動(dòng)脈粥樣硬化治療的新思路

萬密密，趙梓楠，李婷，毛春

(1. 生物醫(yī)藥功能材料國家地方聯(lián)合工程研究中心，江蘇 南京 210023； 2. 南京師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210023)

動(dòng)脈粥樣硬化的病因和發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，其斑塊一般聚集在動(dòng)脈壁內(nèi)膜中，由細(xì)胞外脂質(zhì)顆粒、泡沫細(xì)胞和碎片組成，形成脂質(zhì)壞死核心。隨后核心被富含膠原蛋白的基質(zhì)和平滑肌細(xì)胞包圍，炎癥細(xì)胞浸潤病變，參與斑塊進(jìn)展[1-3]。它已成為各種心血管疾病的主要潛在原因。經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入(PCI)是治療心血管疾病的重要手段，目前藥物洗脫支架臨床上較為常用[4-5]。然而，在藥物洗脫支架植入后，相當(dāng)一部分接受PCI的患者可能會(huì)發(fā)生植入后的晚期并發(fā)癥，可出現(xiàn)支架內(nèi)再狹窄、新動(dòng)脈粥樣硬化或支架內(nèi)血栓等[6-8]。這些現(xiàn)象發(fā)生的潛在病理生理機(jī)制復(fù)雜，但可能與藥物洗脫支架抑制新生內(nèi)膜增殖有關(guān)[9]。為降低支架內(nèi)再狹窄的發(fā)生率，通常藥物洗脫支架中會(huì)涂覆抗內(nèi)膜增殖的藥物，但會(huì)導(dǎo)致血管愈合功能障礙、炎癥持續(xù)發(fā)生等不良反應(yīng)[10-11]。藥物涂層球囊作為一種非支架技術(shù)，可以通過充氣球囊在血管壁處理后均勻遞送抗增殖藥物，有望作為一種有效持久的策略用于治療動(dòng)脈粥樣硬化，使永久性金屬植入物的需求最小化，為一種更有前景的治療手段[12-15]。藥物涂層球囊的出現(xiàn)也許能夠避免藥物洗脫支架使用過程存在的問題，但也存在不足。針對(duì)現(xiàn)有藥物洗脫支架和藥物涂層球囊的缺陷，本課題組基于仿生理念進(jìn)行了較為深入的研究。

1 基于藥物洗脫支架技術(shù)的動(dòng)脈粥樣硬化治療

1.1 概述

藥物洗脫支架可實(shí)現(xiàn)短期內(nèi)的血管擴(kuò)張，它的出現(xiàn)是醫(yī)學(xué)上一個(gè)具有里程碑意義的進(jìn)步，它能夠?qū)⑿g(shù)后再狹窄率降至10%以下，因此備受關(guān)注。以西羅莫司洗脫支架Cypher及紫杉醇洗脫支架Taxus為代表的第一代藥物洗脫支架均經(jīng)臨床證實(shí)能夠減少再狹窄的風(fēng)險(xiǎn)[16]，也都獲得了美國FDA認(rèn)證。隨后第二代藥物洗脫支架如佐他莫司洗脫支架Endeavor和依維莫司洗脫支架Xience V逐漸發(fā)展，它們具有更優(yōu)的預(yù)防再狹窄能力及更好的安全性[17]。然而，隨著臨床應(yīng)用的深入，現(xiàn)有藥物洗脫支架的不足逐漸顯露，如可能發(fā)生血栓、慢性炎癥和支架內(nèi)再狹窄，這些都與支架涂層對(duì)內(nèi)皮化進(jìn)程的減緩及涂層本身欠佳的生物相容性有關(guān)，因此，設(shè)計(jì)更安全和高效的藥物洗脫支架非常必要。

1.2 新技術(shù)

兩性離子因其特有的仿生結(jié)構(gòu)，如磷胺兩性離子、磺酸基甜菜堿等與細(xì)胞膜表面豐富的磷脂酰膽堿具有一定類似性，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力[18-19]。本課題組在此方向做了系列嘗試，如為改善裸金屬支架的表面生物相容性，在其表面使用表面引發(fā)的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合方法構(gòu)建了具有良好防污性能和血液相容性的涂層。這種表面接枝兩性離子聚合物刷的金屬支架細(xì)胞毒性較低[20]。同時(shí)也嘗試使用2-(溴化丁基-氧基)丙烯酸乙酯超支化聚合物及超支化聚酯構(gòu)建裸金屬支架表面涂層，結(jié)果表明此方法構(gòu)建的聚合物涂層不會(huì)引起血小板黏附、紅細(xì)胞破裂、溶血等現(xiàn)象，具有血液相容性好、防污性強(qiáng)、細(xì)胞毒性低等優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)出了它們在治療心血管疾病方面的潛力[21-22]。

