL-60、C6、GH3）实验中，胂酸脂质体显现出明显的细胞毒性，而对正常细胞抑制作用小。张旭等[7]发现，As2O3脂质体可诱导20.03%大鼠C6 脑胶质瘤凋亡，远高于游离As2O3的诱导凋亡率（3.92%）。同时多项研究揭示，As2O3脂质体对胶质瘤中血管内皮生长因子（VEGF）及CD34蛋白表达的抑制作用也更强[8-9]。脑胶质瘤动物模型中，静脉注射As2O3脂质体取得显著效果。这是由于As2O3脂质体具有较高的血脑屏障（BBB）通透率，可明显提高脑内药物浓度，对大鼠脑内胶质瘤发挥更有效的治疗作用。但采用普通材料和方法制备的As2O3脂质体包封率低且不稳定，As2O3在生理pH条件下主要以亚砷酸［As（OH）3］的特殊形式存在，其可以穿透脂质双分子层，导致药物泄露和全身毒性。为获得高包封率、高稳定性的As2O3脂质体，研究者尝试通过将As2O3与过渡金属离子（NiⅡ、CoⅡ、PtⅡ等）共沉淀，产生复合物后再载入脂质体中。结果表明此类脂质体可使As2O3在血液循环过程中保留在脂质体内，从而提高了脂质体的稳定性和包封率[10-13]。Wang等[14]采用醋酸铜梯度法制备的As2O3脂质体，通过在脂质体内使得水相醋酸铜与As2O3形成复合物，使包封率达83.1%。体内药动学实验表明，As2O3脂质体血浆清除率显著降低，与静脉注射的As2O3溶液相比，体内循环时间成倍增加，改善了药物在肿瘤组织的分布。进一步研究表明，砷与金属离子形成的牢固骨架增加了药物的稳定性，这种脂质体的储存时间比原来延长了6个月。综上所述，由于脂质体作为药物载体时能改善药物的药动学特征和组织分布，增加抗肿瘤药的疗效，减弱毒性，因此在构建As2O3靶向递送系统时，从基于EPR 效应的普通脂质体，到偶联特异性配体，实现精准靶向肿瘤组织的主动靶向脂质体，脂质体的开发也成为新的研究方向（表1）。

表1 As2O3脂质体构建策略及应用

1.2 聚合物囊泡

聚合物囊泡基本结构与脂质体相似，均为具有封闭的类脂质双分子层结构，但与脂质体相比，聚合物囊泡的两亲性分子为合成的嵌段共聚物而不是磷脂，因此，其双层膜具有更强的刚性，且其表面电性可通过共聚物组成改变，具有更强的增溶力、靶向性、缓释性。在聚合物囊泡的制备中，聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）是常用材料，用聚乙二醇（PEG）表面修饰可避免其与单核巨噬系统的非特异性相互作用，获得体内长循环效果。王琪等[18]将As2O3聚乳酸纳米粒（As2O3-PLA-NPs）用PEG 衍生物（mPEG）修饰后药时曲线下面积（AUC）为原来的1.64 倍。但PEG 本身会干扰纳米粒和细胞间的相互作用，而且在药物释放过程中，PLGA 会被降解，降解体系呈酸性，可以引发炎症反应，这些都要求研究者寻找新的改性材料。国外研究中，Song等[19]将PEG 和乳糖酸（LA）偶联至壳聚糖（CS）上，制备了改性材料PEG 和LA 修饰的壳聚糖（PLC）。细胞实验证明，优化后的As2O3-PLGA/PLC纳米粒子具有良好的血液相容性和缓释性，在应用于SMMC-7721细胞时，能有效抑制瘤细胞生长，而对正常人肝细胞毒性低。因药物载体和改性材料均具有良好的生物相容性和可降解性，这种聚合物囊泡对肾脏和肝脏无毒，是一种安全有效的肝癌化疗给药系统。Hu 等[20]发现，PEG-PLGA-聚赖氨酸（PEAL）阳离子胺基疏水/亲水三嵌段共聚物在体内降解产物无毒，且作为药物载体时可增强对药物的摄取，实现瘤内给药，在后续细胞实验中发现，PEAL 载As2O3递药后可通过降低DNA 甲基转移酶1（Dnmt1）和增殖细胞核抗原（PCNA）的表达、减弱Dnmt1和PCNA之间相互作用、诱导G2/M1基因阻滞等方式抑制肿瘤细胞生长和转移，从而增强疗效。由此可见，研究开发新的聚合物材料是优化As2O3聚合物囊泡的关键。

