leyu乐鱼体育登录专业版:依据线粒体靶向纳米药物投递体系的规划及研讨展开

  线粒体参加能量供给、信号传导、细胞分化等许多生理活动, 在肿瘤的发生展开中起重要作用, 以线粒体为靶标是一种癌症医治新战略。运用纳米技能构建线粒体靶向纳米药物投递体系可改进传统药物溶解性, 延伸药物半衰期, 进步其生物使费用及下降不良反响, 有望处理肿瘤医治中呈现的耐药性问题。本总述着重于癌症医治范畴, 介绍了线粒体靶向纳米药物投递体系用于癌症医治的机制, 并概述了近5年线粒体靶向纳米药物投递体系的规划思路、分类及运用研讨, 终究拓宽剖析了以线粒体为靶点的其他研讨如仿生载体等, 并评论其存在的优势及缺少,为未来纳米药物靶向线粒体的深入研讨供给了依据。

  癌症是人类逝世首要原因[1], 世界卫生安排世界癌 症 研 究 机 构 (International Agency for Research onCancer, IARC) 发布的《全球癌症数据计算 (2020)》显现全球新发癌症1 929万例, 逝世996万例, 估计2040年呈现 2 840 万例, 比 2020 年添加 47%[2,3]。化疗是医治癌症的首要办法, 但传统药物分子存在水溶性差、溶出率低、浸透性低一级缺点, 导致药效差、不良反响大[4]。因而, 探寻高效的癌症化疗新战略是临床亟待处理的课题, 具有重要意义。

  比较于传统癌症药物分子医治办法, 纳米医学具有如下优势: 经过纳米资料携载传统药物可改进药物溶解性, 延伸药物体内半衰期, 进步生物使费用[5]; 经过高通透性和停留 (enhanced permeability and retention,EPR) 效应在肿瘤安排富集, 进步药物在肿瘤部位的浓度及医治指数, 下降不良反响; 可搭载多种药物一起作用于肿瘤, 进步医治作用[6]。现在纳米制剂NC-6004 Nano‐platin[7]、Nab-paclitaxel (Abraxane)[8]和 PEGPH20[9]已进入癌症临床研讨阶段, 免疫磁珠、MM-398 (Onivyde)[10]和紫杉醇白蛋白纳米制剂也已运用于临床确诊和医治。

  线粒体作为半自主性细胞器, 是细胞的能量工厂,担任许多重要功用如电子传递、ATP 组成、活性氧(ROS) 生成和凋亡途径的发动[11], 一起参加多种代谢途径如脂肪酸氧化、柠檬酸循环、糖异生及类固醇激素组成[12]。线粒体损害导致的细胞能量代谢紊乱与多种疾病密切相关如神经退行性疾病、癌症和心血管疾病等[13], 许多临床同意药物可直接作用于线粒体触发癌细胞逝世, 如奈必洛尔 (nebivolol) 可按捺线粒体呼吸和线粒体ATP合酶活性, 然后约束癌细胞能量供给[14]。许多研讨发现一些药物作用于线粒体内靶点或许获得杰出作用, 如原阿片碱经过线粒体凋亡途径按捺肝细胞癌成长[15], 标明线粒体是肿瘤化疗的要害靶点。线粒体靶向纳米载体可跨过生理妨碍直接将化疗药物挑选性投递至线粒体内的靶标, 经过搅扰能量代谢、调控细胞内氧化复原稳态[16]、参加细胞增殖和分化及线粒体自噬等来引发细胞凋亡[17]。因而, 与癌症医治中传统纳米药物比较, 线粒体靶向或许是一种更有用的战略[18]。此外, 线粒体靶向纳米药物投递体系作为一种功用性资料, 经改性润饰可与其他辅佐疗法如光动力疗法(photodynamic therapy, PDT)[19]、声动力疗法 (sonody‐namic therapy, SDT)[20]等联合, 起到“1+1>

  2”的作用[21]。

  本文将概述线粒体与肿瘤的联系, 总述近 5 年靶向线粒体纳米药物投递体系的规划和运用展开, 为新式药物运送体系的进一步展开供给主张。

  线粒体经过信号转导、囊泡转运和膜触摸位点与内质网、细胞核等相互作用来调理能量代谢、生物组成和免疫反响, 是细胞内生理功用的重要纽带[22]。现阶段以线粒体为靶点的抗肿瘤药物医治研讨首要会集在对线粒体内的动力学、DNA链及凋亡通路相关蛋白质(caspase-3、caspase-9、Bax和Bcl-2等) 表达进行搅扰或损坏, 调理能量代谢和 ROS水平、诱导线粒体 DNA和线粒体自噬稳态失调等。此外, 如光热疗法 (PTT)、PDT、SDT、光声成像 (PAI) 及免疫疗法等联合疗法的介入进一步完善了癌症的医治办法和机制。本节对线粒体靶向癌症医治的机制进行了分类和评论。

