综述：癌症精准纳米医学：创新、策略与转化挑战

　　本综述系统探讨了纳米医学在癌症治疗中的前沿进展，重点分析了靶向纳米载体（如脂质体、聚合物纳米粒、无机纳米粒及杂化系统）的设计策略及其在增强药物特异性、生物利用度和降低系统毒性方面的潜力。文章深入阐述了主动靶向（如肽、适体、抗体介导）与被动靶向（EPR效应）机制，并讨论了纳米生物相互作用、刺激响应型“智能”纳米平台及临床转化面临的挑战（如患者异质性和生理屏障），为开发以患者为中心的精准纳米药物提供了重要见解。

　　

引言

癌症是全球健康的重大威胁，传统放疗和化疗缺乏特异性，导致严重副作用。纳米医学通过靶向药物递送系统区分癌变与健康细胞，最小化损伤并提升治疗指数。纳米载体设计得益于对癌症生物学和纳米-生物相互作用理解的深化，靶向策略分为被动和主动两种：被动靶向利用增强渗透和滞留（EPR）效应使纳米粒在癌组织中聚集；主动靶向则通过修饰特异性配体（如蛋白质、肽、抗体或适体）选择性结合癌细胞过表达的抗原或受体，增强内化和滞留，优化疗效并减少副作用。

纳米载体在癌症治疗中的应用

1955年H. Jatzkewitz开发了首个聚合物药物结合体，1970年代脂质体和可生物降解丙烯酸纳米粒的出现奠定了纳米载体技术基础。脂质体生物相容性好但易泄漏和存储不稳定，聚合物纳米粒封装能力和稳定性更优但生物相容性较低。聚合物-脂质杂化纳米粒（PLHNP）整合两者优势，兼具生物相容性、稳定性、持续释放和小尺寸特性，已用于核酸治疗（如siRNA和DNA）、光热/光动力疗法、超声应用及疫苗递送。

有机、无机和杂化纳米粒作为主动靶向载体，通过减小粒径、增强渗透性和溶解度提升化疗效能。天然纳米药物（如多糖、脂质体、合成聚合物纳米载体）生物相容性和生物可降解性更优。例如透明质酸（HA）纳米平台靶向CD44受体，共封装多柔比星（DOX）和顺铂（CDDP），在酸性肿瘤微环境中触发释放，增强治疗特异性；六方氮化硼（h-BN）纳米片作为药物载体，引入金颗粒后可降低MCF-7乳腺癌细胞增殖；层状双氢氧化物（LDH）纳米粒可调节免疫，抑制黑色素瘤和结肠癌；叶酸功能化纳米制剂提升HeLa细胞对药物的吸收和抗肿瘤效果。

靶向策略基础

主动靶向

主动靶向通过配体-受体相互作用提供比被动靶向（EPR效应）更高的精确度，尤其适用于血液恶性肿瘤和转移灶的治疗。

肽靶向

肽（如线性、分支或环状结构）合成简便、稳定性高，可实现纳米粒高密度功能化。RGD（精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸）肽 motif 选择性高亲和力结合整合素α_vβ₃（在恶性肿瘤和相关血管中过表达），用于递送siRNA（如靶向VEGFR2）、化疗药物（如DOX和紫杉醇）、放射增敏剂和光热/光动力治疗剂。环状RGD（cRGD）比线性肽更稳定、结合更好，如Cilengitide已进入II/III期试验。其他肽如D-AE（靶向EGFR）、奥曲肽（结合生长抑素受体）、tLyp-1（神经纤毛蛋白定向）等也用于肿瘤靶向。2B3-101利用谷胱甘肽（GSH）三肽穿透血脑屏障递送至脑转移灶，在I/IIa期试验中显示抗肿瘤效果。

适体靶向

适体是具有类似单克隆抗体结合亲和力的分子，但更稳定、易存储和可逆变性，可通过固相合成大规模生产。其清除快、半衰期短（约10分钟），分子量小（10–20 kDa），分布容积小，皮下给药可延长体内滞留。适体通过SELEX（指数富集配体系统进化）技术筛选，可识别多种癌症标志物（如放射性同位素、黏蛋白和EGFR），用于开发智能药物定位系统。

EpCAM（上皮细胞黏附分子）在恶性肿瘤中过表达，与癌症干性相关，抗EpCAM适体用于精确递送治疗剂至恶性组织。例如，负载DOX的介孔二氧化硅纳米粒与EpCAM适体结合，可选择性结合人结肠癌SW620细胞（EpCAM阳性），而不影响EpCAM阴性Ramos细胞。适体功能化提升纳米粒的癌细胞摄取和细胞毒性。双功能化纳米粒（肽和EpCAM适体）在小鼠肺转移模型中显示抗肿瘤和中和循环肿瘤细胞潜力。

