纳米递送系统是当前解决抗肿瘤药物靶向性差、毒副作用大及生物利用度低等核心问题的有效手段之一。与正常组织相比，肿瘤微环境具有一些独特的性质，如血管异常、缺氧和酸性 ｐＨ等，这些复杂的性质极大的影响药物在肿瘤部位的递送。基于肿瘤微环境来设计纳米递药系统能改善递送效率以增强抗肿瘤治疗效果。本文综述了肿瘤微环境的组成、特征及基于肿瘤微环境所设计的纳米递药系统的应用研究，并讨论了其中存在的挑战和机遇，旨在为促进纳米递送系统在临床上的实际应用提供参考。
药物治疗是临床上治疗恶性肿瘤最常用的方法之一。传统的小分子抗肿瘤药物毒性高，进入体内后会通过血液循环分布于不同组织，产生非特异性的组织分布，不但降低了药物的有效浓度而且会引起诸如骨髓抑制、脱发等毒副作用，甚至导致治疗失败［１］。此外，抗肿瘤药物的理化性质如溶解性、相对分子质量等也会对治疗效果产生一定的影响，如姜黄素具有诱导肿瘤细胞凋亡的能力［２３］，然而，其水溶性差（约１１ｎｇ·ｍＬ－１）［４］、口服给药生物利用度低［５］等缺陷限制了临床应用。由此可见，尽管现已研发大量具有抗肿瘤活性的药物，但如何使药物高效地发挥活性并减小毒副作用，成为现代医学领域的一项巨大挑战。
纳米递送系统可以有明显效果地克服药物溶解性差、靶向性差、毒副作用大、生物利用度低等问题，为改善药物递送效率提供了新思路。然而，纳米递送系统到达肿瘤部位发挥药效的过程受复杂的肿瘤微环境（ＴＭＥ）影响，导致体内递送效率降低。由于 ＴＭＥ与正常组织相比存在许多特殊之处，基于 ＴＭＥ的独特特征设计纳米递药系统有望增强抗肿瘤治疗，一方面能够利用增强渗透和滞留效应被动靶向或配体受体识别主动靶向至肿瘤组织，进而增加药物的渗透和积累；另一方面，通过响应微环境中弱酸性ｐＨ、乏氧等刺激源有助于实现药物的可控释放，避免递送过程中出现药物泄露。此外，调节 ＴＭＥ也是克服递送障碍的一种有效策略，在肿瘤治疗中具有广泛的应用前景。因此，本研究总结了 ＴＭＥ的组成及生物学特征，分别从靶向、响应及调节 ＴＭＥ３个角度重点介绍基于 ＴＭＥ特征所设计的纳米递药系统及其应用，并讨论其中存在的机遇和挑战。
ＴＭＥ是肿瘤生长过程中所处的内环境，由各类细胞和非细胞成分相互交织形成，其内部的肿瘤细胞可通过循环、淋巴系统与周围细胞相互作用，进而影响肿瘤的生长。肿瘤细胞快速增殖和转移一直是临床治疗恶性肿瘤的难点，ＴＭＥ的存在为肿瘤的生长和发展提供了绝佳庇护所。ＴＭＥ的主要组成包括：①细胞外基质（ＥＣＭ）：为肿瘤生长提供结构支持。ＥＣＭ通过逃避生长抑制因子、抵抗细胞死亡、诱导血管生成和激活侵袭、转移来促进肿瘤细胞增殖，ＥＣＭ重塑并转化为对肿瘤有益的环境。致密的胶原网络降低药物在肿瘤细胞的穿透性，胶原纤维的动态厚度、ＥＣＭ密度和基底膜的状态也会阻碍药物渗透到肿瘤深层区域。②癌症相关成纤维细胞（ＣＡＦｓ）：激活后的 ＣＡＦｓ能合成大量 ＥＣＭ成分，并通过释放蛋白水解酶如基质金属蛋白酶（ＭＭＰｓ）、去整合素等降解并重塑 ＥＣＭ。此外 ＣＡＦｓ是许多生长因子和细胞因子如基质细胞衍生因子 １（ＳＤＦ１）、肝细胞生长因子（ＨＧＦ）、血管内皮生长因子（ＶＥＧＦ）的重要来源，共同促进肿瘤发展和血管生成。③肿 瘤 相 关 内 皮 细 胞 （ＴＥＣｓ）：在肿瘤发生及保护肿瘤细胞免受免疫系统的识别中起到关键作用，研究表明肿瘤细胞能够触发 ＴＥＣｓ的免疫抑制活性，进而影响抗肿瘤免疫和治疗反应。与正常组织的内皮细胞相比，ＴＥＣｓ在表型、功能和基因表达等方面均有明显差异，且肿瘤细胞中一些分泌因子如 ＶＥＧＦ和成纤维细胞生长因子（ＦＧＦ）能刺激 ＴＥＣｓ从而加速肿瘤生长。