1.3 仿生纳米粒

由于载体材料本身为异源性物质，因此在纳米颗粒到达肿瘤组织前往往会被机体免疫系统快速清除，从而大大降低临床疗效。为解决此问题，基于细胞、内源性蛋白及病原体的仿生药物递送系统应运而生。目前，As2O3仿生纳米粒的研究主要是基于前2 种设计理念。Lian 等[21]利用红细胞膜（RBCM）对As2O3纳米粒进行包裹。实验中用离子交联法制备了负载有As2O3的海藻酸钠纳米粒（SANA），再将RBCM 包封于表面得到红细胞包裹的载药纳米粒（RSANs）。RSANs 具有完整的双层结构，平均粒径为163 nm，平均包封率为14.31%，与未包膜组相比，包膜组药物被巨噬细胞吞噬的几率降低51%，且对NB4 及7721 瘤细胞系均有毒性，但对正常细胞毒性较低。另外，人血清白蛋白（HSA）也可用来包封纳米粒，提高药物的生物相容性或改善药物的分散性。吴名等[22]发现，用HSA 包覆多孔氧化铁运载As2O3后，可改善As2O3在缓冲液中的分散性，达到更好的肝靶向效果。樊继波[23]采用乳化-热固法制备的As2O3白蛋白纳米球具有载药量高、释药缓慢的优点，体外实验中能有效杀伤膀胱癌细胞，且与游离药物相比，药物毒性更低。最新研究中，研究人员采用化学原位沉淀法合成裸As2O3纳米粒后用HSA 涂布。制得的纳米粒在运用于小鼠成纤维细胞和人皮肤成纤维细胞（HDF）中时，展现出良好的生物相容性，并且对正常组织细胞的毒性低，HDF中HSA-As2O3的质量浓度低于20 μg·mL-1[24]。

2 主动靶向递送系统

随着研究的深入，发现肿瘤微环境（TME）远比预期复杂，致密的细胞外基质、血管高渗透性、较高的组织液压等形成了阻碍抗肿瘤药物有效递送的天然屏障[25]，化被动靶向为主动靶向的策略为纳米药物避开肿瘤组织致密微环境的天然屏障，进一步提高负载药物的疗效开辟了新的思路。因此，在前期基础上，研究者们针对肿瘤部位的特异性表达因子，设计了一系列主动靶向纳米制剂，如利用叶酸、抗体、多肽等对As2O3的纳米粒进行修饰。利用肿瘤细胞大量表达的特异性因子，实现As2O3在肿瘤部位的定向富集和精准释放，而正常组织细胞因缺乏对应受体，药物不易进入细胞，从而减轻了药物的不良反应（图1）。