非SELEX衍生的适体AS1411靶向核仁素（在恶性肿瘤中普遍过表达），用于构建靶向探针（如ASLP）增强肿瘤特异性药物转运。AS1411修饰的PEG化阳离子脂质体实现黑色素瘤特异性抗BRAF siRNA递送，抑制BRAF表达和肿瘤进展。CD44（跨膜分子，在肿瘤中升高）靶向适体（如Apt1-Lip）提升药物递送平台的灵敏度和选择性。双DNA适体靶向MUC1和CD44，对癌症干细胞和癌细胞细胞毒性更强。双RNA适体靶向EGFR/CD44的固体脂质纳米粒（SLN）显示更好递送潜力。EpCAM RNA适体功能化PEG化脂质体多柔比星（ER-lip）在动物模型中提升生存率和抑制肿瘤。

抗体靶向

抗体（免疫球蛋白，如IgG）是B细胞合成的Y形蛋白复合物，介导体液免疫，识别和中和外来物质。其高亲和力抗原结合实现精准癌症治疗，增强靶向纳米粒递送。靶点包括EGFR、HER2、PSMA等。

例如，Trastuzumab修饰的聚合物纳米粒（aHER2-DOX-NP）在HER2过表达SK-BR-3乳腺癌细胞中增强摄取、核积累和细胞毒性；Herceptin附着PLGA-PEG/PLGA纳米粒（Her-DTX-NP）实现多西他赛持续递送，疗效与抗HER2 mAb表面密度相关；Trastuzumab功能化PEI-PEG-MSNP递送HER2-siRNA，在HER2过表达乳腺癌中实现靶向凋亡，并在曲妥珠单抗耐药模型中抑制肿瘤进展；抗PSMA mAb Hu-J591与磁性氧化铁纳米粒（MION）结合，J591-MION复合物对PSMA⁺⁺细胞靶向亲和力高5倍，J591-SPION-DTX在前列腺癌异种移植模型中显示优越靶向和治疗效果。

新型癌症生物标志物（如转铁蛋白受体、DR5、PSCA、MUC1）用于指导mAb连接纳米粒的癌症治疗。双特异性抗体（BsAb）超越传统IgG抗体，可同时结合两个靶点，如引导免疫细胞至肿瘤或抑制多个通路。截至2023年底，14种BsAb获批，11种用于肿瘤治疗。BsAb设计需考虑靶点选择、表位位置、结合特性、价态、大小、灵活性和Fc功能。表位（Epcoritamab）是CD20/CD3 BsAb，用于非霍奇金淋巴瘤治疗，但T细胞激活强，有细胞因子释放综合征（CRS）、神经毒性和肿瘤生长风险。

BsAb开发中的创新包括“安全关键”前药（在血液中无活性，在肿瘤部位激活）、三特异性抗体（如靶向TAA、CD3和CD28增强T细胞刺激）和抗体药物偶联物（ADC）。ADC结合单克隆抗体精确性和细胞毒性效力，实现靶向癌治疗。截至2023年，14种ADC药物获批，靶向不同抗原治疗多种癌症。例如Kadcyla（T-DM1）靶向HER2，携带细胞毒性DM1；Adcetris靶向CD30，用于霍奇金淋巴瘤和ALCL；Enhertu（T-DXd）结合Trastuzumab和拓扑异构酶I抑制剂DXd，DAR≈8，破坏DNA复制；Padcev靶向Nectin-4，用于尿路上皮癌；Tivdak靶向组织因子（TF），用于宫颈癌。

抗体片段

全mAb大尺寸阻碍纳米粒扩散至肿瘤间质，抗体片段（如Fab、Fab’、F(ab’)₂、scFv、sdAb、双抗体）保留抗原结合位点但尺寸更小，提升治疗效力和指数，且易于生产。例如C225-ILs-DOX（抗EGFR scFv免疫脂质体负载DOX）在临床 trials 中显示抗肿瘤效果；MM-302（HER2靶向脂质体递送DOX）在临床中显示安全性和潜在疗效；SGT-53（靶向递送p53基因）和SGT-94（递送RB94）在 trials 中证实肿瘤特异性靶向；ASSET平台利用脂化scFv自组装成纳米粒，结合多种mAb，实现多重靶向。

抗体片段功能化纳米粒面临挑战，如缺乏Fc区域导致血液清除快，易降解和不稳定。研究聚焦增强稳定性和循环时间，以开发下一代癌症疗法。

挑战与未来机遇

靶向药物递送面临吸收有限、不稳定、生物利用度低和递送困难等问题。小粒径可能是解决方案。精确靶向对增强疗效和减少系统毒性至关重要，但系统siRNA给药面临酶降解和高剂量下细胞摄取减少的障碍。胶束和脂质体作为脂基纳米粒，有希望直接递送药物至病变区域，但临床应用中与机体相互作用（如吞噬摄取和肝过滤）可能降低效率，且有纳米粒诱导毒性风险。

