综述:基于传统中医理论的用于癌症治疗的自组装纳米材料

时间:2026年3月19日
来源:Journal of Controlled Release

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本文系统探讨了七类传统中草药(如多酚、喹啉等)自组装纳米材料在肿瘤微环境响应下的协同递送机制,通过调控药物释放与免疫微环境,显著提升抗癌疗效并降低副作用。

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陈文静|法伊萨尔·拉扎|李坤伟|肖航|宋金普|哈杰拉·扎法尔|何北轩|苏静|邱明峰
上海交通大学药学院,中国上海200240

摘要

中药(TCM)由天然草药和草药提取物组成,具有多种已记录的有益生物活性,可以通过免疫调节、诱导细胞凋亡和调节肿瘤微环境(TME)来对抗肿瘤。然而,由于其溶解度低、生物利用度差以及脱靶效应等挑战,限制了它们的治疗潜力。另一方面,中药中的活性成分含有可修饰基团、多个活性位点、疏水性侧链和刚性的结构骨架。这些固有的自组装特性可以被利用来构建自组装纳米材料,如胶束、囊泡和水凝胶等。值得注意的是,这些基于中药的纳米材料可以通过引入对TME响应的连接基团,实现化疗药物和免疫治疗药物的协同递送,从而实现时空可控的药物释放,并提高治疗效果。本文重点介绍了七类中药(如多酚、醌类、单糖、皂苷、生物碱、植物甾醇和萜类)的对TME响应和自组装策略,为它们在肿瘤治疗中的潜在应用提供了见解。最后,我们还讨论了基于中药的自组装纳米材料的临床试验以及天然小分子自组装纳米材料在临床转化过程中面临的挑战。

引言

传统的癌症治疗方法包括化疗、放疗和手术切除,但由于恶性肿瘤具有侵袭性浸润、异质性和多药耐药性,预后较差[1]。肿瘤微环境(TME)表现出独特的生化特性,包括pH值降低、谷胱甘肽(GSH)水平升高、特定酶的过度表达以及活性氧(ROS)活性增强[2],[3],[4]。免疫抑制性的TME会促进肿瘤生长和转移,其中非癌细胞和成分共同作用,削弱免疫监视和抗肿瘤反应[5]。例如,TME中活细胞释放的细胞外囊泡可以携带免疫调节因子,促进细胞间的信息交流[6]。TME还影响肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)的招募和抗炎M2极化的形成。此外,缺氧、甘露糖代谢受损和免疫检查点阻断(ICB)也会导致免疫抑制性的TME[7]。通过激活机体自身的抗肿瘤免疫,肿瘤免疫疗法逐渐成为研究热点,并取得了重大突破[8],[9],[11]。然而,由于TME的异质性,免疫疗法容易产生药物耐药性和免疫相关不良事件。例如,晚期转移性耐药前列腺癌患者往往对免疫检查点抑制剂反应不佳,这是由于存在免疫抑制性髓系细胞[12]。
根据中医的基本理论,恶性肿瘤的发生归因于“阴阳失衡、气血亏虚以及痰湿积聚”。在一线治疗中,常使用中药中的活性成分来消散肿块和化解痰湿瘀滞。如表1所示,现代研究表明,中药通过多种机制抑制肿瘤进展,包括细胞周期停滞、诱导细胞凋亡和自噬、抑制血管生成和转移、重塑TME、调节DNA甲基化以及调节免疫反应[13],[14],[15]。然而,中药通常受到溶解度低、渗透性差、血液循环时间短和脱靶毒性等问题限制。自组装纳米材料可以改善这些缺点,提高其药代动力学特性,并靶向肿瘤以增强抗肿瘤效果。例如,新型紫杉醇(PTX)递送载体Rg3-lipo通过表面暴露的糖基团,通过葡萄糖转运蛋白3精确靶向免疫抑制性髓系细胞,从而抑制糖酵解并重新编程免疫抑制性TME[16]。
中药中的活性成分具有可修饰的功能基团和多个活性位点,以及刚性的分子骨架和疏水性侧链,这些特性可以通过超分子力(如π-π堆积、氢键、金属配位、静电相互作用和硼酸酯键合)构建自组装纳米材料,如胶束、囊泡和水凝胶。与传统纳米材料相比,基于中药的自组装纳米材料具有以下优势:(i)提高中药的溶解度和药代动力学参数;(ii)高包封效率和药物装载能力(高达100%);(iii)消除了与外源性载体材料相关的不可预测的生物相容性和毒性问题,因为这些系统主要由活性药物成分组成;(iv)使用中药衍生物进行绿色温和的自组装,成本低廉且适合大规模生产;(v)便于同时递送多种治疗药物,实现强大的协同抗肿瘤效果。此外,我们可以通过特定功能基团将中药中的小分子化合物连接起来,进一步制备出具有明确纳米结构的材料。TME的特性(如pH值降低、GSH水平升高、某些酶的过度表达和ROS增加)可以使这些化学键发生断裂,从而实现TME响应性递送,实现持续和可控的药物释放(图1)。
本文介绍了中药中常见草药活性成分干预恶性肿瘤的具体机制。重点介绍了七类中药(如多酚、醌类、单糖、皂苷、生物碱、植物甾醇和萜类)的对TME响应和自组装策略。同时,还详细阐述了针对GSH、ROS、pH值和酶的中药自组装纳米材料。最后,我们讨论了基于中药的纳米材料的临床试验及其在临床转化中面临的挑战。