图1 As2O3主动靶向递药原理

2.1 叶酸修饰

叶酸受体（FR）在肿瘤细胞膜上高度表达，在正常组织细胞上的表达却相对保守，将叶酸偶联至脂质体，介孔二氧化硅（SiO2）纳米粒等载体上可赋予其主动靶向性。Chen 等[26]将叶酸作为配体连接到As2O3脂质体上，研究表明，人鼻咽癌细胞以FR为中介内吞As2O3脂质体，结合叶酸的靶向脂质体细胞摄入率是未结合组的3～6 倍。叶酸修饰的主动靶向系统在抗肝癌的研究尤其多。Zhu等[17]制备了叶酸修饰的亚砷酸钙脂质体（FA-LP-CaAs），在应用于HepG2 细胞系时，与未经叶酸修饰的LP-CaAs 纳米粒相比，FA-LP-CaAs 的细胞摄取率显著增加，且HepG2 细胞内As2O3浓度也提高，细胞凋亡率升高。叶酸也可以修饰其他纳米载体，如白蛋白纳米粒。刘海[27]合成了叶酸偶联率为30.31 μg·mg-1的载药叶酸偶联牛血清白蛋白纳米粒（F-BSANP）。将其应用于A549 肺癌细胞模型时发现，F-BSANP 组对肿瘤细胞的抑制率为72%，对正常细胞抑制率仅为13%，而未偶联叶酸的药物对肿瘤细胞和正常细胞的抑制率分别为14%和10%。这表明叶酸修饰赋予药物载体对靶细胞特异性杀伤作用。Chi等[28]在成功制备了具有pH依赖释放特性且中心含有磁性氧化铁纳米颗粒的介孔SiO2纳米粒后，为进一步提高其对肝癌组织的靶向作用，将其表面用叶酸修饰，在应用于SMMC-7721肝癌细胞系后，结果显示，叶酸修饰组半数抑制浓度（IC50）下降至0.36 μmol·L-1，而用mPEG 修饰的对照组IC50为1.46 μmol·L-1，这说明叶酸修饰增加了细胞药物摄入率，因而获得更好的抗癌效果。

2.2 抗体修饰

抗体修饰可通过抗体-受体或抗体-配体识别结合的原理实现药物的靶向运送。采用抗体-受体结合策略构建的主动靶向药物的基本原理是某些受体在肿瘤组织高表达，因此在As2O3药物上偶联相对应的抗体构建的免疫微球或纳米粒可以靶向肿瘤组织。尿激酶系统包括尿激酶原激活物（uPA）和uPA 受体（uPAR），uPAR 在多种癌细胞表面过表达，而在正常组织中低表达。因卵巢癌细胞具有高表达的uPA 系 统，Zhang 等[13]将uPA 抗体连接 至As2O3脂 质体上，这种靶向脂质体应用于卵巢癌细胞后，癌细胞药物摄入的效率增加4 倍，细胞生长抑制率为普通脂质体的2倍。因VEGF-2受体在肝癌组织中过表达，研究者将VEGF-2 偶联至As2O3-PEG-PLA 纳米粒上，该体系应用于肝癌裸鼠模型后在肝肿瘤组织药物浓度为未偶联抗体的2 倍，而在其他组织药物浓度显著降低[29]；陈岩等[30]将转铁蛋白受体的单克隆抗体（OX26）偶联至As2O3脂质体上制备的As2O3免疫脂质体对大鼠脑胶质瘤的抑制率高于单纯As2O3组。另外，抗体-抗原的特异性结合亦可以提供设计主动靶向药的思路。Qian 等[31]将抗CD-44v6 抗体片段可变区共价连接至As2O3脂质体囊泡上，因上皮细胞起源的肿瘤细胞高表达CD-44v6 抗原，所以该载药体对此类肿瘤细胞表现出高度靶向性。该实验组进一步将合成的纳米粒应用于人胰腺癌细胞系PANCE-1，发现与非靶向组相比，靶向组能够更有效地运送药物到肿瘤组织。

