人工納米材料在膀胱癌診療中的研究進展

朱建強，鄭志文，付青峰，柳樂意 綜述，張志宏，徐勇 審校

（天津醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院泌尿外科，天津市泌尿外科研究所，天津 300211）

人工納米材料（engineered nanomaterials，ENMs）因其獨特的理化性質(zhì)和良好的生物相容性，已在生物成像、藥物靶向遞送和組織工程等領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用[1]。尤其在惡性腫瘤診療領(lǐng)域，ENMs 的應(yīng)用有效彌補了臨床常規(guī)診療手段的局限性，已成為實現(xiàn)惡性腫瘤早期診斷、藥物增敏、組織靶向和協(xié)同治療等目標(biāo)的理想工具[2]。膀胱癌作為泌尿系統(tǒng)常見的惡性腫瘤，ENMs 在提高其早期精準(zhǔn)化診斷和治療效果等方面做出了諸多積極探索。本文將對近年來ENMs 在膀胱癌診療中的研究進展進行綜述。

1 ENMs 在膀胱癌診斷中的研究進展

目前，膀胱癌主要依靠尿液細胞學(xué)、膀胱鏡檢及影像學(xué)檢查等傳統(tǒng)診斷技術(shù)進行臨床診斷[3]，但是傳統(tǒng)技術(shù)方法在疾病早期診斷的敏感性和特異性上仍存在明顯的局限。近年來，研究者設(shè)計合成的多種類型ENMs 與傳統(tǒng)診斷技術(shù)相結(jié)合，顯著提高膀胱癌早期診斷的敏感性和特異性。

1.1 ENMs 與尿液學(xué)檢查 尿液細胞學(xué)檢查作為一種非侵入性檢查方法被廣泛應(yīng)用于膀胱癌的早期臨床診斷，特異性高達95%，但敏感性僅為37%，致使其對膀胱癌的早期診斷率較低[3]。為此，多種具有診斷價值的新型尿液生物學(xué)標(biāo)志物不斷被發(fā)現(xiàn)，并借助納米技術(shù)來提高其在膀胱癌早期診斷中的特異性和敏感性。上皮細胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化的過程中激活的蛋白酶會將細胞角蛋白水解成片段，尿液中的細胞角蛋白19 片段Cyfra21-1 含量被證實與膀胱癌的發(fā)生呈正相關(guān)，為簡化其檢測方法并提高檢測的靈敏度，Lei 等[4]利用銪螯合微粒為標(biāo)記物，在常規(guī)免疫夾心法的基礎(chǔ)上，研制了一種快速定量檢測尿Cyfra21-1 的新型熒光納米球免疫層析試紙條，對膀胱癌診斷的敏感性和特異性分別達到了92.86%和100%，為膀胱癌的診斷和術(shù)后隨訪監(jiān)測提供了一種快速、靈敏、可靠的方法。Survivin 蛋白是腫瘤凋亡抑制特異性蛋白家族成員，在膀胱癌細胞中高表達，可作為膀胱癌液體活檢指標(biāo)。相較于傳統(tǒng)ELISA 技術(shù)，基于局域表面等離子體共振合成的抗Survivin 金納米顆粒，可作為一種快速、準(zhǔn)確、廉價的診斷工具，能明顯提高低級別腫瘤患者尿液中Survivin 蛋白的檢出率，在膀胱癌的早期診斷中展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢[5]。端粒酶是一種重要的核糖核酸-蛋白復(fù)合物，高活性的端粒酶賦予了腫瘤細胞永生化的復(fù)制能力，是腫瘤生物學(xué)標(biāo)志物之一。Zou 等[6]利用金納米顆粒探針的直徑變化，建立了一種靈敏的催化發(fā)夾組裝動態(tài)光散射端粒酶活性檢測方法，成功應(yīng)用于尿液樣本端粒酶活性檢測，實現(xiàn)了膀胱癌患者與健康人群以及其他惡性腫瘤患者間的有效區(qū)分。透明質(zhì)酸酶是消化細胞外基質(zhì)的糖苷酶，也是膀胱癌的一種尿液生物學(xué)標(biāo)志物。Nossier 等[7]開發(fā)了一種簡單的金納米顆粒比色分析法，用于快速、準(zhǔn)確地檢測尿透明質(zhì)酸酶活性，可將傳統(tǒng)酶譜分析的敏感性從65%提升至82.5%；此外，Yang 等[8]將表面增強拉曼光譜與4-氨基硫酚修飾的空心金銀納米顆粒結(jié)合，耦聯(lián)表皮生長因子受體（EGFR）抗體、轉(zhuǎn)鐵蛋白、4-羧基苯基硼酸、葉酸和透明質(zhì)酸分子，構(gòu)建了一種新的膀胱癌細胞膜受體篩選平臺，通過在近紅外光（near infrared，NIR）激發(fā)下檢測信號強度差異實現(xiàn)了不同級別膀胱癌細胞和正常膀胱上皮細胞系的區(qū)分。