  线粒体动力学是指线粒体处在交融 (fusion) 与裂变 (fission) 的动态平衡中, 表现为形状上的异质性, 包含裂变状况和交融状况[23]。线粒体交融是两步进程 (外膜交融和内膜交融), 别离由线粒体外膜上的线和内膜上的视神经萎缩蛋白 1 (OPA1) 介导[24]。外膜和内膜的交融机制相似, 其间膜上的交融蛋白构成互锁弯曲状线圈, 经过三磷酸鸟苷水解为交融供给动力[25]。线粒体裂变首要由高度保存的动力相关蛋白 1(DRP1) 介导, 其被膜蛋白 Mff和Fis1招募到线粒体外膜后, 经过在线粒体外膜周围自聚合, 驱动线)。线粒体交融导致线粒体网络扩展, 为高能量需求的细胞供给了优势, 且已证明线粒体交融的损坏会导致线]。线粒体交融可修正受损线粒体, 康复细胞器功用和同质性, 而线粒体裂变发生较小的细胞器, 有利于其在细胞中的运动和遗传信息维护。

  肿瘤细胞经过改动线粒体动力学稳态来完成增殖和生计优势[27,28]。经过研讨线粒体动力学与肿瘤联系, 能够找到潜在医治靶点。Gao 等[29]研讨了线粒体动力学在诱导先天免疫极化和抗肿瘤应对中的重要调控作用, 并阐明晰相关的分子机制。作用标明 Miga2作为线粒体外膜蛋白, 对线粒体形状的改动具有重要作用, 对其敲除会导致线粒体割裂, 并特异性上调白介素-12 的表达, 促进 T 细胞发生搅扰素-γ, 显着增强巨噬细胞抗肿瘤免疫才能。因而线粒体的动力学形状相关调控蛋白 Miga2 可作为抗肿瘤免疫疗法的潜在新靶点。

  细胞凋亡包含外源性途径(经过胞外信号激活细胞内 caspase)[35]和内源性途径(又称线粒体凋亡途径, 经过线粒体开释凋亡酶激活因子激活 caspase)[36]。线粒体凋亡途径中, Bcl-2 蛋白宗族经过影响电压依靠性阴离子通道 (VDAC) 而操控线粒体通透性来调理细胞凋亡。抗凋亡蛋白 Bcl-2 和Bcl-xL 驻留在线粒体外膜中, 按捺 Cyto C开释[37]。促凋亡的Bcl-2宗族Bad、Bid、Bax和Bim可驻留在细胞质中, 在承受逝世信号转导后转位至线粒体, 促进Cyto C开释[38]。Cyto C开释后与APAF-1结合, 并与caspase-9构成激活复合体进一步激活 caspase-3、caspase-7 等切细胞底物完成凋亡[39]。研讨者不断开发靶向线粒体纳米药物投递体系, 经过投递抗肿瘤药或敏化剂等, 调控凋亡相关蛋白表达水平, 损坏线粒体并发挥抗肿瘤作用。

  依据 Warburg 效应, 即便在氧气足够的条件下, 肿瘤细胞也优先运用糖酵解而不是产能功率更高的氧化磷酸化来满意其能量需求。癌细胞的能量供给很大程度依靠于糖酵解, 而正常细胞仅在缺氧时才发动糖酵解。针对这种一起的代谢途径可挑选性损坏癌细胞而不影响正常细胞。开发线粒体靶向纳米体系以搅扰肿瘤细胞中的能量代谢途径或许完成癌症医治[40]。Jin 等[41]开发了一种具有代谢阻断作用的肿瘤特异性多重影响激活的树枝状纳米体系以战胜化疗耐药性, 并逐级打破化疗耐药性的多重生理妨碍,因为其具有多重呼应特性, 包含隐形树突状电晕以延伸血液循环, 安稳的纳米结构可有用被迫靶向和肿堆集, 酶激活介导肿瘤微环境靶向以加深肿瘤浸透促进药物内化、细胞质氧化复原灵敏性分化以充沛开释氯尼达明以快速抵达医治窗口, 以及溶酶体中酸触发抗肿瘤药物的核投递。此外, 代谢阻断战略停止了MCF-7R细胞中过度表达的己糖激酶 (HK) 活性, 并进一步激起了多种途径来战胜细胞耐药性要素, 包含ATP 约束、凋亡激活和抗凋亡按捺。在体外和体内对MCF-7R肿瘤的作用标明该战略有力地战胜了生理妨碍和 MDR。此研讨对能量代谢搅扰以战胜化疗耐药性而医治癌症十分有价值。

  ROS 包含超氧阴离子、过氧化氢、单线态氧等, 首要来历是线]。一方面, 高水平ROS可导致细胞结构的氧化损害。如为了最大极限运用和呼应肿瘤部位的高氧化应激环境, Li等[43]经过化学酶法组成了线粒体靶向的荧光自陈述纳米胶束载体1KTPP和2K-TPP, 以负载多柔比星 (DOX) 并增强内源性ROS反响。在体外, 该渠道显现出对ROS的高灵敏度(检测限