2.3 多肽修饰

叶酸或转铁蛋白等修饰的载药体系往往与天然配体之间存在竞争，受体基本被内源性的叶酸或转铁蛋白饱和，导致外源性导向效率偏低，因此多肽修饰作为一种新型高效的运载配体正被越来越多的研究者所青睐。Angiopep-2 是近年来发现的一种能够通过高表达于BBB 和胶质瘤的低密度脂蛋白受体相关蛋白（LRP）介导靶向BBB 和脑胶质瘤细胞的多肽，因此用Angiopep-2 来修饰纳米递药系统为As2O3脑部药物递送提供了新思路。研究者以聚丙烯酸（PAA）包覆的介孔SiO2（MSN）纳米粒为载体，采用薄膜水化法自组装形成Angiopep-2 修饰的功能化MSN 脂质囊纳米粒。其可通过和脑胶质瘤细胞上高表达的LRP-1 特异性地识别结合，增加As2O3跨BBB 并靶向治疗脑胶质瘤能力，体外抗肿瘤活性实验中展现了较好的体外抗脑胶质瘤效果[32]。另外，整合素αvβ3 在大多数肿瘤细胞和其血管内皮表面高表达，而Arg-Gly-Asp 三肽序列（RGD 肽）是整合素αvβ3 的特异性配体，使用RGD 肽修饰的药物也能实现对肿瘤组织的靶向作用。Lu等[33]将RGD 肽与聚乙醇化-聚酰胺-胺（mPEG-PAMAM）树状大分子偶联后，制备了靶向肿瘤组织的药物载体RGDyCmPEG-PAMAM。由于偶联RGD 肽增加了肿瘤细胞对药物的摄取，因而对小鼠C6胶质瘤抑制率为未偶联RGD 肽载体的2 倍。进一步研究发现，iRGD（CRGDK/RGPD/EC）肿瘤渗透能力强，TGN 肽是另一种BBB 靶向短肽。倪文娟等[34]用BBB 转运（TGN）肽和iRGD 修饰PAMAM 树状大分子，构建出iRGD/TGN-PEG-PAMAM/As2O3脑胶质瘤靶向给药系统，使得As2O3能更好地透过BBB 并在肿瘤组织呈特异性分布。在体外跨BBB-人恶性脑胶质瘤U87细胞实验中，在2种肽联合修饰的给药系统作用下，U87 细胞的存活率为39.24%，显著低于单独使用iRGD 肽，单独用TGN 肽，或未修饰的对照组。在应用于肝癌的研究时，Fei 等[35]将RGD 与脂质体（LP）-空心SiO2（CHMSN）结合，制备了RGD-LPCHMSN-As2O3载药体系。为了将RGD 成功修饰于载药中空SiO2（HMSN）表面，研究者采用氯二甲基十六烷基硅烷修饰HMSN 表面，以支持磷脂双分子层，提高药物递送系统与细胞膜的亲和力，并使其易于被RGD 肽修饰。当应用于H22 肿瘤-异种移植小鼠模型时，RGD 肽修饰可显著提高细胞摄取率，与游离As2O3组相比，半衰期延长了1.7 倍，AUC 增加了2.4 倍，该载药系统提高了药物的靶向效率和抗癌潜力。

2.4 三苯基膦（TPP）修饰

越来越多的研究表明，选择性地将药物递送到特定的亚细胞细胞器可以显著提高癌症治疗的效率，其中以线粒体为靶点的治疗策略最受关注。一方面，线粒体是为肿瘤细胞提供能量的重要细胞器，更容易受到热疗和氧化损伤；另一方面，线粒体在调节癌细胞凋亡过程中具有重要作用，当细胞受到刺激时，线粒体内外膜之间的细胞色素C 和凋亡诱导因子释放，半胱氨酸-门冬氨酸特异性蛋白酶类（Caspases）凋亡通路被激活。因此，靶向线粒体可作为抗癌药物递送的新思路。研究表明，As2O3可通过线粒体途径诱导肿瘤细胞凋亡。综上，以线粒体为靶点的As2O3递送策略在癌症治疗领域具有广阔的前景。TPP是目前最常用的线粒体靶向基团之一。TPP化学结构中含有的3 个苯基使其整个分子具有很强的脂溶性，同时，TPP 磷原子上的正电荷可以离域到3 个苯环，形成离域正电荷，促使TPP 可穿越线粒体的磷脂膜。周伟等[36]将TPP 通过硅烷化试剂键接到三氧化二铁介孔纳米棒的表面，制备了具有线粒体靶向性的药物载体输送As2O3。在应用于人类乳腺癌细胞MCF-7 时发现，与未加TPP 的载药体系及游离As2O3相比，结合TPP 后构建的新型药物递送系统As2O3-TPP-PEG-MNRs 富集于MCF-7 细胞线粒体中，实现药物的靶向递送。Wu 等[37]使用二氧化锆为载体，用相变十四醇（PCM）修饰，构建了微波（MWA）控制释放的载As2O3纳米微粒后，进一步在其表面偶联TPP。在体外实验中，与未偶联组相比，偶联TPP组直接靶向癌细胞线粒体，增强As2O3促进线粒体损伤的作用。实验表明，表征线粒体凋亡的绿/红荧光比值在偶联TPP 组上升至2.39。在用于HepG2 细胞时，可显著抑制癌细胞转移和增殖并促进其凋亡。除TPP 外，靶向线粒体的配体还有十八烷基TPP、促凋亡肽等[38]，但在As2O3的递药体系中并未研究。As2O3可通过多种机制对实体瘤起到治疗作用，此过程涉及多种细胞内结构，而纳米载体细胞器靶向药物也逐步发展。因此，除线粒体外，靶向其他细胞器可能将会成为As2O3靶向递送的一个新思路。