1.2 ENMs 與膀胱鏡檢查 膀胱鏡是膀胱癌診斷和隨訪檢測最重要的工具，但是對于原位癌或微小病灶的早期識別存在顯著的不足。為提高非肌層浸潤性膀胱癌（non-muscle invasive bladder cancer，NMIBC）的檢出率，研究者利用表面增強拉曼納米顆粒與膀胱癌細胞特異性生物標(biāo)志分子CD47 和CA9 結(jié)合，通過內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)可實現(xiàn)膀胱正常組織和腫瘤組織的準(zhǔn)確區(qū)分，同時可指導(dǎo)經(jīng)尿道膀胱腫瘤電切術(shù)的腫瘤切除范圍[9]。此外，一種由5-氨基乙酰丙酸聚合物構(gòu)建的樹枝狀納米材料被作為熒光劑用于膀胱癌的熒光診斷，相較于傳統(tǒng)的熒光膀胱鏡所使用的熒光劑，能夠明顯提高其對腫瘤的靶向性和滲透性，且擁有更長的熒光衰減周期和更好的組織對比度[10]。

1.3 ENMs 與影像學(xué)和病理學(xué)診斷 MRI 被廣泛用于膀胱癌的診斷中，但其對患者淋巴結(jié)分期的準(zhǔn)確性有限，將小尺寸超順磁性氧化鐵納米顆粒作為MRI 造影劑與彌散加權(quán)成像聯(lián)合應(yīng)用，可提高正常體積淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移診斷的敏感性和特異性[11]。Ding 等[12]進一步利用FITC 標(biāo)記的膀胱癌特異性細胞穿透肽對超順磁性氧化鐵納米顆粒表面進行修飾，設(shè)計合成的靶向性MRI 成像造影劑可被膀胱癌細胞高效攝取，具有較好的穩(wěn)定性和弛豫效率?；贓NMs構(gòu)建的多模態(tài)成像技術(shù)在膀胱癌的診斷中的應(yīng)用價值也展現(xiàn)出較大的應(yīng)用潛力。例如：利用具有特殊掃描對比特性的介孔二氧化硅和熒光分子TRITC 標(biāo)記的氧化釓合成的納米材料復(fù)合體，可實現(xiàn)腫瘤組織MRI 和熒光同時成像，能夠高效地區(qū)分膀胱癌原位腫瘤模型中的腫瘤組織與正常組織[13]。此外，ENMs 的應(yīng)用加速了膀胱癌組織學(xué)快速診斷技術(shù)的發(fā)展。Liu 等[14]利用RGD 肽特異性結(jié)合整合素αvβ3 設(shè)計了一種靶向膀胱癌細胞的硒納米熒光劑，通過組織標(biāo)本熒光染色差異區(qū)分膀胱正常組織和腫瘤組織，并可判斷膀胱癌的不同病理分級，為膀胱癌臨床診療決策提供指導(dǎo)。

2 ENMs 在膀胱癌治療中的研究進展

傳統(tǒng)的腫瘤治療方式在腫瘤治療的有效性，尤其晚期腫瘤治療方面仍面臨諸多瓶頸性問題，隨著對腫瘤生物學(xué)的進一步的認(rèn)識和納米技術(shù)的不斷發(fā)展，ENMs 為膀胱癌等惡性腫瘤的治療提供了新的技術(shù)手段。

2.1 ENMs 與手術(shù)治療 經(jīng)尿道膀胱腫瘤電切術(shù)是NMIBC 的標(biāo)準(zhǔn)治療方式，但術(shù)中存在早期癌變組織無法肉眼識別而導(dǎo)致腫瘤切除不徹底的問題。上轉(zhuǎn)換納米顆粒獨特的光學(xué)性質(zhì)可實現(xiàn)厘米級深度生物組織的光學(xué)成像，耦聯(lián)Glypican-1 抗體的上轉(zhuǎn)換納米顆粒，可特異性吸附在高表達Glypican-1 的膀胱癌細胞上，利用NIR 激發(fā)后發(fā)出可見光，在引導(dǎo)膀胱癌組織手術(shù)切除中有著較高的應(yīng)用價值[15]。