隨后，為解決藥物洗脫支架在使用過程中會(huì)抑制內(nèi)皮細(xì)胞再生的問題，本課題組設(shè)計(jì)合成磺胺兩性離子與丙烯酸共聚物，并將其接枝到裸金屬支架表面，同時(shí)將內(nèi)皮祖細(xì)胞特異性識(shí)別蛋白血管內(nèi)皮鈣黏蛋白固定在此共聚物鏈上，并由此提出“短期抗凝和長期內(nèi)皮化”的冠狀動(dòng)脈支架表面修飾策略。這種抗黏附特性歸因于其兩性離子結(jié)構(gòu)和特異性捕獲內(nèi)皮祖細(xì)胞的生物功能，蛋白修飾的裸金屬支架對(duì)內(nèi)皮祖細(xì)胞截留的結(jié)果證實(shí)了這一點(diǎn)。內(nèi)皮祖細(xì)胞則可分化為成熟的內(nèi)皮細(xì)胞，加速血管損傷后的再內(nèi)皮化，防止支架內(nèi)血栓形成和再狹窄，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)了該類支架表現(xiàn)出了內(nèi)皮祖細(xì)胞的覆蓋作用，沒有明顯的內(nèi)膜增生[23]。為拓展兩性離子聚合物刷的應(yīng)用，本課題組還開發(fā)了一種具有抗凝和促進(jìn)內(nèi)皮修復(fù)的雙功能高分子刷修飾裸金屬支架，采用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合的方法，將甲基丙烯酸磺乙酯和甲基丙烯酸縮水甘油酯組成的兩性離子型嵌段共聚物刷表面誘導(dǎo)接枝在裸金屬支架表面，隨后再修飾一氧化氮供體，目的在于在病患部位釋放一氧化氮以實(shí)現(xiàn)促內(nèi)皮的效應(yīng)。結(jié)果表明這種雙功能涂層具有良好的抗凝性能、低細(xì)胞毒性和顯著的內(nèi)皮化效果，這對(duì)于減弱術(shù)后再狹窄和晚期支架血栓形成相關(guān)的不良反應(yīng)有很大的潛力[24]。之后，為簡化修飾步驟，我們還將肝素/一氧化氮供體自組裝形成的納米粒子修飾至裸金屬支架表面，利用納米粒子中肝素的抗凝血特性和一氧化氮供體能夠緩慢釋放一氧化氮的性質(zhì)構(gòu)建了新一類抗凝/促內(nèi)皮涂層，為提高藥物洗脫支架的安全性和有效性提供了基于納米技術(shù)的新設(shè)計(jì)思路[25]。

另外，針對(duì)目前藥物洗脫支架表面同時(shí)裝載多種藥物的挑戰(zhàn)，本課題組采用溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝方法在裸金屬支架表面原位生長介孔二氧化硅涂層，首次用一鍋法將親水性抗凝藥物肝素和疏水性抗組織增生藥物雷帕霉素同時(shí)負(fù)載，并研究了這些藥物的釋放行為和機(jī)制。其中，肝素的快速釋放可實(shí)現(xiàn)抗凝和內(nèi)皮化，而雷帕霉素的緩慢釋放可實(shí)現(xiàn)長期的抗組織增生治療。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了該類支架植入3個(gè)月后能成功地實(shí)現(xiàn)血管內(nèi)皮化和抗組織增生的目的，這種同時(shí)含有親水和疏水藥物的多功能介孔涂層可能是一種很有前途的支架涂層材料[26]。