  许多线粒体蛋白参加了细胞代谢途径, 而癌细胞首要依靠有氧糖酵解发生能量。如HK是一种糖酵解限速酶, 其磷酸化状况催化糖酵解的第一步[45], 有 4 种亚型, 其间 HKII 在癌细胞中高度过表达[46]。HKII 与坐落线粒体外膜 (OMM) 的 VDAC1 结合。后者与抗凋亡蛋白结合在线粒体介导的凋亡中起要害作用, 而 VDAC1 和 HKII 的结合按捺细胞凋亡。因而, 阻止 HKII与 OMM 的结合或 VDAC1-HKII复合物解离, 可激活癌细胞凋亡, 有助于战胜抗癌医治中的耐药性问题[47]。Liu 等[48]报导了一种靶向癌细胞线粒体的两亲性肽超分子自拼装体, 旨在经过削弱线-HKII的相互作用来扩大凋亡影响。将带正电荷的片段 (pKV) 锚定在特定氨基酸序列发生细胞穿透肽 (pHK-pKV) 并将脂质链 (Pal) 与 pHK-pKV 的 N结尾结合, 以增强pHK的细胞内投递。细胞毒性和凋亡研讨作用标明削弱 VDAC1-HKII 的相互作用而按捺糖酵解并扩大凋亡信号可作为一种有出路的癌症医治战略。

  线粒体自噬是一种自我维护进程,可降解受损或功用失调的线粒体, 该进程介导了癌细胞耐药性然后下降线粒体靶向医治的有用性, 但是过度自噬或许会导致细胞代谢紊乱和逝世, 对癌症医治发生有利的影响[49]。因而, 不同条件下线粒体自噬在癌症耐药性中起两层作用。受线粒体靶向癌症医治和线粒体自噬之间联系的启示, Zhu 等[50]开发了一 种 基 于 能 量 消 耗 的 抗 癌 策 略 , 通 过 设 计 线 粒体靶向的 TPGS/dc-IR825纳米胶束, 运用dc-IR825的线粒体靶向才能和TPGS (D-alpha-tocopheryl polyethyleneglycol 1000 succinate) 在癌细胞中引起高水平的线粒体自噬, 引起能量高度耗费而医治癌症。该战略的抑癌机制有两种: ① 激活线粒体自噬; ② 健康线粒体数量的削减导致细胞 ATP水平下降, 激活能量感应途径, 触发癌细胞中的自噬以补偿 ATP缺少。双自噬途径发生了许多自噬体与溶酶体, 终究降解细胞内成分。因为自噬下流被阻断, 癌细胞的自噬活动无法收回细胞成分, 反而加快了 ATP 的耗费, 终究导致 ATP 耗竭和细胞逝世[50]。鉴于以线粒体为靶点的 PDT/PTT 也会引起线 nm激光照射下可进一步增强过度的线粒体自噬/自噬引起的能量耗费。该研讨经过人为调理癌细胞的自噬进程为抗癌医治供给了一种新的能量耗费战略, 并或许利于对自噬与癌细胞逝世之间联系的进一步了解。

  依据纳米技能的联合疗法包含 PTT、PDT、SDT、PAI及免疫疗法等。PDT 是经过光敏剂在光照射下发生 ROS 杀死癌细胞的疗法, 具有非侵入性、低毒性和准确可控等长处。但受肿瘤缺氧、ROS极短的扩散距离 (

  SDT 是经过声敏剂结合超声 (US) 辐射来杀伤肿瘤细胞。与 PDT 比较, SDT 具有以下优势: ① US 是机械波, 具有微创性和深层安排穿透性; ② 廉价且无放射性; ③ 高精度瞄准病变区域, 因而坚持正常安排未受损[53]。声敏剂在肿瘤细胞特异性堆集的才能能够极大影响医治功率。Costley 等[54]规划了一种纳米液滴 IR780-NDs, 因为 US 激起的声学液滴汽化 (acousticdroplet vaporization, ADV) 效应显着促进了 IR780-NDs从循环体系向肿瘤区域的传输, 增强肿瘤安排内的穿透深度。此外, IR780-NDs具有线粒体靶向才能, 可进步 SDT精度和准确性。在体外, 线粒体靶向后观察到ROS的过量发生, 使得癌细胞更易遭到ROS诱导的细胞凋亡的影响[55]。IR780-ND 可完成光声和荧光成像,且因为ADV发生的气泡, 还可增强US成像, 这为SDT引导和监测供给了潜力。因而, IR780-NDs 可成为用于癌症医治的有出路的医治确诊纳米渠道。