2.2 ENMs 與藥物治療 腫瘤的藥物治療包括化療、靶向治療、免疫治療和基因治療等，但因耐藥、不良反應(yīng)和非靶向性分布等問題限制了其治療效果和患者的耐受性。近年來，眾多類型ENMs 被設(shè)計用來提高抗腫瘤藥物的治療效果。納米給藥系統(tǒng)可實現(xiàn)多種藥物或多種治療方式的聯(lián)合應(yīng)用以及藥物靶向富集等，在克服腫瘤細胞耐藥以及減少藥物不良反應(yīng)方面展現(xiàn)出了獨特的優(yōu)勢。

2.2.1 ENMs與膀胱內(nèi)化療藥物灌注治療 膀胱內(nèi)化療藥物灌注治療是NMIBC 經(jīng)尿道電切術(shù)后的標(biāo)準(zhǔn)治療方案。為提高灌注效果并減少不良反應(yīng)，多種ENMs 被開發(fā)并用于膀胱灌注治療中。例如：特定理化性質(zhì)的銀納米顆粒和金納米顆粒，可通過損傷DNA 誘導(dǎo)細胞凋亡并抑制膀胱癌細胞的增殖和遷移能力，在NMIBC 的灌注治療中展現(xiàn)出較好的抗腫瘤效果[16]。氫氣可有效減輕多種疾病相關(guān)的氧化應(yīng)激反應(yīng)水平，Sun 等[17]利用氟化殼聚糖、吉西他濱和產(chǎn)氫催化劑自組裝形成了光活化氫氣納米發(fā)生器，該納米藥物復(fù)合體經(jīng)膀胱灌注后被證明具有良好的腫瘤細胞穿透能力，經(jīng)660 nm 激光照射后可高效產(chǎn)生氫氣，通過抑制腫瘤細胞線粒體ATP 合成以及削弱P-gp 的外排功能而增加腫瘤細胞的藥物敏感性，為膀胱癌的治療提供了一種有效的氫化療策略。順鉑對膀胱癌的殺傷效果顯著，但因較嚴(yán)重的不良反應(yīng)限制了其在NMIBC 膀胱灌注治療中的應(yīng)用。研究者將聚天冬氨酸鈉鹽與順鉑混合后自組裝形成的納米顆粒，經(jīng)小鼠膀胱灌注證實其能夠顯著抑制膀胱癌細胞增殖及肌層浸潤，并減輕順鉑的不良反應(yīng)，為順鉑用于膀胱灌注治療提供了可能[18]。由于膀胱黏膜自身的生物屏障作用以及抗癌藥物較高的排泄速率，使得常規(guī)的膀胱藥物灌注治療效果不理想，腫瘤復(fù)發(fā)率高達40%左右[3]。因此，提高膀胱灌注藥物的腫瘤細胞黏附和滲透能力，有助于改善NMIBC 患者的預(yù)后。Hortel?o 等[19]基于脲酶驅(qū)動的介孔二氧化硅構(gòu)建納米馬達，對其表面進行聚乙二醇修飾后裝載膀胱癌特異性FGFR3 抗體，以尿液中高濃度的尿素為燃料底物，可將納米馬達以三維球體的形式靶向至膀胱癌細胞并被高效內(nèi)化，進一步通過分解尿素增加局部氨的濃度實現(xiàn)對膀胱癌細胞增殖的靶向抑制。藤黃酸是一種具有抗腫瘤作用的植物提取劑，Xu 等[20]基于帶正電的殼聚糖開發(fā)了一種新型谷胱甘肽響應(yīng)性納米藥物遞送系統(tǒng)，利用膀胱癌細胞和正常膀胱上皮細胞內(nèi)谷胱甘肽和活性氧簇（ROS）水平的差異來選擇性激活并釋放藤黃酸前藥，提高藥物對膀胱黏膜的黏附和滲透能力，能有效抑制膀胱癌細胞增殖，且對正常上皮細胞無明顯損傷。此外，裝載阿霉素的介孔二氧化硅納米顆?？稍谒嵝原h(huán)境中實現(xiàn)藥物的緩釋，在膀胱癌灌注治療中具有較好的應(yīng)用潛力[21]。