④免疫细胞（ｉｍｍｕｎｅｃｅｌｌｓ）：包括先天免疫细胞（巨噬细胞、肥大细胞、中性粒细胞、树突状细胞、髓源抑制性细胞和 ＮＫ细胞）和适应性免疫细胞（Ｔ、Ｂ淋巴细胞）。免疫细胞对肿瘤具有促进或抑制的双重作用，通过非间接接触或趋化细胞因子信号传导来改变肿瘤行为。⑤周细胞（ｐｅｒｉｃｙｔｅｓ）：一种包围着全身毛细血管内皮细胞的收缩细胞，该细胞嵌入毛细血管内皮细胞的基膜中，为内皮细胞提供结构支持；调控血管生成并加速肿瘤血管成熟。低周细胞覆盖率可能与肿瘤转移及不良预后相关，而高周细胞覆盖率则与侵袭性强、治疗较难的癌症相关。⑥血管：通常在原有的血管基础上延伸形成，血管生成在肿瘤的增殖和转移中起着至关重要的作用。一方面，肿瘤细胞释放 ＶＥＧＦ激活血管内皮细胞，促进内皮细胞的增殖和迁移，另一方面内皮细胞旁分泌某些血管生长因子刺激肿瘤细胞的生长，肿瘤细胞和内皮细胞的相互作用贯穿于血管生成的全过程。这些新生血管为不断浸润生长的原发肿瘤提供营养，同时肿瘤细胞又分泌多种生长因子以加速新生毛细血管的形成（图 １）。
肿瘤复杂的微环境导致肿瘤部位表现出与正常组织不同的生物学特征。血管生成是肿瘤生长和转移的最门槛，为肿瘤组织提供新陈代谢所必需的氧气和营养，然而新生血管持续且快速生长，导致肿瘤血管的形态和特征不同于正常血管，包括血管形状不规则，通透性强，结构缺乏完整性，内皮细胞间存在比较大间隙等［１２］。由于肿瘤细胞的快速增殖和血管异常限制了氧的扩散，导致肿瘤组织内部的氧气含量低于正常水平，乏氧细胞也会过表达 ＶＥＧＦ进一步加速新血管生成。在乏氧条件下，肿瘤组织的代谢由有氧代谢转化为无氧酵解，获得所需能量的同时产生酸性物质，大量的乳酸在细胞内蓄积使得肿瘤部位 ｐＨ呈弱酸性（肿瘤细胞外 ｐＨ６.５～７.０，正常组织 ｐＨ７.４）。ＴＭＥ处还具有高浓度的还原性谷胱甘肽（ＧＳＨ）、不规则的酶水平［１７］等特征。此外，与正常组织相比，ＴＭＥ处会出现特异成分的表达或某些成分的过表达，例如肿瘤内皮细胞特异性表达肿瘤血管内皮生长因子受体（ＶＥＧＦＲ）、αｖβ３整合素和血管细胞粘附分子-１；人乳腺癌细胞、人宫颈癌细胞和人肝癌细胞表面过度表达核仁素；ＭＣＦ-７细胞表面过度表达叶酸受体等［１８］。利用 ＴＭＥ的这些生物学特征可设计靶向性的和智能响应释放的药物递送系统，解决抗肿瘤药物应用中存在的缺陷以增强抗肿瘤治疗效果。
鉴于传统化疗药物在体内的非特异性分布，怎么样提高药物的组织选择性是递送过程中的最要紧的麻烦。基于 ＴＭＥ的生物学特征设计具有被动或主动靶向能力的纳米递送系统来增强药物到达肿瘤部位的能力，减少非靶向递送，是提高药物递送效率的有力措施。
为了满足快速生长的需求，肿瘤部位的血管生长迅速，导致血管壁结构完整性差、间隙较宽，循环中的纳米递送系统可能穿透间隙进入肿瘤组织；同时，肿瘤组织的淋巴回流缺失也会造成纳米粒子的滞留，此现状被称作肿瘤组织的增强渗 透 和 滞 留 效 应，简称 ＥＰＲ效应（图 ２）。在 ＥＰＲ效应的影响下，纳米载药系统将抗肿瘤药物被动靶向递送至肿瘤组织，不仅能增强药物靶向性，降低全身毒副作用，还能改善疏水性药物和不稳定药物的使用限制［２１］。早在 ２０世纪 ６０年代末脂质体就被用于抗肿瘤药物递送［２２］，尽管脂质体拥有非常良好的生物相容性、低细胞毒性等优势［２３］，但其结构属于热力学不稳定体系，且载药效果不佳。为了获得更强的载药能力和稳定能力，迄今为止已开发出多种类型的纳米递送系统（图 ２），如聚合物纳米粒子因其良好的稳定性和负载能力成为常用的纳米递送系统之一；无机纳米粒子因其优良的物理化学性质，如大表面积、低毒性副作用和对大多数有机溶剂的耐受性也被大范围的使用在肿瘤治疗［２６］；此外，纳米凝胶、纳米 级 金 属 有 机 框 架 （ＮＭＯＦ）等新型纳米结构也慢慢的变成为研究热点。