  PAI 是一种常用于联合医治的非侵入性成像技能, 能运用非电离辐射供给具有较高空间分辨率和成像深度的三维图画, 完成生物体内线粒体靶向纳米体系的实时盯梢, 以进行癌症医治期间的监测和辅导[56]。Yang等[57]规划了用于PAI辅导医治的纳米粒Pt(IV)-NPs, 由生物素符号的Pt (IV) 前药衍生物和负载IR780的环糊精构成。它将靶向配体、显像剂和药物整合, 避免了不安稳的 Pt载药量、过早走漏, 完成了医治一体化。Pt(IV)-NPs战胜顺铂耐药性首要依据 IR780对癌症线粒体的特异性靶向, 其在线粒体内部分开释顺铂以诱导显着的ROS升高和线粒体功用妨碍如ATP耗费、线粒体膜电位损失和 mtDNA 损害, 然后大大下降细胞内谷胱甘肽 (GSH) 水平, 避免了 GSH 对顺铂耐药癌细胞 (A549R) 解毒[57]。一起, 与近红外激起的 IR780 光热疗联合, 进一步耗费GSH以战胜顺铂耐药性。

  为完成线粒体特异性靶向和高效药物开释, 经过化学组成构建线粒体靶向纳米体系, 需求满意以下条件: ① 血液循环中安稳性好; ② 能挑选性地从血液运送至肿瘤安排而非正常安排区域; ③ 能特异性地从安排液中被肿瘤细胞吸取; ④ 进入细胞基质后逃逸其他细胞器吸取和避免酶裂解影响并顺畅靶向线粒体; ⑤ 进入线粒体能充沛开释药物作用于靶点。因而, 线粒体靶向纳米资料的规划要求和运用规范比传统药物投递资料愈加严厉。表1[44,58-73]总结了部分成功靶向线粒体的纳米体系最新实例, 并对小分子及小分子前药拼装构成的纳米体系、脂质体、纳米胶束、介孔二氧化硅、树突状聚合物、电荷可翻转的纳米共聚物、脂质壳-聚合物杂交纳米粒、金属有机骨架和多肽润饰的纳米体系进行介绍。

  与正常细胞线 mV) 比较, 癌细胞中线粒体膜电位有所添加 (−220 mV)[74,75], 一起, 为了药物高效跨过线粒体膜, 纳米体系需必定的亲脂性, 现在已报导了一些具亲脂性且带正电的小分子, 一般称为离域亲脂性阳离子 (delocalized lipophilic cations, DLCs)[76]。

  TPP 是用于线粒体靶向的小分子之一[77], 已被广泛用于线粒体靶向递药纳米体系中。最具代表性的是,Battogtokh 等[58]将多西他赛 (DTX) 与TPP偶联完成线粒体靶向性, 并将 TPP-DTX 负载到叶酸-胆固醇白蛋白纳米粒 (FA-chol-BSA NPs) 用于抗肿瘤且作用显着。除了TPP, 还有其他DLCs如胍和罗丹明及最新报导的小檗碱 (berberine, BBR)[59]、5BMF[60]、生物素等都可靶向线粒体。如 Cheng 等[59]拼装了 GSH 呼应开释的 PTX-ss-BBR 纳米粒, 用于协同医治癌症。BBR 帮忙纳米粒靶向线粒体, 在肿瘤环境高浓度GSH的触发下, 在线粒体内集合和药物开释, 进步了抗癌功率, 下降了药物毒性。此外, 小分子 5BMF 是一种新式的线粒体靶向 DLC, 具有杰出的抗肿瘤活性且有生物成像功用, 现在逐步运用于纳米药物抗肿瘤研讨[60,78]。

  Qian 等[60]开发了 5BMF 与人血清白蛋白 HSA 偶联的5BMF@HSA 复合纳米体系以进一步进步 5BMF 溶解度 (1.61～5.41 mg·mL-1) 和荧光强度 (>

  2 倍)。细胞内散布点评作用标明 5BMF@HSA 能从溶酶体逃逸并成功靶向进入线粒体。与中/碱性环境比较, 酸性条件下 5BMF@HSA复合物开释出近 10倍 5BMF。在μmol·L-1和nmol·L-1内对肿瘤细胞均表现出挑选性毒性, 并有用按捺小鼠模型的肿瘤成长。

  此外, 钌 (Ru) 和铱 (Ir) 协作物也可靶向定坐落线粒体。如EGFR (epidermal growth factor receptor) 广泛存在于肿瘤细胞外表, 其按捺剂可经过改动ErbB轴的功用然后影响肿瘤细胞周期、增殖和成长等进程完成抗肿瘤[79], 其首要耐药机制之一是肿瘤细胞外表EGFR易位至线粒体而导致的化疗耐药性[80]。Ilmi等[61]规划了一种靶向线粒体中 EGFR 的新式医治剂, 将金属络合物 [Ru(bipyridine)3]2+的荧光特性与小分子((4-bromophenyl)amino)quinazoline 对易位至线粒体内的 EGFR 的按捺作用相结合, 改动线粒体膜电位开释Cyto C, 完成肿瘤细胞线粒体靶向医治的渠道构建。

