癌症的靶向治疗及纳米靶向性药物输送的国际进展简述

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一、前言

  癌症是种古老而又年轻的疾病，几个世纪前在古埃及便有了对癌症治疗的记载[1]，然而至今很多癌症仍是难以治愈的，并且随着社会的发展，人们生活环境及饮食习惯等等的变迁，在现代癌症已经成为人类健康的头号杀手之一。2007年4月3日世界卫生组织国际癌症研究机构主任博伊尔博士在记者会上披露，过去四十年以来癌症作为一个全球性的问题，其重点正在从高收入国家向中低收入国家转移；癌症病人的数量增长很快，增长主要来自中低收入国家[2]。因此，不断提高癌症治疗水平，开发新型癌症治疗手段，研制更有效、毒副作用更小的抗癌药物成为广大相关科研、医务工作者刻不容缓的责任。

  美国于1971年实施国家癌症研究计划（National Cancer Program），并由国家癌症研究院（National Cancer Institute）负责每年癌症研究治疗投资的财政预算。据统计2004至2007年美国对癌症相关研究的年财政预算均高达约48亿美元，而2008年度财政预算更是达到58.7亿之多，比2007年增加了23.4％[3]。由此可见，关于癌症的研究和治疗已经成为一个非常重要的领域。对癌症治疗相关产品、药物的大量需求也造就了庞大的癌症治疗市场。很多国际知名的制药、生物技术公司都将抗癌药物的研制、癌症早期诊断技术的开发放在主要位置。近代对癌症发生机制研究的不断深入[4]，另外基因组研究[5]、蛋白质组学研究[6]还有纳米技术[7]的日益进展，为开发新型高效癌症治疗途径及实现癌症早期灵敏快速的检测提供了理论和技术支持。

二、现有癌症治疗方法的比较

  癌症治疗的方法迄今已经发展了有十几种之多，例如：化学治疗（化疗）、放射疗法（放疗）、外科手术、骨髓移植、生物疗法、基因治疗、光动力学治疗、过热疗法及激素治疗、靶向治疗、癌症疫苗等等[8，9]。其中，发展比较早且使用广泛的治疗方法是化疗、放疗和手术治疗，但是存在毒副作用大或适用范围窄等一些缺点。下面列表比较了三种传统治疗方法及两种新疗法。

  方法 原理 适用范围 局限  

  化疗[10] 利用癌细胞生长分裂速度快，比正常细胞更易受细胞毒性化疗药物的作用而被杀死。 恶性肿瘤，特别是分布广泛、侵入性及转移性癌症。 生长分裂快的正常细胞易受损，造成严重的毒副作用，甚至引发畸变、二次癌变等危及生命。  

  放疗[11] 利用X射线等高能辐射照射癌变区域，使癌细胞的遗传物质主要是DNA损伤并导致细胞死亡。 癌变组织集中，范围小的肿瘤。对转移性癌症不适用。 被照射区域附近的组织损伤，疲乏、皮肤炎症及肠胃道反应、脱发等等。  

  手术[12] 通过手术切除肿瘤。冷冻手术利用超低温（液氮、氩气）冷冻杀死癌细胞。 早期癌症，未扩散、转移的癌症。 无法完全清除扩散转移的癌细胞；造成正常组织，周围神经的创伤。对体衰虚弱的病人不适用。  

生物

疗法

[13] 一般通过提高、激发人体免疫系统对癌细胞的抵抗清除能力，间接或直接杀死癌细胞。 常见癌症

  药物来源少，难以满足治疗要求。蛋白质药物细胞毒性高，会引起严重的副作用  

基因

疗法

[14] 基于癌症发生的分子机制即基因变异缺失，通过向人体细胞导入DNA或RNA以替换变异基因使细胞恢复正常，也可以抑制畸变基因的复制表达等达到癌症治疗效果，尚属于研究阶段。   裸核酸在体内容易被酶降解，生物利用度低。广泛采用的病毒载体可能会引起毒副作用。  

三、癌症靶向治疗

  由上表可以看出现有癌症治疗方法的主要缺点在于：药物或治疗手段对癌细胞的靶向性不高，不能有效区分癌细胞和正常细胞，特别是化疗及一些蛋白质药物具有很高的细胞毒性，在治疗的同时也对正常机体造成很大损伤。而新型的基因治疗由于核酸在体内容易被酶解或病毒载体毒性等，在实际应用中也存在问题。提高治疗的靶向性无疑是改进癌症治疗效果的一个有效途径。

  随着癌症研究的不断深入，人们对癌症发生机制越来越清楚，针对癌细胞生长分裂或转移的分子生物学机制及癌细胞本身所具有的独特性质而开发的药物，能够对癌细胞高效专一地发挥作用——即癌症的分子靶向治疗（Molecular targeted therapy）。以癌细胞的特性为作用靶点，药物分子可以与癌细胞生长分裂或扩散过程中某些关键信号分子，主要是蛋白质，产生相互作用阻断癌细胞的信号传导，使癌细胞的生长分裂得到有效阻止。在2006年5月26日出版的《科学》杂志曾推出题为“癌症治疗走向个体化”的封面报道，文中指出化疗、放疗等癌症治疗具有太大的毒副作用，现在随着对癌症发生分子机制研究的不断深入，有望实现癌症的分子靶向治疗[15]。