如 Ｇｕｏ等［３１］利用超声乳化技术制备了一种新型的蛋白石页岩纳米粒子（ＯＰＮＰｓ），其多孔结构和较强吸附性有利于多柔比星（ＤＯＸ）的包载和持续释放，延长药物在体内的血液循环并减少对正常组织的毒副作用。与游离药物相比，该载药系统显著改善了 ＭＣＦ-７细胞对 ＤＯＸ的摄取能力，并且 ＯＰＮＰｓ与核膜具有强结合能力，ＤＯＸ可在细胞核定位作用下诱导 ＭＣＦ-７细胞凋亡，进一步抑制肿瘤生长。Ｘｕ等［３２］将局部覆盖斑块状金的异硫氰酸荧光素二氧化硅纳米颗粒封装于介孔二氧化硅中，设计一种具有荧光成像和药物递送能力的新型蛋黄壳结构的介孔二氧化硅纳米粒子（ＰＡＦＳ-ＹＭＳＮｓ）。与传统选择性蚀刻不同，其多功能硅芯保持完整，碱性蚀刻主要发生在杂化层，导致 ＹＭＳＮ形成空隙，利用 ＤＯＸ和硅基质表面电荷间的强静电相互作用，将药物包载于空隙和介孔二氧化硅壳层中。给药后通过光学成像系统实时监测小鼠肿瘤周围 ＦＩＴＣ的荧光强度，结果显示肿瘤周围 ＰＡＦＳ-ＹＭＳＮｓ的荧光强度随时间的推移而增加，证明该纳米递送系统能通过 ＥＰＲ效应增强肿瘤组织的积累量，为构建肿瘤治疗的纳米平台提供了一种替代方案。厄洛替尼是一种靶向表皮生长因子受体（ＥＧ-ＦＲ）的小分子疏水药物，用来医治晚期或不可切除的非小细胞肺癌（ＮＳＣＬＣ）。作为一线的 ＥＧＦＲ抑制剂，Ｅｒ的低水溶性和渗透性严重阻碍其疗效和临床使用。为此，Ｗａｎｇ等［３３］提出了第一个 ＤＮＡ纳米结构接枝 Ｅｒ分子用于肿瘤治疗的方案。将Ｅｒ与叠氮化物（Ｎ３）修饰的 ＤＮＡ链共价偶联后，在空间可编程的 ６×６×６４ｎｔＤＮＡ纳米结构上自组装，形成一种新型抗肿瘤药物递送系统。在纳米 ＤＮＡ结构的高溶解度、强细胞内化能力和 ＥＰＲ效应的作用下，Ｅｒ的生物利用度显著提升，观察到６×６×６４ｎｔＥｒ纳米结构对 Ａ５４９细胞的细胞毒性增加，体内研究也表现出很强的抑瘤效果，且对小鼠的其他组织无明显损伤，这种新型递送系统可能在未来临床转化中显示出巨大潜力。基于 ＥＰＲ效应，目前已有多种纳米载药系统被 ＦＤＡ批准上市，如多柔比星脂质体（Ｄｏｘｉｌ）、白蛋白结合型紫杉醇等［３４］，但是由于 ＴＭＥ复杂的病理特征，递送过程仍有很多不足，如靶向性低、肿瘤渗透性差以及非特异性药物释放等，削弱了抑制肿瘤的能力。并且 ＥＰＲ效应具有高度异质性，不一样的肿瘤之间、甚至在相同的肿瘤肿块内均存在比较大差异。最重要的是，临床观察表明，ＥＰＲ效应在患者之间表现出显著的个体差异，甚至对某些患者无效，这些不确定性因素使得现阶段对 ＥＰＲ效应的研究主要停留在动物水平。由此可见，在临床应用中仅依赖 ＥＰＲ效应靶向肿瘤组织的策略仍有不足之处，要进一步优化纳米递送系统的设计和性能，开发更有效的方法将抗肿瘤药物递送至靶部位。
由于 ＴＭＥ会产生特异性成分的表达或某些成分的过表达，根据此特点可在纳米递送系统的表面修饰能识别肿瘤部位特定受体的靶向配体，靶细胞上独特的受体和相应配体的识别为纳米载体的“识别与结合”功能提供了分子基础，不但增强纳米载体对肿瘤细胞的靶向及内化能力，还能改善纳米递送系统的体内循环时间、组织分布和肿瘤细胞的摄取等［３７］。总结基于主动靶向作用的纳米递送系统（表１），根据修饰的配体不同一般可分为以下类别：①抗体及其片段；②适配体（Ａｐｔｓ）和其他核酸序列；③肽或整个蛋白质；④小分子，如叶酸、苯硼酸和糖等［３８］。与被动靶向的纳米递送系统相比，主动靶向最大的优势是可提升 ＥＰＲ效应。主动靶向的纳米颗粒进入肿瘤间质后，对肿瘤细胞的特异性识别作用能够更好的降低间质中游离纳米颗粒的浓度。此外，相应的受体必须在肿瘤细胞表面过表达或特异性表达，且在正常细胞中表达减少，以便提供更多的配、受体结合位点［３９］。综上所述，配体修饰的主动靶向递送系统选择性的增加了有效载荷在肿瘤部位的积累，增强靶细胞递送效果。尤其是当抗肿瘤药物需要主动胞转肠黏膜、血脑屏障等生理障碍或组织积累不依赖于 ＥＰＲ效应时，主动靶向性的药物递送系统具有无法替代的作用。