  脂质体是一种具有双分子层的人工膜, 一般选用高压均质法、乙醇注入法、旋转蒸腾超声法和微流控法制备[81], 其可带着亲水性和亲脂性药物, 前者散布在中心隔室内, 后者散布在双层膜内[82]。如 Peng 等[62]制备了葡萄糖和 TPP 共润饰的多靶点氧化复原灵敏脂质体Lip-SPG (图2), 以有用投递 DOX和化学增敏剂氯尼达明 (LND) 用于胶质瘤医治。体外试验标明, Lip-SPG 由葡萄糖和 TPP 介导,对大脑、肿瘤和线粒体具有多靶点定位的才能, 可进步癌细胞线粒体对 DOX 和 LND 的吸取, 有用按捺肿瘤细胞增殖和诱导细胞凋亡。此外, Lip-SPG 对线粒体功用有显着搅扰, 如削减细胞内 ATP 的发生、诱导ROS发生、促进线粒体膜电位去极化。经过引进GSH灵敏的二硫键和聚乙二醇使DOX和LND具有杰出的药代动力学特性、脑靶向才能、对正常安排的低毒性和杰出的抗胶质瘤作用。

  纳米胶束是由两亲性共聚物在水性介质中自拼装构成的具有核-壳结构的纳米载体, 具有制备简易、工艺安稳、粒径小的优势。胶束不仅能显着改进药物溶解性, 一起能经过 EPR效应添加药物肿瘤部位的堆集, 进步肿瘤化作用果[83], 必定程度上回转肿瘤的耐药性。多种天然药物活性成分经过影响内源性线粒体信号转导途径诱导肿瘤细胞凋亡, 但其溶解性和膜浸透性差严峻按捺了其抗肿瘤作用。Han等[63]制备了一种装载去甲斑蝥素的纳米胶束体系 TPP-PEG-PCL, 其显着添加肿瘤细胞对天然药物活性成分去甲斑蝥素的吸取, 并将药物集合在线粒体, 经过下降线粒体膜电位、进步细胞内 ROS 水平、添加 Bcl-2、削减 Bax 的表达等增强抗肿瘤作用。Kang 等[64]选用薄膜水化法制备载紫杉醇的纳米胶束 TPP-PEG-PE, 肺癌细胞毒性点评作用显现载紫杉醇纳米胶束 TPP-PEG-PE促细胞凋亡作用杰出, Hoechst染色提示凋亡肺癌细胞呈现了许多形状学改动, 纳米胶束可显着进步促凋亡 caspase-3活性及削减抗凋亡蛋白 Bcl-2 和 c-IAP1 表达量, 优于PEG-PE纳米胶束和紫杉醇。

  介孔二氧化硅(mesoporous silica nanoparticles, MSNs) 是经过溶胶-凝胶法、微波辅佐技能、化学蚀刻技能、模板法等制备的一种有序介孔资料[84,85]。该资料具有生物相容性好、比外表积高、尺度可控、可降解等特色[86,87]。一般,快速胀大的肿瘤细胞压榨邻近淋巴管, 延伸了纳米载体到病灶的累积时刻, 因而, 单纯的被迫靶向往往因短时刻无法完成的药物堆集而影响作用。为了进一步进步MSNs载药靶向性, López等[65]选用肿瘤细胞和线粒体双靶向战略, 开发了由 2 个靶向部分润饰的 MSNs,一半选用叶酸润饰, 能结合肿瘤细胞膜外表的叶酸受体, 另一半选用TPP润饰, 能呼应线粒体膜电位驱动进入线粒体中, 大都肿瘤细胞的膜外表叶酸受体散布较多, 故选用叶酸润饰纳米载体可较大程度添加药物在肿瘤部位的累积 (图3)。

  树突状聚合物(dendrimers) 具有超标化分支结构, 该结构可填充疏水性药物小分子至聚合空地, 也可将药物接枝到聚合物链上 (图 4)[88]。为有用调控 dendrimers 靶向线粒体的才能, 有学者研讨 TPP 的共轭密度对聚 (酰胺基胺)树状大分子线], 以 TPP 与胺封端的 第四代聚 (酰胺基胺) (PAMAM) 树枝状聚合物(G4NH2) 纳米载体的组合物为研讨方针, 经过调理TPP与G4NH2间的PEG接头长度, 操控外表的TPP密度进行优化, 并点评其生物活性和线粒体靶向才能。作用标明, 未加PEG时, 在低TPP密度 (～5 eq) 下, 细胞吸取和线粒体靶向均添加。在高 TPP 密度 (～10 eq)下, 细胞吸取和线粒体靶向性进一步进步, 而纳米载体也显现出显着细胞毒性。添加 PEG 后, 毒性下降, 跟着 PEG长度的添加, 纳米载体的线粒体靶向才能不受影响[90]。姜黄素抗癌活性强, 但芳香结构的电子细密性显着削减非极性姜黄素吸取到线粒体中, 阻止了作用[90]。