3 刺激响应型递送系统

为进一步实现药物的按需响应释放，基于TME中某些特殊环境、物理或化学因素设计的刺激响应型纳米递送系统应运而生，这类智能纳米药物递送系统进入体内后可在外源性（如温度、磁场、光等）或内源性（如pH、谷胱甘肽、活性氧、酶等）刺激下通过载体结构、构型等特征发生改变，迅速或按一定速率释放药物。

3.1 磁响应型递送系统

磁场在肿瘤治疗中功能众多，如外加高频交变磁场（AMF）时可升温实现磁热疗。基于此，永磁性药物可利用其磁场响应性实现磁性靶向运输。此外，与具顺磁性或超顺磁性的金属离子结合可进行磁共振成像（MRI）。例如，磁靶向热敏脂质体可以在外加磁场的作用下随血液循环聚集到靶器官，通过磁热转化升高肿瘤部位的温度，使脂质体双层的渗透性增加，药物快速释放，与普通的脂质体相比具有更强的靶向性和更好的控制释放特性。Wang等[39]将磁性纳米粒子MZFs 和As2O3用温敏材料实现共包封，制备了As2O3/MZFs 热敏磁性脂质体，MZFs 在接触AMF 时，其温度可达到脂质体相变温度（42.71 ℃），实现定时定位给药，应用于肝癌细胞系时，肿瘤体积抑制率高达85.22%。此外，另有研究者采用化学沉淀法制备了新型磁性纳米药物As2O3/Fe2O3[40]。因Fe2O3纳米颗粒在高频交变电磁场中具有良好的功率吸收能力和较强的磁响应性，因此可以通过调节Fe2O3浓度，选择合适的温度范围（42～46 ℃）进行肿瘤热疗。可见，这种给药系统结合了磁流体热疗（MSF）和药物化疗的优势，当应用于SMMC-7721 细胞系时，疗效远优于单独使用药物。Chi 等[28]用磁性氧化铁和多孔SiO2合成一种磁性药物载体M-LPMSNs，在载入As2O3后发现，在注射药物0.5 h 后，肿瘤区域开始出现明显的核磁信号，并持续至少24 h，这有利于治疗过程中的持续监测。这种成像技术可以监测药物是否准确到达目标部位，观察药物杀瘤效果，具有广阔的发展前景。

3.2 pH响应型递送系统

由于肿瘤的快速生长、新生血管生成导致肿瘤内营养和氧气匮乏，代谢方式以糖酵解为主，从而在肿瘤间质中产生酸性代谢物，使得TME 中pH 为5.7～7.8，而正常组织的pH 为7.2～7.4，利用肿瘤部位与正常组织间pH 差异可构建pH 敏感的药物递送系统。传统构建pH 响应性As2O3药物递送系统有2 种，一是将As2O3的不同盐与Zn2+、Ni2+等金属离子络合制成前药，在酸性环境下变为活性药物发挥药效；二是采用pH 敏感材料，如PAA 等进行表面修饰。基于第一种设计思路的研究较为成熟，研究者开发出多种可与砷形成络合物并各具特点的金属离子。Huang等[41]利用As（OH）3与氯化锌反应生成亚砷酸锌(ZnAsOx），再将其载入合成的纳米级介孔SiO2中，制备了以SiO2为外壳，ZnAsOx为核心（ZnAs@SiO2）的纳米药物。ZnAs@SiO2在体循环中保持稳定，而在pH为6.4时释放增强。与Zn具有类似作用的还有镍离子，且对砷负载率高。在Chi等[28]制备的多功能纳米粒中，As2O3以亚砷酸镍配合物的形式存在，在生理条件（pH=7.4）下稳定，不显示药理活性，而在pH=5.4时，核心药物则会崩解成镍离子和亚砷酸镍，在将其应用于SMMC-7721癌细胞时，与游离As2O3组相比，凋亡诱导基因和凋亡抑制基因的比值（Bax/Bcl-2）的表达显著升高，促进细胞凋亡。Zhu 等[17]将As2O3以亚砷酸盐的形式与Ca2+结合后构建了以Ca3（AsO3）2为核心药物的递药体系，其在酸性环境中同样可溶解形成亚砷酸盐，实现药物的响应性释放。这一将As2O3与金属离子结合制成纳米前药，构建出自载药物递送体系的思路，在实现pH依赖可控性释放的同时，大大提高了药物递送体系的载药量。此外，以pH敏感材料作为载体的载药体系亦可实现As2O3在TME 中的触发性释放。PAA是一种最常用的pH响应材料，具有低毒和良好的生物相容性。Xiao等[42]在载有As2O3的纳米级中空SiO2表面偶联PAA 作为pH 响应材料后，As2O3在pH 5.0 时的48 h 累积释放率达76.15%，远高于pH 味7.4时（40.52%）。