一般情况下药物递送系统会在体内长循环过程中逐渐释放包载的药物，具有缓慢外渗能力的纳米载体到达 ＴＭＥ时，比较小的有效载荷会导致药效降低［７４］，因此，怎么来控制纳米递药系统中的药物在特定肿瘤部位有效释放同样是抗肿瘤药物递送过程中要解决的重要科学问题。为了精确控制释药，递送系统需在血液循环过程中保持稳定并且具有刺激响应性，能识别细微的环境变化的同时做出响应。与正常组织相比，ＴＭＥ具有偏弱酸性、乏氧、高 ＧＳＨ浓度等特点，围绕这些特征设计响应 ＴＭＥ的抗肿瘤药物递送系统，在内源性刺激下控制药物释放［７５］，从而有明确的目的性的在体内病变区域实现“按需给药”，避免给药后由于长时间血液循环而导致的药物泄漏，使到达肿瘤部位的药物剂量显著提升，全身性毒性随之减少。
由于肿瘤组织与正常组织处的 ｐＨ存在一定的差异，因此可利用 ＴＭＥ的弱酸性特征设计 ｐＨ响应的抗肿瘤药物递送系统，如 Ｄｏｎｇ等［７６］制备了具有聚集诱导发光（ＡＩＥ）和福斯振能量转移（ＦＲＥＴ）效应的 ｐＨ／ＧＳＨ双响应的超分子纳米递送系统（ＨＧ／ＣＤ＠ＤＯＸ），以多支聚酰胺（Ｈ-ＰＡＭＡＭ）为核心，分支结构形成大量空腔用于包载 ＤＯＸ，Ｈ-ＰＡＭＡＭ固有的ＡＩＥ效应以及 ＨＧ／ＣＤ载体与 ＤＯ之间的 ＦＲＥＴ效应可以动态监测药物递送系统的轨迹和药物释放过程。体外释药研究显示 ＨＧ／ＣＤ＠ＤＯＸ在正常生理条件下释药量小于 ２０％，ｐＨ为 ５.０时由于 Ｈ-ＰＡＭＡＭ本身的 ｐＨ敏感性，在弱酸性环境中的结构相对松散，释药量可达 ７５％以上，而高浓度 ＧＳＨ的存在会破坏超分子结构中的二硫键，进一步促进药物释放。细胞毒性结果为，当 ＨＧ／ＣＤ质量浓度达到 ２ｍｇ·ｍＬ－１时，细胞活力仍在 ９０％以上，而载药后的 ＨＧ／ＣＤ＠ＤＯＸ对 ＭＣＦ７细胞显示出强大的杀伤作用，证明 ＨＧ／ＣＤ超分子组装结构拥有非常良好的生物相容性和药物递送能力。Ｗａｎｇ等［７７］开发一种由 β拉帕醌（Ｌａｐ）、ｐＨ响应的聚合物和活性氧（ＲＯＳ）响应的 ＤＯＸ前药组装成的双响应纳米递送系统。肿瘤处的弱酸性环境刺激递送系统分解，释放的 Ｌａｐ通过芬顿反应产生毒性的氢氧根自由基，进而触发 ＲＯＳ响应的前药分解并释放 ＤＯＸ。体内实验根据结果得出 ＲＯＳ的产生和抗肿瘤药物的释放级联能有效抑制肿瘤的生长。Ｚｈａｎｇ等［７８］利用两亲性三嵌段共聚物 ｍＰＥＧｂＰＧＣＡｂＰＧＴＡ设计一种多阶段协同药物递送纳米平台，以实现蛋白质和化疗药物的共递送（图 ３）。ＲＯＳ敏感键将亲水性核糖核酸酶 Ａ（ＲＮａｓｅＡ）与苯硼酸基团连接形成 ＲＮＢＣ，ｐＨ敏感的苯硼酸儿茶酚键将 ＲＮＢＣ与 ＰＧＣＡ共价偶联，在自组装过程中通过疏水相互作用使 ＤＯＸ包载于载体内部，由此产生的动态锁定纳米颗粒具有较强稳定性，有助于延长血液循环时间，提高肿瘤积累量。经细胞内化后，ｐＨ敏感键在酸性内体溶酶体中裂解释放 ＲＮＢＣ；同时三胺的质子化介导 ＤＯＸ的释放，一方面促进 ＲＮＢＣ从溶酶体逃逸到细胞质，另一方面诱导肿瘤细胞凋亡并增加细胞内 ＲＯＳ水平，促使 ＲＯＳ响应的 ＲＮＢＣ转化为天然 ＲＮａｓｅＡ，在小鼠黑色素瘤模型中响应性释放的 ＤＯＸ和ＲＮａｓｅＡ表现出显著的协同抗肿瘤作用。与其他治疗组相比，ＮＰ-ＤＯＸ-ＲＮＢＣ处理的小鼠生存时间最长，体重无显而易见地下降［７８］。