章节摘录

基于中药的自组装纳米材料

中药通过多种机制抑制肿瘤进展,包括细胞周期停滞、诱导细胞凋亡和自噬、抑制血管生成和转移、重塑TME、调节DNA甲基化以及调节免疫反应[13],[14]。与传统单一靶点的合成药物相比,中药具有多靶点作用、降低药物耐药性倾向以及更优的安全性和耐受性[17]。值得注意的是,

对TME响应的基于中药的纳米材料

免疫抑制性的TME会促进肿瘤生长和转移,其中非癌细胞和成分共同作用,削弱免疫监视和抗肿瘤反应[5],[6]。TME还影响肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)的招募和抗炎M2极化的形成。缺氧、甘露糖代谢受损和免疫检查点阻断(ICB)也会导致免疫抑制性的TME。因此,针对和重新编程免疫抑制性的TME至关重要

中药在癌症治疗方案中的临床试验

最近的临床研究表明,在癌症治疗,特别是在血液系统恶性肿瘤、化疗副作用管理和靶向治疗方面,应用中药取得了显著进展[191]。如表5所示,多项设计良好的临床试验提供了支持中药疗效和安全性的有力证据。然而,复杂的新型中药自组装纳米材料仍面临许多挑战,尚未进入临床研究阶段。
对于急性APL(急性早幼粒细胞白血病),Realgar-Indigo

结论与展望

基于中药的自组装纳米材料通过利用中药的固有生物活性和TME的独特特性,成为癌症治疗的一个有前景的平台[1]。这些无需载体的系统通过π-π堆积和金属配位等超分子相互作用形成,表现出增强的药物溶解性和肿瘤靶向能力[18]。关键进展包括基于多酚的MPNs(纳米颗粒),它们能够诱导铁死亡/铜死亡同时调节免疫反应[29]。皂苷

CRediT作者贡献声明

陈文静:撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、数据分析、概念构思。法伊萨尔·拉扎:撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、项目监督、数据分析。李坤伟:可视化、验证、软件使用、资源管理、方法学设计、数据分析、概念构思。肖航:撰写 – 审稿与编辑、可视化、验证、软件使用、方法学设计、数据分析

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金(82374149、81573617)、中国博士后科学基金(2025 M773886)、上海交通大学Star计划医学产业交叉研究基金(YG2023QNA09)以及云南省科技厅“云南邱明峰专家工作站”项目(202305AF150141)的财政支持。

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