值得一提的是，近年来金属有机框架（MOFs）的出现为pH响应型纳米递送系统的制备提供了新的材料支持。MOFs 纳米递药系统是将有机化学基团与金属离子相结合，构建出纳米级的结晶材料作为药物运载体，制备时药物通过配位交换的方式进入载体，在TME 中药物亦可通过离子交换等方式释药，从而实现药物的触发性释放；与传统纳米级药物载体相比，对As2O3这样的无机化合物，MOFs 形成的空隙结构与巨大的表面积还赋予了其高载药量的优势。Ettlinger 等[43]采用ZnⅡ离子作为金属离子，2-甲基咪唑作为有机基团合成了新型药物载体锌-甲基咪唑MOF（ZIF-8）作为药物载体，再将As2O3以As（OH）3的形式通过配位交换的方式载入载体中，载药量高达98 μg·mg-1。体外实验中，因ZIF-8 骨架在酸性条件下分解，因此载有As2O3的纳米粒在酸性的TME 中可实现特异性释放。在将其应用于非典型畸胎样横纹肌瘤细胞系时，可明显抑制肿瘤细胞的生长。MOFs 作为载体不仅载药量大，且载体本身具备pH触发释放特性，这与目前pH 触发释放纳米药物大多是基于将As2O3制成各种盐的思路不同，具有广阔的研究前景。然而，在此研究中，实验者采用PEG 对MOFs进行表面修饰，与未修饰药物相比却未发现明显优势，因此，关于MOFs的表面修饰方面仍需进一步探究。

此外，低pH 插入肽（pHLP）的发现也为pH 触发释放递药系统提供了新思路。由于自身的特殊序列结构，pHLP 在碱性和中性条件下以单体形式存在，酸性条件下跨膜序列中的谷氨酸残基、天冬氨酸羧基、C 末端均被质子化，疏水性增强。因此，在酸性TME 中，pHLP 可折叠并插入细胞的脂质双层中，促进纳米药物的细胞摄取，增强其在肿瘤部位滞留。Zhang等[44]利用反相微乳法构建了以亚砷酸锰（MnAs）为核心药物，纳米级介孔SiO2为载体的载药体系，再使用pHLP 包被，制备了在TME 中可控性释药的多功能药物递送体系MnAs-SiO2-pHLIP。体外实验表明，在肝癌、宫颈癌等多种癌细胞系中，MnAs-SiO2-pHLIP 在pH 6.0 时细胞摄入率更高，释药量也更大。同时，酸性环境可以触发Mn2＋的释放而增强T1 信号，因此可以通过对比增强的磁共振成像信号实现药物释放情况的实时监测。