可逆质子化／脱质子化体系也被用于 ｐＨ响应的药物递送系统的设计，两性离子阳离子电荷转换嵌段如酰基磺酰胺［７９］、羧酸甜菜碱［８０］等是很好的候选片段。Ｍｉｚｕｈａｒａ等［７９］开发了一种基于烷氧基苯基酰基磺酰胺的 ｐＨ响应两性离子配体，其在生理条件下保持中性，在肿瘤弱酸性条件中带正电荷，显著地增强肿瘤细胞的摄取。Ｌ-组氨酸（Ｈｉｓ）是一种 ｐＫｂ为 ６.５的氨基酸，也是一种典型的质子化／去质子化配体，能够响应肿瘤弱酸性环境。Ｂａｅ等［８１］制备了一种含 Ｌ-组氨酸和生物素的载 ＤＯＸ系统，当 ６.５＜ｐＨ＜７０时生物素暴露在胶束表面，能够识别细胞。当 ｐＨ＜６.５时胶束不稳定，导致药物释放加快，破坏细胞膜。Ｗａｎｇ等［８２］组报道了一种以叔胺取代基为检测单元的超灵敏的 ｐＨ响应荧光胶束结构，该结构能快速响应肿瘤外环境中低于 ０.２５个 ｐＨ单位的差异，进而精确控制释药。
肿瘤细胞的过度增殖能够加速氧气消耗，使得大多数实体肿瘤具有乏氧特征（实体肿瘤内氧压力可接近 ０ｍｍＨｇ，正常组织中氧压力约为 ３０ｍｍＨｇ），乏氧细胞远离血管，在治疗过程中不能有效的与抗肿瘤药物接触，导致化疗效果不佳。为客服乏氧产生的递送障碍，Ｔｈａｍｂｉ组［８３］以 ＰＥＧ作为亲水部分，以低氧敏感的氯甲酸硝基苄酯共轭聚（赖氨酸）（ｐＬｙｓ-ｇ-ＮＢＣＦ）为疏水部分，自组装形成乏氧触发的胶束载药系统（ＤＯＸ-ＨＳ-ＰＭｓ）。通过比较乏氧状态下 ＤＯＸ-ＨＳ-ＰＭｓ和无响应性的载药系统的释药行为发现，乏氧响应的递送系统中 ＤＯＸ释放率明显地增强，且细胞内释药结果与体外释放行为一致。Ｑｉａｎ等［８４］开发了新型乏氧响应的共轭聚合物载药系统（ＤＯＸ／ＣＰ-ＮＩＮＰｓ），利用化疗和光动力治疗（ｐｈｏｏｄｙｎａｍｉｃｔｈｅｒａｐｙ，ＰＤＴ）联合抑制肿瘤生长。该载药系统由三部分构成：ＲＯＳ生成和乏氧敏感的 ２硝基咪唑接枝共轭聚合物（ＣＰＮＩ）、聚乙烯醇基表面涂层（ＰＶＡ）和封装药物 ＤＯＸ（图４Ａ）。光照产生的 ＲＯＳ诱导环境进一步缺氧，在乏氧状态下疏水性 ２硝基咪唑转化为亲水性 ２氨基咪唑促使载药系统解离释药。如图 ４Ｂ所示，通过共聚焦激光 扫 描 显 微 镜（ＣＬＳＭ）观察 Ｈｅｌａ细胞内 ＤＯＸ的释放情况，结果证实光触发产生的 ＲＯＳ既能损伤核内体及溶酶体膜来实现 ＤＯＸ／ＣＰＮＩＮＰｓ的有效逃逸，又能产生局部缺氧条件刺激 ＤＯＸ释放，细胞核内可观察到强烈的红色荧光。为了获得最佳疗效，Ｚｈｏｕ等［８５］将乏氧激活的 ＰＴＸ前药（ＰＴＸ２-Ａｚｏ）包埋于光敏剂 Ｃｅ６修饰的肽共聚物中得到新型纳米递送系统（Ｃｅ６／ＰＴＸ２-ＡｚｏＮＰ），一方面防止药物在体内过早泄露，另一方面在乏氧条件下具有缺氧敏感基团的生物还原性前药可以被活化释放。静脉给药后，Ｃｅ６／ＰＴＸ２-ＡｚｏＮＰ通过长循环效应聚集在肿瘤部位，乏氧环境促使部分 ＰＴＸ释放，随后光照激活 Ｃｅ６产生单线）诱导细胞凋亡，同时 ＰＤＴ加快耗氧进一步刺激释药。注射 ３０ｈ后小鼠的体内成像显示肿瘤区域仍存在可见的荧光信号，而其他器官无明显荧光，证明该纳米粒子能够在肿瘤部位有效积累并实现乏氧响应释药，在临床应用中具有十分广阔的前景。