  Kianamiri 等[66]选用第四代树突状聚合物 PAMAM 接枝 TPP 并组合姜黄素进行体内外活性点评。研讨标明, 靶向树状聚姜黄素 (TDC) 可成功将药物投递到癌细胞线粒体, 并阻滞细胞周期 G2/M。此外, 在小于25 μmol·L-1 姜黄素剂量下, TDC 显着下降了 ATP 和GSH水平, 并添加了离体大鼠肝细胞线粒体的ROS水平。体内研讨标明, 与游离姜黄素比较, TDC 医治后具有显着的肿瘤按捺作用和存活率改进。除其靶向性和安全性外, 溶解性和安稳性也得到改进。胶质母细胞瘤因为 BBB 阻止了医治剂向大脑的运送, 约束了传统疗法和新式疗法在方针部位的作用[91]。Sharma等[67]报导了一种与易位蛋白 (TSPO)配体 DPA 点击润饰的 dendrimers, 并在体外证明晰dendrimers-DPA共轭物 (D-DPA) 显着添加了树状聚合物与线粒体的共定位。体内研讨标明D-DPA特异性靶向肿瘤相关巨噬细胞内的线粒体, 且可进一步润饰以靶向特定的细胞内区室以进行细胞器特异性药物投递。BBB和多药耐药 (MDR) 被认为是 PTX 化疗失利的首要妨碍。肿瘤细胞因自身增殖耗费许多葡萄糖,导致GLUT1过度表达, 约为转铁蛋白受体的100倍[92]。

  电荷可翻转的纳米共聚物是一种经过阴离子改性用于屏蔽纳米体系的正电荷的共聚物, 避免与其他蛋白非特异性结合而被消除[94]。正常生理环境中 (pH 7.4) 该共聚物呈中性或负电性, 可下降网状内皮体系巨噬细胞对纳米药物的吸取, 一起确保其血液循环中的安稳性;但当抵达肿瘤部位时, 其电位发生电荷回转, 与肿瘤细胞外表的亲和力显着增强, 有利于纳米粒子在肿瘤细胞中的积蓄[95]。Wang 等[69]开发了依据 N-(2-羟丙基) 甲基丙烯酰胺 (HPMA) 共聚物 (MPC) 的新式线粒体靶向电荷可逆的多功用纳米载体 MPC, 由 2 个带相反电荷的HPMA 共聚物构成 (图 5), 即带正电荷的胍氨基分子改 性 的 共 聚 物 和 电 荷 可 逆 的 2, 3- 二 甲 基 丙 酸 酐(DMA) 润饰的共聚物 (P-DMA), 经验证 MPC 可在血液循环中坚持安稳, 可呼应肿瘤微酸环境当即露出胍基的正电荷, 一起促进内吞作用、溶酶体逸出和线粒体靶向。体外试验标明, 与不具有胍改性的共聚物比较,MPC 在模仿肿瘤环境中的细胞吸收和线粒体靶向才能别离添加了 4.3% 和 23.8 倍。在带着 B16F10 肿瘤C57小鼠上进行体内试验, MPC 显现肿瘤部位的最高堆集, 肿瘤按捺率为82.9%[69]。

  脂质壳-聚合物杂交纳米粒 (lipid-polymer nanoparticles,LPNPs) 由聚合物中心和生物相容的脂质壳构成。与一般脂质体比较, LPNPs 具有较长半衰期。Zhang等[70]提出了一种经过改动脂质体组分/份额来调理脂壳-聚丙交酯-共乙酰化 (PLGA) 核壳纳米粒(图 6) 在细胞器的散布。经过微流控技能逐层拼装和高通量挑选杂化纳米粒子, 制作具有不同外表性质的 LPNPs。

  经过进步脂质壳中的DOTAP与DOPE份额, 剖析了杂化纳米粒在线粒体内的散布趋势。一起体系研讨了DOTAP和DOPE的功用, 标明阳离子和中性辅佐脂质对溶酶体逸出以及线粒体靶向的增量作用。

  金属有机骨架(metal-organic framework, MOF) 是一类由无机金属离子与有机配体配位构成的多孔资料[96]。与其他纳米药物载体比较, MOF 具有高孔隙率、结构可调、尺度可控、易于润饰等长处, 此外MOF表现出一起优势: ① 易制备且安稳性好, 由无毒金属 (Fe、Zn、Ca、Mg等) 和低毒性羧酸或膦酸拼装; ② 生物可降解, 特别露出于水时; ③ 其内部微环境适用于投递具有不同活性的药物分子[96]。这些特性使 MOF 成为抱负的生物医药运用资料, 如药物或成像剂的投递等, 资料外表润饰改性进一步丰厚了MOF作为递药渠道医治疾病的战略, 如光热疗和化疗联合, 超声疗法和化疗联合等组合医治战略[97]。现在研讨较多的是ZIF[98,99]、UiO[100]、PCN[101]等系列。Haddad等[102]规划并开发了TPP@(DCA5-UiO-66),又称“特洛伊木马”, 该资料进步了二氯乙酸钠 (DCA)的抗癌作用, 与游离药物比较, 所需剂量削减至缺少1%, 与非线粒体靶向MOF比较, 削减至约10%。