3.3 无机磷（Pi）响应性释放

无机磷酸盐在体内以磷酸二氢盐和磷酸一氢盐的形式富集于血浆及细胞质中。TME 中Pi的浓度是正常组织的2 倍。因此，Pi 被认为是一种新的TME特征性生物标志物。基于此，研究者们开发了Pi 触发释放的As2O3纳米前药。因镧系矿物多以磷酸盐的形式存在，其中钆离子（Gd2＋）的磷酸盐与相应的砷酸磷酸化合物相比更加稳定［KspGdAsO4（10.0～21.7）＞KspGdPO4（10～25）］。因此，Chen 等[45]利用［GdAsOx（s）+Pi（aq）-GdPO4（s）+H3AsO3（aq）］的反应，制备了以亚砷酸钆（GdAsOx）为核心药物的Pi 依赖释放性As2O3自载递药体系。研究表明，在高浓度Pi 存在时，释药率高达96%，而在没有Pi的情况下，纳米粒在不同pH条件下均无药物泄露，证明了此载药体系的高度肿瘤靶向性。此外，与游离As2O3相比，GdAsOx纳米粒在肿瘤内砷的积累增加10倍。此外，TME中高浓度的Pi不仅用于蛋白质的快速合成和肿瘤细胞的增殖，而且是维持TME 酸性环境的重要离子。与未转移的肿瘤相比，高转移性肿瘤的Pi浓度增加。因此，当磷酸取代As（OH）3时，实现了靶向释药和碱化TME 的双重治疗作用。Fu等[46]用氯化钆水溶液（GdCl3·6H2O）和亚砷酸钠（NaAsO2）制备了粒径处于纳米范围的胶体GdAsOx纳米颗粒。体外研究显示，在存在1.4 mmol·L-1Pi介质中，超过80%的砷释放，而无Pi 时无药物泄露。而随着Pi浓度的降低，介质pH逐渐升高。这证明，TME 中的Pi 在触发药物释放的同时自身被耗竭，TME被碱化，而碱化TME也是一种新的肿瘤治疗策略[47]，因而Pi 响应性释放体系与其他刺激响应性递送系统相比可能具有更大的优势。在用于肝癌模型小鼠后发现，多次注射后小鼠肿瘤体积减小了50%以上，与对照组相比生存时间显著延长。而且，虽然该药物是由Pi 触发释放的，但对体内磷平衡无明显干扰，且该药毒性可逆，停药3 周后，小鼠重要脏器恢复正常。

3.4 氧化还原响应性释放

肿瘤细胞内还原性谷胱甘肽（GSH）的浓度（2～10 mmol·L-1）远高于正常细胞，而生理状态下细胞外区GSH 浓度仅为2～20 μmol·L-1。因此，利用GSH 浓度的差异可以实现药物载体在肿瘤细胞内快速解离并释药。与pH 响应及Pi 响应释放系统相比，还原性响应释放直接与肿瘤细胞内高GSH 相关联，实现胞内定位释放药物。As-S 键可以被高浓度的GSH 还原为巯基而断裂，实现药物的靶向释放。利用这一性质，Zhang等[48]将巯基和疏水嵌段共聚物结合形成共聚物PEO-b-P（CCLC6-SH），再将三价砷的氧化物氧化苯砷（PAO）和巯基共同包封，由于巯基与砷的高亲和力，药物包封率提高15 倍，在高浓度的GSH 中，药物释放得到了显著增强。与As-S 键相比，二硫键具有良好的氧化还原敏感性，其仅在10 mmol·L-1水平的GSH 中断裂并释放药物，可以避免因正常细胞内外存在的GSH 浓度差异触发的药物释放，减少不良反应。马瑞等[49]以介孔SiO2为载体，通过二硫键修饰表面后，经酰化反应连接PEG，最后通过静电吸附作用负载As2O3，成功制备了氧化还原响应性As2O3纳米递药系统。研究发现，在含有10 mmol·L-1GSH 的释放介质中，As2O3累积释放量达到81%，而不含GSH 时释放量仅为25.84%，有力证明了此载药体系具有GSH响应性释放特性。除此之外，由于系统表面带有一定正电荷，电荷密度和排斥力随着pH的降低而增加，因此，此载药体系也具有一定的pH 依赖性释放特性。事实上，在其他抗癌药物的纳米递药系统中，二硫键还被用于构建“前修饰”及“后修饰”[50]还原响应纳米载体，但有关研究在As2O3的递送中尚未见报道。因此，如何充分利用二硫键在氧化还原响应型纳米载体构建中的优势，为As2O3的精准递送服务仍有待研究者的进一步探究。