ＴＭＥ中的 ＧＳＨ浓度可达 ２～１０ｍｍｏｌ·Ｌ－１，而正常组织处 ＧＳＨ浓度仅为 ２～１０μｍｏｌ·Ｌ－１［８６８７］，由于肿瘤组织内ＧＳＨ浓度远高于正常组织，巨大的 ＧＳＨ浓度差有利于氧化还原刺激响应的新型纳米递药系统的应用。其中，二硫键容易被 ＧＳＨ裂解，常用于氧化还原响应型药物递送系统模块设计。Ｍｏｇｈａｄｄａｍ等［８８］合成一种外层含二硫键的中空介孔二氧化硅纳米粒子（ＨＭＳｉＯ２ ＮＰｓ），其体外模拟释药研究显示ＨＭＳｉＯ２ＮＰｓ的释药率是无 ＧＳＨ响应的纳米粒子的 ３倍。Ｗａｎｇ等［８９］将低分子量寡聚物（ＬＰＥＩ）自组装到 ＭＳＮ表面，利用 ＧＳＨ敏感性的交联剂 Ｎ，Ｎ′双（丙稀酰）胱胺（ＢＡＣ）使ＬＰＥＩ涂层原位交联，制备具有电荷转换能力的新型 ｐＨ／ＧＳＨ敏感的递送系统，表面交联的 ＬＰＥＩ涂层能够有实际效果的减少药物的非 特 异 性 释 放，在 正 常 生 理 条 件 下 的 释 药 量 仅 为（６±２）％，而肿瘤部位高浓度 ＧＳＨ可诱导药物释放，明显地增加细胞内的药物积累量以及抗肿瘤毒性。除了利用二硫键实现 ＧＳＨ响应性释药，Ｗａｎ等［９０］设计了一种 ＣａＣＯ３矿化的 ＮＭＯＦ结构递送系统实现双氢青蒿素（ＤＨＡ）的程序性释放（ＮＭＯＦ＠ＤＨＡ＠ＣａＣＯ３），递送系统到达肿瘤部位后，利用 ＧＳＨ和 Ｆｅ３＋之间的氧化还原反应触发ＤＨＡ的释放与 ＴＣＰＰ的活化，进而实现 Ｆｅ２＋ＤＨＡ介导的化学动力学治疗（ＣＤＴ）、ＴＣＰＰ介导的 ＰＤＴ（图 ５Ａ）。由透射电镜图像显示，无 ＧＳＨ存在时，弱酸性 ｐＨ仅使外部矿化层溶解，而 ＮＭＯＦ的核心并无明显塌陷。当 ｐＨ６５伴随 ＧＳＨ存在时，ＮＭＯＦ在 ３０ｍｉｎ内产生部分降解（图 ５Ｂ～Ｃ）。铁定量分析根据结果得出在 ＧＳＨ存在时所释放 Ｆｅ含量为不含 ＧＳＨ时释放量的 １０倍。最后，以 ４Ｔ１荷瘤小鼠为动物模型研究了ＮＭＯＦ＠ＤＨＡ＠ＣａＣＯ３在体内的抗肿瘤效率（图 ５Ｄ），结果证明该递送系统拥有非常良好的生物相容性及增强的抗肿瘤效果，治疗后期肿瘤并无复发和转移现象，还可以完全消除肿瘤，这为未来体内氧化还原型响应释药系统的设计提供参考。
与正常细胞相比，肿瘤细胞的快速增殖及侵袭能力导致ＴＭＥ中某些酶的异常表达，常见的与肿瘤相关的酶包括基质金属蛋白酶（ＭＭＰｓ）、组织蛋白酶、成纤维细胞活化蛋白α（ＦＡＰ-α）、磷脂酶等。其中，组织蛋白酶 Ｂ（Ｃａｔ-Ｂ）和豆荚蛋白酶主要为溶酶体酶，也存在于肿瘤 ＥＣＭ［９１］。由于这些酶的高选择性和催化活性，以特定酶表达水平的改变作为响应性刺激源，设计具有酶响应性的纳米递药系统有利于降低全身毒性，增强抗肿瘤效果。例如，研究之后发现 ＭＭＰ-２在肿瘤细胞中的表达比正常组织高 １０～２０倍，主要是通过降解 ＥＣＭ促进肿瘤细胞的侵袭和转移［９２］。因此，Ｘｕ等［９３］以具有 ＭＭＰ２敏感性的明胶作为聚合物材料，采用单相凝聚法合成一种明胶纳米颗粒（Ｇｅ-ＤＯＸ-５-ＡＬＡ／ＮＰｓ），通过递送化疗药物 ＤＯＸ及光敏剂 ５ＡＬＡ实现肿瘤的协同治疗。该纳米颗粒的粒径均小于 ２００ｎｍ，经 ＭＣＦ-７细胞内化后，高表达的 ＭＭＰ-２可 降 解 明 胶 载 体 以 促 进 ＤＯＸ 的 快 速 释 放。与正常乳腺细胞 Ｈｓ５７８Ｂｓｔ相比，３６ｈ时 ＭＣＦ-７细胞的累积释放率是 Ｈｓ５７８Ｂｓｔ细胞的 ４倍。除了过表达的 ＭＭＰｓ外，Ｃａｔ-Ｂ的含量和活性均高于正常组织，并且肿瘤细胞分泌的Ｃａｔ-Ｂ不能被溶酶体激活，只能以酶的形式存在于细胞质或细胞外部［９４］。因此，Ｄｕ等［９５］制备了一种 ｐＨ／Ｃａｔ-Ｂ分级响应的纳米复合物 ＨＲＮｓ，将 ＰＴＸ精准递送至肿瘤细胞内。ＰＴＸ通过 Ｃａｔ-Ｂ响应的四肽与 ｐＨ响应的聚合物相连，自组装形成直径为 ４０ｎｍ的稳定纳米结构。该纳米复合物在血液循环中保持稳定，一旦到达肿瘤弱酸性环境则会分解形成 ５ｎｍ的共聚物，有助于肿瘤的深度扩散，经细胞内化后被溶酶体吞噬，Ｃａｔ-Ｂ裂解四肽连接剂，释放药物到细胞质从而抑制肿瘤细胞增殖。该递送系统通过程序性响应实体肿瘤中细胞的内源性刺激来控制释药，为肿瘤的精准治疗提供了一种潜在的临床治疗方法。