2 基于藥物涂層球囊技術(shù)的動(dòng)脈粥樣硬化治療

2.1 概述

早期的球囊擴(kuò)張術(shù)主要作為金屬支架遞送與擴(kuò)張的輔助系統(tǒng)。2001年研究者首次進(jìn)行半順應(yīng)性球囊涂布抗增殖藥物及賦型劑研究[27]。早期曾選用紫杉醇和西羅莫司作為活性藥物，兩者均為親脂性藥物，且都在藥物洗脫支架應(yīng)用領(lǐng)域展示出良好的抗內(nèi)膜增生療效[28]。2004年，研究者啟動(dòng)了首個(gè)藥物涂層球囊治療支架內(nèi)再狹窄的臨床研究，并于2006年發(fā)布了6個(gè)月臨床試驗(yàn)結(jié)果，顯示紫杉醇藥物涂層球囊治療支架內(nèi)再狹窄比普通球囊更加安全有效[29]。隨后，也有研究者逐漸證實(shí)了藥物涂層球囊在不同疾病位點(diǎn)的有效性和安全性[30-31]。2018年，Jeger等[32]在《柳葉刀》上發(fā)表了一項(xiàng)藥物涂層球囊治療冠脈小血管病的臨床試驗(yàn)結(jié)果，證實(shí)了藥物涂層球囊可以進(jìn)入小血管、分叉和病變血管，具有更加高效、靈活的遞送能力。

隨后，研究者致力于通過改進(jìn)藥物涂層球囊的涂層材料與技術(shù)以增強(qiáng)輸送抗增殖藥物的效率。藥物涂層球囊的涂層材料通常由賦形劑和藥物組成。其中，賦形劑是影響藥物溶解性、涂層耐久性和藥物釋放的重要因素。目前研究較多的包括化合物、高分子聚合物和納米粒子類賦形劑[32-34]。化合物類賦形劑按其性質(zhì)又可分為親水性、疏水性和兩親性化合物賦形劑。親水性化合物賦形劑如碘普羅胺和尿素等與親脂性紫杉醇存在極性差異，有助于涂層從球囊表面剝離，但這也會(huì)導(dǎo)致球囊在到達(dá)位點(diǎn)過程中出現(xiàn)大量藥物損失[35]。疏水性化合物賦形劑如丁酰檸檬酸三正己酯等可促進(jìn)藥物在球囊表面的均勻分布，提高涂層的耐久性，同時(shí)還可促進(jìn)紫杉醇形成微晶結(jié)構(gòu)，提高藥物在靶點(diǎn)的滯留率[36]。兩親性化合物賦形劑如聚山梨酯-山梨醇等有助于紫杉醇在載體基質(zhì)中的均勻分布，還可促進(jìn)球囊與血管接觸過程中的藥物轉(zhuǎn)移。然而，化合物類賦形劑通常缺少藥物控釋能力，相比之下，使用高分子聚合物包埋藥物能實(shí)現(xiàn)此目的。如2016年Lamichhane等[37]制備一種以硫酸葡聚糖聚合物為藥物控釋平臺(tái)的涂層，以減少球囊置入過程中的藥物損失。他們利用溶液澆鑄法制備了硫酸葡聚糖負(fù)載紫杉醇的薄膜，細(xì)胞培養(yǎng)結(jié)果也表明涂層薄膜以劑量依賴性的方式抑制平滑肌細(xì)胞的生長。2018年，Anderson等[38]制備了一種以聚環(huán)氧乙烷為賦形劑的新型藥物涂層球囊，結(jié)果表明，介入治療30天后該類球囊的組織藥物保留水平低于商品球囊，但二者均能提供臨床相關(guān)劑量的藥物濃度，并保留了30天的治療水平。值得一提的是，體外釋放實(shí)驗(yàn)表明該類球囊產(chǎn)生的顆粒物明顯比商品球囊少，這可能會(huì)降低下游栓塞的風(fēng)險(xiǎn)。但使用聚合物作為藥物載體，通常也只能維持較短時(shí)間的藥物釋放，達(dá)不到長期抗增殖的效果[39]。若想取得較好的療效，可能需要多次球囊介入術(shù)治療，這必然增加患者的痛苦。納米載體能有效封裝藥物并控制藥物緩慢釋放(長達(dá)數(shù)十天至幾個(gè)月)，因而成為一種極具潛力的涂層賦形劑。然而，藥物與賦形劑涂層球囊大多具有藥物滯留率低的問題。雖然使用納米材料復(fù)合涂層可以在一定程度上提高藥物滯留率，但由于其治療方式的單一性，仍不能滿足復(fù)雜動(dòng)脈硬化的治療需求[40]。

2.2 新技術(shù)