  多肽因为杰出的生物相容性和低毒性, 与小分子比较, 其作为线粒体靶向配体更具有优势。现在广泛用于线粒体靶向纳米体系的多肽是线粒体穿透肽 (MPPs)、线粒体靶向信号肽(MTSs) 和 Szeto-Schiller (SS) 肽。依据多肽的纳米体系还可运送功用性小分子、肽、聚合物、蛋白质和核酸进入细胞。MPPs是人工组成的线个氨基酸组成, 含阳离子和疏水残基[103]。与 DLC 相似,MPPs的线粒体靶向性取决于外表电位和亲脂性。如Mallick等[71]运用苯丙氨酸-精氨酸-苯丙氨酸-赖氨酸的 MPP 序列开发了疏水性药物抗霉素 A (AMA) 的Chol-FRFK/D纳米脂质体制剂。脂质体的小尺度和适度的阳离子电荷促进了有用的细胞吸取而下降毒性。线粒体膜电位点评作用标明 Chol-FRFK/D 脂质体和AMA 协同作用导致肿瘤细胞线粒体内膜电位的彻底损坏。

  与MPPs不同的是, MTSs是由20～40个氨基酸组成的多肽, 首要经过结合线粒体外膜进入线粒体, 但其溶解性差约束了该药物靶向投递方面的运用[71]。Battogtokh 等[72]规划了外表润饰线粒体靶向信号肽的纳米脂质体 MITO-Porter, 并验证了纳米粒外表的MTSs可与线粒体外膜上的 TOM/TIM 复合物结合, 增强了对线粒体的挑选性结合才能。

  SS 肽是一种亲脂性阳离子的替代品, 一般由 4个带正电的氨基酸组成[104,105]。SS 肽首要有 SS01 (TyrD-Arg-Phe-Lys-NH2)、SS02 (Dmt-D-Arg-PheLys-NH2)和 SS31 (D-Arg-Dmt-Lys-Phe-NH2)[105]。此外, 它还具有必定抗氧化作用, 是医治线粒体相关疾病的一种载体成分。这些 SS 肽可削减线粒体 ROS 发生, 按捺线粒体通透性转化孔敞开, 在避免氧化应激或按捺线粒体电子传递链诱导的细胞凋亡和坏死方面作用显着[106]。TPP的靶向性依靠于线粒体膜电位, 在医治线粒体膜电位削弱或损失心肌缺血患者时存在局限性。SS-31经过与心磷脂相互作用特异性地会集在线粒体内 膜 , 可 应 用 于 线 粒 体 膜 电 位 异 常 的 患 者 的 医治中[107]。

  两 亲 性 尾 部 锚 定 肽 (amphipathic tail-anchoringpeptide, ATAP) 作为一种新式线粒体靶向肽已被证明具有诱导线粒体依靠性凋亡的活性。Yamada等[73]报导了磁性核壳纳米粒子 (magnetic core-shell nanoparticle,MCNP) 搭载 ATAP至恶性脑瘤和转移性乳腺癌细胞。与其他线粒体靶向肽同, ATAP的细胞毒性效应不需促凋亡蛋白的存在, 也不受肿瘤中常发生骤变的抗凋亡蛋白浓度的影响, 而是挑选性靶向线粒体并经过搅扰线粒体膜通透性开释Cyto C, 然后引发一系列改动,导致细胞凋亡, 而MCNPs介导的部分热疗进一步改进作用。

  关于线粒体作为靶点的研讨, 除了纳米载体靶向投递药物到线粒体之外, 最近还有许多相关报导如线粒体移植、线粒体作为药物载体及线粒体膜包裹纳米载体作为生物仿生载体的研讨等。

  癌细胞能量代谢的改动与线粒体功用妨碍有关。癌细胞的线粒体功用妨碍包含有氧糖酵解添加、ROS 水平升高、细胞凋亡削减和对化疗药物的反抗。而线粒体移植疗法是一种医治线粒体功用妨碍的新式战略, 行将正常细胞的线粒体引进癌细胞或许康复线粒体功用并按捺癌细胞成长, 回转化疗耐药性[108]。有研讨指出, 别离出的功用性线粒体挑选性进入人乳腺癌MCF-7和MDA-MB-231细胞, 但不进入正常乳腺上皮 MCF-12a细胞。线粒体移植后, 按捺了有氧糖酵解并添加了人乳腺癌细胞对多种抗肿瘤药物 (DOX、abraxane和卡铂) 的灵敏性[109]。除化学疗法外, 放射疗法是癌症最重要的医治办法之一。线粒体缺点添加了人肝癌 HepG2 细胞的辐射抗性, 减轻了ROS介导的氧化损害, 阻断线粒体凋亡途径。这标明线粒体移植或许是一种有用的放射增敏办法。但这项技能仍有许多要害问题需处理, 所以除了正在进行的临床研讨外, 现在还未能广泛运用线]。最重要的问题之一便是免疫反响, 现在研讨显现自体线粒体移植是安全的, 但运用同种异体线粒体作为药物更有用。同种异体线粒体比自体更适合异体线粒体, 包含细胞和安排中存在线粒体 DNA 骤变和线粒体功用妨碍的患者。还有其他如怎样提取能确保线粒体的质量和功用的完整性和安稳性及贮存等问题待处理[111]。