此外，豆荚蛋白酶是一种高度保守的半胱氨酸蛋白酶，广泛分布于溶酶体和细胞核，并在多种肿瘤细胞中表达上调［９６９７］。Ｌｉ等［９８］为实现抗肿瘤药物的特异性释放，利用 ＰＥＧ-ｂ-ＰＢＬＡ聚合物、ｐＨ响应的 ＯＡＰＩ聚合物、具有豆荚蛋白酶敏感性和荧光碳点的肽ＤＯＸ前药（ＣＤｓ-Ｃ９-ＡＡＮＬ-ＤＯＸ）合成一种双响应的前药包埋纳米递送系统（ＤＳ-ＮＡ）。在 ＭＤＡ-ＭＢ-４３５Ｓ细胞中，利用弱酸性环境 ＤＳ-ＮＡ快速分解释放出 ＣＤｓ-Ｃ９-ＡＡＮＬ-ＤＯＸ，过表达的豆荚蛋白酶促使 ＡＡＮＬ连接物断裂，释放 ＤＯＸ作用于细胞核。体外细胞毒性研究显示，DS-NA对 ＭＤＡ-ＭＢ-４３５Ｓ细胞的细胞毒性明显高于4T1细胞，其IC50值分别为4.841和 １６.０９８μｇ·ｍＬ－１。此外，实体肿瘤的乏氧特征能刺激4T1细胞中豆荚蛋白酶的表达增加，已有报道证实在4T1乳腺癌荷瘤小鼠体内豆荚蛋白酶大量表达。因此，以 4T1荷瘤小鼠为模型评价DS-NA的体内抑瘤性，结果显示与对照组相比，DS-NA的肿瘤抑制率高达94.3%，且对正常器官几乎无损伤，是一种切实可行的抗肿瘤药物递送系统。
为了满足肿瘤细胞的过度增殖，实体肿瘤需要独立的血液供应，即肿瘤的新生血管生成。血管形成不仅为肿瘤生长提供了有利条件，异常的血管结构还会阻碍药物外渗和分布，没办法得到理想的治疗效果。抗血管药物是一类具有肿瘤血管靶向性的治疗药物，最重要的包含抑制血管生成因子的抗血管生 成 药 物和 破 坏 肿 瘤 血 管 的 血 管 破 坏 剂。因此，利用抗血管药物来调节肿瘤血管生成慢慢的变成为一种可行的治疗策略。在抗血管生成方面，索拉非尼作为一种酪氨酸激酶抑制剂，具有抑制肿瘤细胞增殖和抗血管生成作用。Ｃ等设计了一种封装SFN的脂质纳米胶囊（SFN-LNCs），通过立体定向注射使纳米粒子在颅内进行相对有效递送以对抗胶质母细胞瘤的生长。根据结果得出，SFN-LNCs可以有明显效果地诱导早期肿瘤血管正常化，包括肿瘤血流量增加，血管面积减少，拥有非常良好的肿瘤抑制作用。此外，Wei等［102］将光热治疗（PTT）、PDT及抗血管生成治疗结合，利用再沉淀法制备出装载 ＳＦＮ和光敏剂Ce6的多功能纳米粒子（SCNPs），该粒子在PDT和PTP中均具有ROS生成和光热转换能力，光疗杀死内部肿瘤细胞的同时抗血管生成药物能够切断肿瘤细胞的外部营养和氧气供给，进一步加速肿瘤细胞凋亡。HUVEC细胞管形成和抗血管生成研究显示，经SCNPs处理的细胞管中，血管的精细结构逐渐分解，且10h时几乎无血管结构，而对照组的血管则有自然生长的趋势，证明SCNPs可以通过抗血管生成作用有效破坏细胞管。除此之外，破坏肿瘤血管使血液供应减少导致肿瘤组织坏死是调节肿瘤血管的另一种方法，一些血管干扰剂可以诱导内皮细胞的凋亡和坏死，进而破坏已形成的肿瘤血管［103］。例如Bao等［104］将可生物降解的聚（Ｌ-谷氨酸）（PLG）分别与疏水光敏剂（TPP-NH2）、血管干扰剂进行化学偶联得到聚合物药物偶联物PT和PC。联合使用PT和PC时，PLG降解后释放的TPP-NH2主要是通过产生O2杀死边缘肿瘤细胞，而释放的CA4能够有效切断肿瘤血管导致肿瘤中心区域坏死。体外分析表明，血管靶向治疗与PDT的协同作用能够增强抗肿瘤疗效，为临床肿瘤治疗提供参考。