纳米医学临床转化的关键挑战是全面毒理学分析。纳米材料毒性受物理化学性质（大小、形状、表面电荷、表面化学和聚集状态）影响，决定其与生物系统相互作用和潜在毒性。评估方法包括体外 assays（如MTT、LDH、Alamar Blue、Annexin V-FITC/PI、ATP assays）和氧化应激测量（ROS生成、谷胱甘肽耗竭、脂质过氧化）；体内研究使用全身扫描、液体闪烁计数和电子显微镜跟踪纳米粒命运和积累；遗传毒性通过彗星试验和TUNEL assay评估。

特定材料有关注点：银纳米粒（AgNP）引起细胞毒性和器官积累；二氧化钛纳米粒（TiO₂ NP）链接炎症反应和肺部效应；氧化锌纳米粒（ZnO NP）毒性由Zn²⁺离子释放和ROS生成引起，导致水生模型畸形和组织积累；碳纳米管（CNT）高长径比和生物持久性，有胸膜纤维化和间皮瘤风险，且能穿越生物屏障分布至细胞和亚细胞器官。

纳米毒性扩展至材料本身之外：“纳米-生物界面”概念指出纳米粒进入生物液后立即被蛋白质包被，形成“蛋白冠”，改变其行为；环境老化（如ZnO NP转化为碳酸锌或氢氧化物）可能改变毒性特征；纳米材料可作为其他污染物载体（如吸附砷等重金属），导致复合毒性效应。

其他挑战包括无法口服药物患者的给药、靶点低溶性和渗透性、与食物相互作用以及药物载体被胃肠道菌群降解。纳米粒毒理学特征是临床采用的重大障碍，缺乏标准化方法评估不同纳米材料细胞毒性。未来研究需优先开发可靠测试协议，采用预防性方法评估新纳米材料，并投资理解长期命运和效应。

常见生物医学纳米材料（如银、金、二氧化硅、钛）可能有重大生物安全风险，体内外研究显示不良反应。CNT有潜力穿越细胞屏障用于基因治疗和成像，但安全顾虑需彻底毒性评估。药物兼载体面临生物相容性和生物接受性挑战，免疫反应是关键因素。生理屏障（如血脑屏障）限制治疗递送。

mAb衍生免疫脂质体实现靶向递送，但受免疫反应和系统ADME过程限制，肾脏和肝脏可过滤纳米粒。研究探索细胞疗法提升生物接受性，创新如无机纳米粒、微流体和印迹聚合物可能增强递送，启动子可调整生物环境提升疗效和安全性。未来机会在于设计更安全纳米材料，如表面功能化（PEG化提升隐形特性）、纳米复合材料最小化细胞毒性，以及开发可生物降解或可清除纳米粒防止长期积累。利用先进计算机模型和高通量筛选平台预测毒理学结果至关重要。结合细胞系统和生物材料的理论策略需更多研究和临床试验提升递送效能。抗肿瘤靶向纳米技术临床开发失败率高，需更深理解和新技术改善肿瘤积累和亚细胞递送。

结论

抗肿瘤纳米材料是癌症治疗中快速发展的前沿，通过主动靶向策略对血液恶性肿瘤治疗充满希望。但其在实体瘤治疗中的转化仍受限于被动靶向机制，存在肿瘤微环境（TME）穿透不足和积累不充分的问题。主动靶向纳米材料面临细胞屏障阻碍治疗剂封装和细胞内递送，以及非特异性相互作用、免疫清除和靶向亚细胞区室有限等挑战。

解决这些障碍需整合尖端研究见解，并优先考虑下一代靶向纳米药物开发中的关键参数。有前景的方法包括用生物相容聚合物（如PEG或壳聚糖）表面修饰纳米粒，增强胶体稳定性和减少免疫识别；癌症细胞膜包被纳米粒（CCM-NP）通过利用固有生物通信机制提升免疫逃避和同源靶向能力。

同时，需要高级临床前模型更好重现人类肿瘤复杂性和预测临床反应。遵守良好实验室规范（GLP）和在学术研究中实施标准化指南对弥合创新与临床应用间隙至关重要。标准化工作应聚焦纳米材料严格表征（大小、表面特性和毒理学特征）和更深肿瘤生物学理解以识别稳健生物标志物区分治疗响应者和非响应者。

利用监管科学项目和卫生当局纳米技术倡议全面评估纳米药物疗效和安全特征至关重要。同时，人工智能（AI）在该领域的勃兴应用提供变革潜力：AI驱动方法可优化生物相互作用预测模型、增强靶向效率理解并促进设计更安全、更有效纳米药物。尽管这些技术仍处于初期，它们有望革命性改变抗肿瘤靶向治疗和重塑癌症治疗范式。通过这些创新与持续研究的整合，纳米医学持续提供新治疗途径和增强癌症治疗策略。