  近年来,“用自身物质医治自身疾病”的精准医学理念逐步引起重视,一些来历于细胞自身的物质在药物投递方面体现出杰出的运用远景, 如外泌体和细胞外囊泡等。线粒体移植在医治线粒体缺点疾病的成功标明外源的线粒体能进入细胞中。有学者[112]规划了一种以正常结肠上皮细胞来历的线粒体为载体, 搭载化疗药物, 并具有肿瘤微环境呼应的药物投递体系, 将其运用于结直肠癌的医治。作用标明线粒体搭载药物后增强了药物杀伤肿瘤胞的才能, 结合已有的线粒体在疾病医治中的研讨, 阐明线粒体作为药物载体在结直肠癌医治方面具有必定的运用远景。

  在曩昔几年中, 越来越多地运用天然细胞膜来涂覆纳米资料以进行功用化制备仿生载体。其具有以下长处: ① 越过分子辨认, 为纳米资料供给了相似细胞的功用; ② 膜涂层供给了一系列细胞特异性蛋白质, 用于动态和多重结合相互作用, 然后发生功用驱动的广谱生物活性;③ 不同膜涂层的特性也不同, 挑选适宜的涂层可满意延伸半衰期, 下降免疫排挤反响和药物不良反响等。细胞膜包被的纳米资料在药物投递、解毒、免疫调理和生物传感方面具有广泛的运用。Gong等[113]经过膜-基质交融进程将从小鼠肝脏中提取的OMM包覆在纳米粒和场效应晶体管 (FETs)。作用标明, OMM-NPs能够与靶向 OMM 的 Bcl-2 按捺剂 ABT-263 结合。OMMNPs在体外可有用维护细胞免受ABT-263诱导的细胞凋亡, 一起也能在体内缓解由 ABT-263 形成的血小板削减。一起, 包覆有OMM的FET传感器 (OMM-FET)可对 Bcl-2 抗体和小分子激动剂进行检测和区别。上述研讨作用标明OMM可被用于涂覆纳米粒子和功用器材, 证明 OMM 也可作为构建新式仿生载体的包覆资料。现在报导的线粒体膜包裹纳米载体作为仿生载体的研讨较少, 但在药物投递体系开发范畴有很大潜力。

  本总述总结了线粒体靶向纳米药物投递体系用于癌症医治的最新作用和打破, 一起对其进行了分类和评论。纳米药物投递体系搭载药物至肿瘤部位, 经过搅扰线粒体内能量代谢、调理 ROS 水平、调控细胞凋亡相关蛋白、损害 mtDNA、调控线粒体自噬等战略改进了癌症医治作用, 线粒体靶向 PDT、PTT 和 CDT 等已成为有远景的医治战略, 避免了手术等传统医治办法的高风险性。线粒体靶向纳米药物投递体系的长处包含: ① 精准给药, 直接将药物投递到靶点, 改进化作用果和患者适用性, 下降不良反响; ② 便于基团润饰和化合物高效负载, 以协作不同联合疗法的需求; ③ 可控开释药物,杰出的药物开释特性习惯临床医治需求。线粒体靶向纳米资料的规划中也存在一些问题: ① 生物安全性有待改进, 线粒体靶向分子多带正电荷易引起毒性, 更安全的靶向分子亟待进一步开发; ② 线粒体靶向纳米资料缺少一致的点评规范; ③ 监测疾病生物标志物的线粒体靶向探针仍需进一步开发。

  现在线粒体靶向纳米资料递药体系的靶头规划倾向选用小分子如TPP、guanidine等, 但许多研讨者也意识到生物安全性问题, 近几年逐步选用各种序列的多肽作为靶头, 乃至向仿生范畴进发, 期望能发掘低毒乃至无毒的线粒体靶向仿生药物载体, 靶头作为最要害部分, 其安全性和靶向作用将是未来开发该类纳米载体的要点调查要素。别的, 联合医治往往比单药医治作用要好, 但联合医治的办法研讨和安全性点评还不行细化, 如光热源、声源等运用条件的调查、纳米载体的生物可降解性及药物的代谢产品、免疫排挤反响等。重要的是, 潜在的分子机制需求进一步研讨, 需求药学、化学、生物学、资料学等各范畴人员更频频地协作,展开深入研讨, 完成精准医治, 霸占癌症。还有许多作业亟待学者们一起探究研讨, 期望充沛发挥线粒体靶向纳米资料递药体系规划优势, 为处理人类健康问题供给更有用的计划。