乏氧作为TME的主要特征之一，药物通常无法有效递送至肿瘤内部的缺氧区域，不仅促进了肿瘤转移，还增强了肿瘤对PDT、放射治疗（RT）等治疗方法的耐药性，因此，怎么样提高肿瘤内部的含氧量成为增强抗癌治疗的一个新方向。研究之后发现，通过原位反应间接供氧是缓解肿瘤缺氧的一种有效的方法［105］。为此，Zhu等［106］开发了具有PEG修饰的ＭｎＯ２纳米粒子负载光敏剂Ce6（），独特的ＭｎＯ２纳米颗粒与内源性过氧化氢（H2O2）反应可持续产生O2，进而增强 ＰＤＴ疗效。由于O2是PDT过程中的必要条件，该课题组利用氧气探针测定了不同浓度的纳米颗粒在H2O2溶液中的O2生成量，结果显示，能在H2O2溶液中快速生成O2，随纳米粒子的浓度增高,O2生成量也逐渐增加。细胞毒性实验表明，游离Ce6和纳米颗粒在O2环境中表现出相似的光毒性水平，而处于 Ｎ２环境中的游离Ce6与相比，纳米粒子对 4T1细胞的毒性明显高于游离组，由此可见即使在缺氧环境中也能杀灭肿瘤细胞，是一种切实可行的乏氧调节策略。除乏氧特征外,TEM中的弱酸性环境同样会导致治疗失败。为了调节TME的弱酸性pH，Li等［107］设计了一种用于联合光热／光动力／饥饿疗法的多功能纳米放大器(-GOx)，介孔聚多巴胺（MPDA）表面的MnO2纳米片可与内源性H2O2反应产生O2来缓解肿瘤缺氧，在葡萄糖氧化酶（ＧＯｘ）的催化下消耗葡萄糖以提高TME的酸度和细胞内H2O2的浓度，进一步促进MnO2纳米片产生O2，这种高效的级联反应使该纳米系统的功效最大化。体内外研究表明，具有自增强酸度和缺氧缓解功能的-GOx表现出明显的肿瘤抑制能力。
纳米递送系统为抗肿瘤药物的治疗带来了许多潜在的好处，并已在临床中使用。基于TME设计的智能纳米递送系统可以在一定程度上完成药物精准递送和可控释放，为提高抗肿瘤药物的传递效率和治疗效果带了机遇。尽管对肿瘤微环境已研究多年，但设计利用TME的纳米递送系统仍处于起步阶段，如何进一步克服TME中复杂的生物屏障依然是药物递送中的一项挑战，例如EPR依赖于肿瘤血管化和血管生成的程度，纳米颗粒在不同肿瘤中积累具有异质性，多数纳米递送系统仍具有较差的实体肿瘤递送效率；虽然主动靶向作用能进一步改善肿瘤积累，但是当递送系统与血液相互作用时，血浆蛋白可能会吸附在纳米粒子表明产生蛋白冠，进而减少甚至消除配体与相应受体的特异性识别能力，对纳米递送系统的主动靶向性和细胞摄取能力均有影响。此外，怎么来降低血液循环过程中的清除率仍然是有效利用纳米递送系统的最重要问题之一，目前最常见的方法是在递送系统包覆PEG层，以减少网状内皮系统的识别和清除，但PEG涂层同样抑制了纳米粒子与细胞之间的相互作用［103］。因此，为了达到最佳的抗肿瘤药物递送效率，设计具有２个或２个以上靶向配体的多重靶向递送系统或刺激响应的靶向递送系统是一种有前景的解决策略。
由于恶性肿瘤是一种复杂的疾病，仅利用TME的某一特征所设计的纳米递送系统可能没办法达到最佳递送效果，例如实体瘤含有高浓度GSH，然而GSH分布于全身，纳米粒子通过静脉注射后在血液中循环的时间比较久，如何避免血液中少量GSH导致药物过早释放也是十分有必要的。为了进一步控制药物的精准释放，将多维治疗模式结合所设计的递送策略有着非常明显的优势，例如一种递送系统能同时调节肿瘤的PH值和提高氧浓度，或是将PH敏感释药和双重主动靶向系统结合，亦或是输送过程中随着环境动态调节尺寸的多功能递送系统，以改善肿瘤穿透能力。因此，开发利用独特的肿瘤特性的智能递送系统能在肿瘤纳米治疗方面取得重大进展。
发展纳米递送系统的最终目标是临床转化。尽管已经开发了许多小鼠模型来研究人类肿瘤，但是人类肿瘤在许多方面不同于小鼠，例如肿瘤基质细胞、代谢率和药物动力学等，使用异种移植肿瘤模型来测试药物反应通常不能再现患者的临床现实。尽管有这些缺点，异种移植模型仍然是提高对恶性肿瘤认识和治疗的有力工具。进一步了解人类肿瘤的微环境对于纳米医学应用于临床至关重要。总之，基于肿瘤微环境设计纳米递药系统为肿瘤治疗提供了新思路，有助于增强治疗效果。返回搜狐，查看更加多
