综述：壳聚糖功能化硒纳米粒用于靶向癌症治疗：合成、稳定性和肿瘤特异性递送进展

《OpenNano》：Chitosan-Functionalized Selenium Nanoparticles for Targeted Cancer Therapy: Advances in Synthesis, Stability, and Tumor-Specific Delivery

本综述系统阐述了壳聚糖功能化硒纳米粒（CS-SeNPs）在靶向癌症治疗中的最新进展，重点介绍了其合成策略（化学法与绿色法）、理化性质（尺寸、电位、稳定性）及肿瘤特异性递送机制（如EPR效应、pH/ROS响应性）。文章强调了CS-SeNPs通过诱导线粒体凋亡、调控活性氧（ROS）及协同化疗/光疗等途径实现精准抗癌的潜力，并对比了其与金属氧化物纳米平台的优势与风险，为开发下一代肿瘤纳米药物提供了重要参考。

　　

2. 壳聚糖功能化硒纳米粒的合成：方法与实用见解

硒基纳米医学的进步推动了对合成策略的广泛研究，以平衡纳米材料的疗效、稳定性、可扩展性和生物相容性。壳聚糖功能化硒纳米粒（CS-SeNPs）主要通过化学合成和绿色（生物）合成两大类方法制备。化学合成通常涉及化学还原法，使用抗坏血酸或硼氢化钠等还原剂将硒盐（如亚硒酸钠）还原为元素硒纳米粒，该方法可实现规模化生产且尺寸控制精细，但可能引入有毒副产物。相比之下，绿色合成利用植物提取物、微生物或生物聚合物在温和条件下还原硒盐，是一种环保、经济且可持续的方法，能增强SeNPs的生物相容性和稳定性，使其适用于药物递送和抗菌治疗等多种生物医学应用。

2.1. 化学合成方法

化学合成技术是生产CS-SeNPs最成熟的方法，具有可控性强、工艺可重复性好和表面功能化多样化等优点。

2.1.1. 化学偶联

碳二亚胺介导的偶联法使用1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺（EDC）和N-羟基琥珀酰亚胺（NHS），能通过酰胺键形成将生物活性分子共价连接到壳聚糖骨架上，从而改善纳米粒的理化稳定性和生物功能。例如，研究者成功将叶酸（FA）和没食子酸（GA）顺序偶联到N,N,N-三甲基壳聚糖（TMC）上，制备出多功能稳定聚合物FA-GA-TMC，其能使SeNPs自组装成立方状结构，展现出增强的抗癌活性和对叶酸受体阳性肿瘤细胞的选择性。

2.1.2. 共沉淀法

共沉淀法是一种广泛应用且可扩展的合成策略，用于制备聚合物-无机杂化纳米粒。该方法通过在壳聚糖基质中同时还原硒酸并封装硒纳米粒，过程简单有效。例如，利用PEG化壳聚糖（CS-PEG）通过一锅法共沉淀工艺成功构建了pH响应的纳米硒与阿霉素（DOX）共递送系统，在酸性肿瘤微环境（pH 5.0）下能快速释放药物，增强了肿瘤靶向性。

2.1.3. 原位还原法

原位还原法能直接在生物聚合物基质中形成分散良好的纳米结构。壳聚糖同时作为稳定剂、封端剂和金属离子螯合剂。例如，在壳聚糖涂层上原位沉积超小Ag₂Se纳米点，构建了多功能纳米诊疗平台，实现了上转换发光（UCL）、计算机断层扫描（CT）和光声（PA）成像，并具有高效的光热抗癌效果。

2.1.4. 离子凝胶法

离子凝胶法利用壳聚糖的氨基与多价阴离子（如三聚磷酸钠，TPP）之间的静电相互作用，在温和水相条件下形成交联纳米粒。该方法简单，避免使用有机溶剂。研究成功将甲基硒代半胱氨酸（MSC）和硒代胱氨酸（SeCys₂）封装到壳聚糖纳米粒中，并用玉米蛋白（zein）包覆，显著改善了纳米粒的理化性质，实现了胃肠道条件下的缓释。

2.1.5. 微流控辅助化学还原法

微流控技术能提供精确的混合和快速的反应动力学，实现对纳米粒尺寸、形态和均一性的优越控制。将此法与脂质体组装相结合，可一步实现硒的封装。例如，制备的脂质体硒纳米粒（Lip-SeNPs）再用硫醇化壳聚糖包被，增强了胃肠道稳定性和黏膜粘附性。