2.2.2 ENMs 與免疫治療 卡介苗是膀胱癌經(jīng)尿道電切術(shù)后常用的局部免疫治療藥物，其細胞壁成份是主要免疫活性劑，但因分散性差而限制了其在腫瘤治療中的療效。Whang 等[22]將其制備成尺寸為180 nm 的納米顆粒，并利用脂質(zhì)體包裹的方式增加其分散性，從而能被膀胱癌細胞高效內(nèi)化，進一步通過哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）通路抑制腫瘤細胞增殖、促進凋亡，該方法為卡介苗膀胱灌注治療提供了一種新的思路。結(jié)核分枝桿菌感染的風(fēng)險以及全球供應(yīng)鏈中斷限制了卡介苗在膀胱癌治療中的應(yīng)用，Samaddar 等[23]將纖維連接蛋白靶向序列和免疫佐劑CpG 寡脫氧核苷酸裝載至脂質(zhì)納米顆粒載體中，該納米顆?？商禺愋晕街聊芊置诶w維連接蛋白的膀胱癌相關(guān)巨噬細胞，提高共刺激分子CD83、CD86 和MHCⅡ的表達水平，同時也可誘導(dǎo)巨噬細胞分泌更高水平的腫瘤壞死因子（TNF）-α，產(chǎn)生最大限度的免疫治療反應(yīng)，這種高效、低風(fēng)險、易制造的免疫治療策略有希望代替卡介苗。

2.2.3 ENMs 與新型抗腫瘤療法 基因治療是膀胱癌的一種新型治療方法，安全有效的靶向基因傳遞系統(tǒng)可顯著提高其治療效果。Liang 等[24]利用膀胱癌細胞高表達的CD44 分子將其配體與殼聚糖以共價結(jié)合的方式合成納米顆粒，實現(xiàn)腫瘤細胞靶向性，進一步搭載對癌基因Bcl2 具有高度干擾能力的siRNA，用于膀胱癌的治療；該納米基因藥物投遞系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好、封裝率高和細胞毒性低的優(yōu)勢，通過配體-受體介導(dǎo)的靶向機制將治療性siRNA 導(dǎo)入膀胱癌細胞內(nèi)，高效干擾Bcl2 的表達從而實現(xiàn)了對膀胱癌細胞的有效殺傷。

傳統(tǒng)的光動力療法（photodynamic therapy，PDT）和光熱療法（photothermal therapy，PTT）為惡性腫瘤的治療提供了新的手段，但其療效尚不理想。近年來，利用ENMs 高比表面積和可修飾調(diào)控的特點開發(fā)出的新型納米光熱材料和納米光敏劑極大提高了惡性腫瘤PDT 和PTT 治療效果。Zeng 等[25]通過扭曲分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移和分子內(nèi)運動促進輻射發(fā)熱過程的原理設(shè)計了一種具有高光熱轉(zhuǎn)化效率的光熱納米劑，同時負(fù)載藤黃酸和RGD 肽，克服腫瘤細胞的耐熱性并且增加納米粒子的腫瘤積累，實現(xiàn)了肌層浸潤性膀胱癌（muscle invasive bladder cancer，MIBC）的有效低溫光熱治療。腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment，TME）具有含氧量低、酸性pH 值和富含ROS 的特征。TME 的低氧狀態(tài)限制了PDT的應(yīng)用，Lin 等[26]利用二氧化錳、PDT 光敏劑二氫卟吩e6 和人血清白蛋白，制備了可產(chǎn)氧氣的納米顆粒，通過提高過氧化氫的催化效率增加膀胱癌組織內(nèi)氧氣含量，顯著增強了PDT 治療效果；此外，該納米藥物復(fù)合體可在酸性環(huán)境中分解并釋放Mn2+有助于腫瘤組織MRI 成像。PLZ4 是一種能與膀胱癌細胞膜上整合素αvβ3 特異性結(jié)合的環(huán)肽，Lin 等[27]制備的PLZ4 納米卟啉復(fù)合體，能夠在NIR 的照射下發(fā)射熒光、產(chǎn)熱并生成ROS，負(fù)載阿霉素可實現(xiàn)藥物的緩釋，集光動力診斷、圖像引導(dǎo)PDT、PTT 和靶向化療于一體，這種PDT/PTT/化療三聯(lián)療法能夠顯著抑制荷瘤小鼠腫瘤增殖并延長其生存時間，在膀胱癌的臨床治療中有著較好的轉(zhuǎn)化應(yīng)用潛力。