  然而癌症的分子靶向治疗也存在一些问题，一方面受人们对癌症分子生物学机制认识的限制，虽然已经找到许多有效靶点，但是癌症病人的个体差异会使治疗效果变得复杂，如果要实现联合治疗则有待进一步的深入研究；另一方面，对靶点有特异性作用的小分子药物的设计、合成或筛选也是非常复杂的，目前虽然可以借助计算机进行药物设计但是很多小分子难以合成，更多的是在已有化合物库中筛选或对一些药物进行修饰改性，需要投入大量的时间和精力。靶向性药物输送[7,16]则是另外一种既可以提高治疗靶向性又比较容易实现的治疗途径。它不仅是癌症分子靶向治疗的有力补充，甚至比分子靶向治疗具有更为乐观明朗的应用前景。因为这种靶向性药物输送体系可以广泛地应用于几乎所有的传统抗癌药物、蛋白质药物还有如光动力学治疗用的光敏剂等，结合靶向输送的高度专一性和药物本身的高效细胞毒性或者光催化氧化作用可以达到非常好的治疗效果，大大降低毒副作用。

  1906年Ehrlich首次提出将药物选择性地分布在病变部位，以降低药物对正常组织的毒副作用，并且使病灶处的药物浓度保持很高，提高药物的利用率——即靶向给药[16]。靶向治疗由狭义的概念——自身具有靶向性的药物对癌症的专一性治疗——拓展到使用表面修饰有导向分子的药物载体，如脂质体、微囊等将药物靶向性地运输、浓集在靶组织和靶细胞周围，提高疗效并降低全身毒副作用，即实现靶向给药治疗[16]。这使一些有特效却也有很强毒副作用，或者自身不能在人体环境内稳定存在、有效传输的药物能够充分发挥作用。概括而言，靶向性药物输送体系具有如下主要优点：高度靶向性，减少毒副作用；增加非水溶性药物在体内的分散量，稳定药物在体内的存在；浓集药物并能够调节药物的释放速度；改变药物给药途径，如将需要静脉注射的药物制成方便的口服药物。

  近年来纳米科学的发展对生物医学产生了深远的影响，纳米医学已成为一个重要的研究方向，这也促进了纳米靶向性药物输送体系的发展。纳米材料具有和生物分子相匹配的尺寸，在人体环境中可以便利地传输，为癌症的检测和治疗开辟了新途径。各种纳米粒子如高聚物纳米粒子、无机纳米粒子、金属纳米粒子等均可以作为抗癌药物的输送载体——包裹有抗癌药物的纳米粒子，通过表面修饰的导向分子特异性结合到癌细胞上而实现靶向性治疗[15]。美国路易斯安那州立大学的Kumar教授在其最新编撰的一套从书《生命科学中的纳米技术》的第六卷《用于癌症治疗的纳米材料》前言中写道：由于一般生物学过程以及癌症的发生都是在纳米尺度进行，纳米技术为癌症的早期诊断治疗提供了可能。一些新颖的纳米结构可以运输大剂量的化疗药物或基因到特定的癌变部位，而不损伤正常细胞[7]。目前，世界各地的研究人员正在广泛地对各种可用于药物输送的纳米材料、材料性能甚至纳米材料的毒性进行着深入研究。2007年4月10-11日华盛顿国家科学研究院组织举行的“纳米材料在生物和医学领域应用”研讨会[17]上，普林斯顿大学的Robert Prod’homme教授作了有关纳米材料尺寸对药物输送影响的报告（题为“How size matters in the retention of nanomaterials in tissue”）。他们的研究结果表明：适合尺寸的纳米粒子可以通过快速生长、孔隙较大的癌细胞的细胞膜，但是不会通过正常细胞的细胞膜；另外，纳米粒子由于尺寸小不会引起免疫反应，利于在人体中的运输或埋植[18]。德克萨斯州大学的Lisa Brannon-Peppas教授作了“纳米粒子药物输送体系的靶向运输研究”报告（Targeted Delivery of Nanoparticulate Drug Delivery Systems）。牛津大学的Oleg Salata教授就纳米粒子的潜在毒性问题作了报告 （Nanoparticles known and unknown health risks）。上海情报服务平台也曾对纳米药物输送系统的相关专利、研究及市场情况作过初步报道[19，20]。

  综上所述，现代癌症治疗正在进入一个以靶向治疗为主导的新纪元。随着纳米生物技术的发展，基于纳米技术的纳米靶向性药物输送体系有望实现传统癌症治疗方法无法达到的高效、低毒副作用的治疗效果。