開發(fā)基于藥物涂層球囊的聯(lián)合治療新技術(shù)對(duì)于動(dòng)脈粥樣硬化具有重要意義。納米馬達(dá)技術(shù)的出現(xiàn)為傳統(tǒng)的藥物遞送系統(tǒng)帶來了可能的突破，納米馬達(dá)具有一定的運(yùn)動(dòng)能力，可望實(shí)現(xiàn)在組織部位的深層滲透。關(guān)于這一點(diǎn)，本課題組在癌癥治療領(lǐng)域已有了較為深入的研究[41-43]。而納米馬達(dá)技術(shù)同樣可為解決藥物涂層球囊的涂層在動(dòng)脈粥樣硬化斑塊部位滯留效率低的問題提供可行的策略。另外，考慮到動(dòng)脈粥樣硬化形成過程的多重復(fù)雜因素，單一的藥物治療策略可能無法達(dá)到理想效果，多種治療策略的聯(lián)合使用可能是較為可行的方法。如動(dòng)脈粥樣硬化形成過程中炎癥巨噬細(xì)胞起到了重要作用，故而針對(duì)炎癥巨噬細(xì)胞清除的策略是延緩動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程的重要方式[44-46]。而血管部位的長期抗組織增生也是另一個(gè)需要考慮的因素[47]。基于此，本課題組開發(fā)了一種具有自主運(yùn)動(dòng)能力的血小板膜包裹載藥多孔納米馬達(dá)作為藥物涂層球囊的涂層，用于有效治療動(dòng)脈粥樣硬化。首先在負(fù)載紫杉醇的多孔二氧化硅空心球上構(gòu)建不對(duì)稱分布的鉑納米粒子，利用鉑納米粒子在近紅外光照射下產(chǎn)生的光熱效應(yīng)所造成的不對(duì)稱熱泳現(xiàn)象，推動(dòng)其運(yùn)動(dòng)構(gòu)成納米馬達(dá)。再使用血小板膜包裹納米馬達(dá)以減少藥物在到達(dá)斑塊之前的泄露，實(shí)現(xiàn)藥物在病變部位的有效釋放。納米馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)能力可以增強(qiáng)藥物在斑塊部位的滯留效率，同時(shí)利用納米馬達(dá)運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的光熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)炎癥巨噬細(xì)胞的清除，長期釋放的紫杉醇則可實(shí)現(xiàn)長期抗組織增生的目的，這些結(jié)果均在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中得到了很好的證實(shí)[48]。

3 動(dòng)脈粥樣硬化治療展望

隨著對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化病理學(xué)的深入研究，研究者的重點(diǎn)逐漸從血脂轉(zhuǎn)移到炎癥，并證實(shí)了以炎癥為靶點(diǎn)治療動(dòng)脈粥樣硬化的有益作用。同時(shí)，納米技術(shù)對(duì)治療動(dòng)脈粥樣硬化的介入研究在過去的十年中得到了加強(qiáng)，有望為患者帶來新的治療方法。利用納米工程可以設(shè)計(jì)具有不同結(jié)構(gòu)、功能的納米載體，裝載不同類型的藥物，并在動(dòng)物(主要是小鼠)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭蝎@得了良好的治療效果，表現(xiàn)出顯著的斑塊和炎癥減少現(xiàn)象。另外，納米免疫療法用于治療動(dòng)脈粥樣硬化也是近幾年備受關(guān)注的研究方向，因納米粒子可以通過不同修飾策略與先天性免疫細(xì)胞如單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞發(fā)生相互作用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊處的免疫調(diào)節(jié)。如有研究者開發(fā)了一種包覆自身免疫性疾病相關(guān)肽的納米粒子，可通過在體內(nèi)觸發(fā)抗原特異性調(diào)節(jié)T細(xì)胞的分化和擴(kuò)張來減弱自身免疫反應(yīng)，可能對(duì)心血管疾病的治療產(chǎn)生效果[49-50]。

除了傳統(tǒng)的被動(dòng)納米給藥系統(tǒng)，近幾年逐漸發(fā)展的基于微納米機(jī)器人主動(dòng)給藥系統(tǒng)也在心血管疾病的治療中取得了一定進(jìn)展，可望成為未來該類疾病治療的重要發(fā)展方向。微納米機(jī)器人的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)能力可促進(jìn)自身及裝載的藥物在病變部位的深入滲透，從而提高藥物治療效果。如本課題組開發(fā)了一種采用血小板膜修飾的介孔/大孔二氧化硅/鉑納米機(jī)器人，用于血栓治療的溶栓和抗凝藥物的連續(xù)靶向輸送。裝載了藥物的納米機(jī)器人在近紅外照射下能深入血栓部位，提高藥物滯留效率[51]。這種兼具傳統(tǒng)納米粒子可設(shè)計(jì)性和納米機(jī)器人運(yùn)動(dòng)能力的新一類主動(dòng)納米遞送系統(tǒng)，有望為動(dòng)脈粥樣硬化引起的心血管疾病的治療帶來新的可能。