2.1.6. 湿化学还原法

湿化学还原法是一种经典而通用的SeNPs合成方法。例如，用抗坏血酸还原亚硒酸钠合成SeNPs，然后用壳聚糖-Eudragit RS100涂层功能化，用于替莫唑胺（TMZ）的靶向递送，显著增强了胶质瘤细胞的凋亡并下调耐药相关基因。

2.2. 绿色（生物）合成方法

绿色合成利用微生物或植物提取物作为天然的还原剂和稳定剂，环境友好。

2.2.1. 微生物介导的生物还原

微生物利用其内在代谢途径将硒离子还原为元素硒纳米粒。例如，链霉菌（Streptomyces parvulus MAR4）可细胞外生物合成SeNPs，当其与纳米壳聚糖形成纳米缀合物（Se/Ch-nanoconjugates）时，表现出增强的抗菌和抗癌活性。

2.2.2. 植物介导的生物合成

植物提取物中富含的黄酮类、酚类等植物化学物质可作为天然的还原和封端剂。例如，利用黄麻（Corchorus olitorius）黏液、水芹（Lepidium sativum）黏液等合成的SeNPs，在与壳聚糖结合后，显示出有效的抗癌潜力，能诱导癌细胞凋亡。

3. 壳聚糖功能化硒纳米粒的理化性质

CS-SeNPs的治疗效果和生物学行为关键取决于其理化性质，如粒径、Zeta电位、胶体稳定性和对生理刺激的响应性。

3.1. 粒径与形态

粒径是决定纳米粒药代动力学、肿瘤穿透和细胞内在化的基本因素。尺寸在100-300 nm范围内的纳米粒可通过增强渗透和滞留（EPR）效应实现被动靶向。研究表明，PEG化壳聚糖制备的SeNPs平均直径约230 nm，处于EPR效应的理想范围。而通过主动靶向（如叶酸修饰）的纳米粒，即使尺寸稍大（如322 nm），也能通过受体介导的内存作用实现高效摄取。

3.2. Zeta电位与表面电荷

Zeta电位是决定纳米粒分散体静电稳定性的关键参数。高正电位的纳米粒（通常高于+30 mV）能提供强大的静电排斥力，防止聚集。例如，PEG化壳聚糖包被的SeNPs电位约为+33 mV，有助于增强胶体稳定性。表面正电荷还利于与带负电的癌细胞膜相互作用，促进细胞摄取。

3.3. 胶体稳定性与分散性

胶体稳定性是CS-SeNPs成功应用于生物医学领域的基本要求。壳聚糖的阳离子性质提供静电排斥和空间位阻，防止颗粒聚集。PEG化可通过提供空间保护来进一步改善稳定性。复合系统（如壳聚糖-玉米蛋白、壳聚糖-白蛋白）能进一步增强胶体性能和功能递送。

3.4. 刺激响应行为

刺激响应性SeNPs能实现对肿瘤特异性环境信号的响应性药物释放。pH响应性最为常见，壳聚糖的氨基在酸性条件下质子化，导致纳米粒基质不稳定，触发药物释放。此外，CS-SeNPs还表现出对肿瘤细胞内活性氧（ROS）水平升高的氧化还原响应性。绿色合成策略也能产生pH响应性的SeNPs。

4. 抗癌活性与细胞机制

CS-SeNPs通过整合结构精度与生物响应性，成为多功能抗癌剂。

4.1. 递送机制与靶向策略

CS-SeNPs利用多种肿瘤靶向策略。叶酸受体介导的内存作用是一种主要策略，叶酸修饰的CS-SeNPs能通过过度表达叶酸受体的癌细胞实现优先摄取。pH响应性药物释放是另一成熟策略，利用肿瘤微环境的酸性触发药物释放。此外，CS-SeNPs还表现出固有的氧化还原敏感性，以及通过线粒体靶向肽（如SS31）实现的细胞器靶向。先进的载体系统（如脂质体、介孔二氧化硅）进一步增强了纳米粒的稳定性、生物利用度和黏膜粘附性。