综上，在刺激响应性理念下设计的As2O3递送体系可通过响应外加磁场或微波实现药物的可控性释放，与MRI 技术结合后还可给药的实时监测，利用肿瘤微环境中低pH、高Pi 浓度、高GSH 浓度也实现药物在靶向部位的精准释放，从而在降低As2O3引起的不良反应、提高肿瘤疗效等方面显示了巨大的应用潜能（图2）。

图2 刺激响应型递送系统构建原理

4 结语与展望

从As2O3成功应用于白血病的治疗以来，研究人员致力于将其开发为高效低毒的抗实体瘤药物应用于临床，使用纳米技术协助As2O3运送到肿瘤部位，减少其对正常组织细胞的不良反应，已成为近年来研究的热点。迄今为止，研究人员尝试制备了各种各样的纳米材料，进行As2O3的包载和递送，如脂质体、聚合物囊泡、仿生纳米粒等，被动靶向纳米粒主要通过EPR 效应实现药物在肿瘤组织的滞留。在此基础上，对这些载体进行修饰，构建可实现主动靶向。基于抗体和配体的主动靶向系统可以将药物定向输送到肿瘤细胞或亚细胞结构中，提高疗效、减轻不良反应。已经研究出通过使用多肽、叶酸、抗体及线粒体靶向的配体，可以实现As2O3向多种实体瘤的主动靶向运送。而如何针对不同肿瘤组织寻找其特异表达的受体，并使用适当的方法提高配体在载药系统上的修饰效率，有待进一步研究。除此之外，通过响应内源或外源物质可实现药物的可控性释放。与磁性纳米粒子及外加磁场相结合，构建出磁响应性释放及温度响应性释放体系，除靶向递送药物到肿瘤组织外，磁场用于升温使得化疗热疗相结合，且磁性粒子可用MRI 技术实现对药物释放情况和肿瘤组织的监测。但目前，在As2O3磁性药物递送载体的研究中，开发的磁性纳米粒子较为局限，且与磁性纳米粒子复合的材料也有待进一步研究，以减少药物的泄露问题，实现更精准的靶向。与外源性响应系统相比，基于TME 中高酸度、高磷及肿瘤细胞内高GSH 浓度所设计的内源性靶向系统一方面可以实现药物的靶向递送，且与外源性响应系统相比，无需外加辅助，更具安全性；另一方面，可同时实现对TME 的调节，如内源性磷的减少可升高肿瘤局部pH，起到碱化TME 的治疗作用。而将主动靶向与内源性及外源性响应释放技术相结合所构建的多功能纳米靶向递送体系相当于对以上靶向技术的加和，能将As2O3更精准地运送到肿瘤部位，并响应于刺激性物质而定位释放。

目前，关于As2O3靶向递送系统的研究虽取得了一定进展，但仍面临与其他纳米药物一样的棘手问题。在纳米载药体系设计方面，包括粒径分布、表面功能性修饰、粒径调控、结构可变等，都或多或少存在着理论框架的空白，如何设计功能良好且结构稳定的纳米载体有待进一步研究。人体内环境的复杂性要远超过我们的理论设计，如血液含有大量不同的生物蛋白，同时体内氧化还原环境、pH 环境等都在不断地变化，且体内保护性的免疫清除系统会高效地清除外来异物。因此，简单设计的纳米载体往往会导致纳米药物的理化性质存在许多不确定性，在进入体内血液循环后极易产生不稳定崩解，被网状内皮系统快速清除，或者与带电生物分子发生不良反应。尤其对于As2O3这样治疗窗窄，且会以无机盐形式穿透脂质双分子层的毒效并存药物，纳米药物固有的理化性质缺陷更不容忽视。因此，今后的研究仍需进一步结合As2O3自身的性质，采用双靶向或多靶向的设计策略，通过物理化学原理及相应的标度关系精确设计出结构稳定且功能最优化的纳米载体，以实现As2O3在实体瘤中的精准释放。