聲動力療法是一種由超聲觸發(fā)的無創(chuàng)治療手段，可用于治療深部組織腫瘤。Li 等[28]利用高效、無毒的跨膜載體氟化殼聚糖與4-羧基苯基卟吩綴合過氧化氫酶進行組裝用于膀胱癌的灌注治療；該納米顆粒具有良好的跨膜和腫瘤組織滲透能力，并能利用過氧化氫酶催化腫瘤內(nèi)源性過氧化氫生成氧氣，有效緩解腫瘤組織缺氧，進而提高超聲下原位膀胱癌聲動力消融療效。

鐵死亡是由脂質(zhì)過氧化物積累引發(fā)的一種細胞調(diào)節(jié)性死亡形式，研究表明，化療抵抗性腫瘤更容易受到鐵死亡的影響。Qi 等[29]利用透明質(zhì)酸包被的氧化鐵納米顆粒，通過靶向耐藥性膀胱癌細胞CD44 分子，增加腫瘤細胞內(nèi)不穩(wěn)定鐵池含量，從而誘導(dǎo)耐藥性膀胱癌的鐵死亡，為化療抵抗性膀胱癌提供了一種新的選擇。

2.2.4 ENMs 與多模式協(xié)同治療 靜脈化療是MIBC的有效治療方法，然而，膀胱癌細胞中高水平谷胱甘肽是導(dǎo)致化療耐藥的重要原因之一。Zhu 等[30]將阿霉素和NIR 熒光染料通過疏水作用與聚乙二醇和聚己內(nèi)酯共聚物自組裝形成膠束，進一步在二硫蘇糖醇催化下合成納米顆粒；這種納米顆粒具有循環(huán)時間長、毒性低、易于被腫瘤細胞攝取等特點，膀胱癌細胞中高濃度谷胱甘肽可將納米顆粒中的二硫鍵還原為巰基，從而誘發(fā)納米顆粒中阿霉素釋放，NIR 染料激發(fā)后產(chǎn)生熱量，進一步誘導(dǎo)藥物釋放，實現(xiàn)了對原發(fā)性膀胱癌及轉(zhuǎn)移癌的化療與PTT 協(xié)同治療，有效克服了膀胱癌的化療耐藥。Tan 等[31]構(gòu)建了由二氫卟吩e6 和紫杉醇前體藥物組成的聚合納米藥物NPs@Ce6，通過兩階段光照策略，實現(xiàn)了膀胱癌PDX 模型有效的光化學(xué)內(nèi)化和PDT 治療。藥物的非靶向性分布和腫瘤的多重耐藥是現(xiàn)有化療藥物面臨的共性問題，Wei 等[32]開發(fā)的一種同源腫瘤細胞膜包裹的碳酸鈣納米顆粒運載miR-451 和阿霉素，應(yīng)用于膀胱癌的治療，可顯著提高其腫瘤組織靶向能力，進一步通過miR-451 降低多重耐藥相關(guān)蛋白P-gp 的表達水平，增強膀胱癌細胞的化療敏感性。異常的TME 可激活細胞自噬、促進腫瘤細胞增殖，自噬抑制劑的治療效果也可能被其干擾。Lin 等[33]將帶負(fù)電荷的二氧化錳與帶正電荷的氯喹裝載至人血清白蛋白納米顆粒中，在酸性條件下，該納米顆粒通過增加細胞對氯喹的攝取來恢復(fù)氯喹的自噬抑制活性，阻斷缺氧誘導(dǎo)的自噬通路；同時在體內(nèi)改善氯喹的藥代動力學(xué)，實現(xiàn)腫瘤組織中藥物的有效積累，顯著降低腫瘤組織缺氧面積并提高其pH 值，對膀胱癌的自噬抑制作用明顯增強；并在膀胱癌的聯(lián)合放射治療中具有輻射增敏作用，獲得了良好的抗腫瘤效果。

3 結(jié)論與展望

ENMs 作為21 世紀(jì)公認(rèn)的最有發(fā)展前景的新型材料，其特殊的理化性質(zhì)在提高膀胱癌診斷效率，克服藥物治療的非靶向性分布，降低藥物的不良反應(yīng)，開發(fā)新的診療方式以及實現(xiàn)多模式協(xié)同診療等方面展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用潛力。隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展和更多EMNs 的應(yīng)用轉(zhuǎn)化，EMNs 將會為膀胱癌等惡性腫瘤的精準(zhǔn)化診療帶來更多突破性的進展。