4.2. 分子作用机制

CS-SeNPs主要通过诱导细胞凋亡、产生活性氧（ROS）和调节基因表达发挥抗癌作用。Caspase介导的凋亡是核心，SeNPs能激活内在和外在凋亡通路。同时，CS-SeNPs通过导致细胞内ROS水平过高，破坏DNA完整性和线粒体功能，最终引发凋亡。此外，CS-SeNPs能下调细胞周期相关癌基因，上调肿瘤抑制因子，导致细胞周期阻滞。基于RNA干扰的系统能有效沉默VEGF、MDR1等基因，增强促凋亡反应并降低耐药性。当与化疗药物（如紫杉醇）共载时，CS-SeNPs能通过促进线粒体损伤、BAX过表达和BCL-2抑制等显示出协同抗癌效应。

4.3. 与硒和CS-SeNPs相关的耐药机制

实体瘤的治疗耐药通常涉及氧化还原重编程、药物外排和应激适应程序。KEAP1-NRF2通路的激活增强了抗氧化能力，与多种癌症的不良反应相关。ATP结合 cassette（ABC）转运蛋白（如P-gp）会减少细胞内药物暴露。自噬在氧化或代谢应激下可提供生存途径。因此，将SeNPs与自噬调节剂或NRF2抑制剂联合是合理的策略。

4.4. 联合策略及与磁性纳米平台的协同作用

联合方案可将SeNPs的氧化还原中心活性转化为持久的肿瘤控制。与细胞毒性药物（如阿霉素）共递送可改善瘤内沉积并实现时序依赖性协同作用。磁性纳米粒子（MNP）平台通过磁场引导靶向、按需热疗放大ROS介导的细胞毒性，其磁芯还可作为放射增敏剂和化学增敏剂。将多糖涂层（如壳聚糖）应用于SeNP与MNP的杂合体，可以在不牺牲磁响应性的情况下优化性能。

5. 改性壳聚糖衍生物的功能作用

壳聚糖的化学改性可调节SeNPs的界面行为和药理性能。

5.1. 三甲基壳聚糖（TMC）

TMC是壳聚糖的季铵化亲水性衍生物，其永久正电荷增强了与负电生物分子（如DNA、细胞膜）的静电相互作用，提高了水溶性和上皮屏障穿透能力，是药物递送系统的优秀候选者。

5.2. 硫醇化壳聚糖（TCS）

TCS通过引入巯基，能形成二硫键，显著增强其黏膜粘附强度，并赋予其抗氧化性能，适用于需要长时间滞留和控释的药物递送系统。

5.3. 聚乙二醇化壳聚糖

PEG化通过连接PEG链，解决了壳聚糖在中性和碱性pH下溶解性差的问题，增强了生物相容性、稳定性，并提供了空间稳定作用，延长了纳米粒的循环时间，降低了免疫原性。

5.4. 磁性壳聚糖包被的纳米粒子（MCNPs）

壳聚糖包被的磁性纳米粒子（如Fe₃O₄）可通过磁场引导实现靶向，同时保留壳聚糖的黏膜粘附性和内体逃逸能力。在临床前肿瘤模型中，MCNPs能实现磁辅助富集、MRI可见追踪和温和热疗，与CS-SeNPs构建体具有互补性。

5.5. 壳聚糖与其他材料的组合

壳聚糖与蛋白质（如BSA）、多糖、肽、维生素、陶瓷或合成材料复合，可产生具有改善稳定性、生物活性和特异性的硒纳米复合材料，用于增强稳定性、靶向递送和扩展生物活性。

6. 关键比较与环境考量

CS-SeNPs的药理学-毒理学特征不同于常见的金属氧化物纳米材料。CS-SeNPs将硒的氧化还原信号能力与阳离子生物聚合物壳的改善的胶体稳定性等特性相结合。然而，硒具有剂量敏感性，需要合理的涂层设计和剂量控制。相比之下，ZnO纳米粒的毒性主要由Zn²⁺溶解驱动，TiO₂则存在与光催化相关的氧化应激风险，Fe₃O₄需关注铁超载问题。从环境角度看，在生物膜中，硒氧阴离子易被还原为Se⁰，形成生物源性SeNPs并固定硒，但需监测其形态转化。统一的分析方法有助于进行公平的跨类别比较和环境风险评估。

7. 未来方向

CS-SeNPs的未来发展将受益于人工智能（AI）优先的设计循环，连接配方变量、合成条件和多参数读数，以预测体内性能。自驱动实验室通过算法规划器与液体处理器、反应器和在线分析联用，实现自动化合成与表征。连续流微流控技术为可预测的放大生产提供了途径。安全评估可与AI辅助的纳米毒理学相结合。在转化方面，硒基纳米免疫调节研究正在兴起，针对CS-SeNPs的对照临床试验仍是关键空白。监管科学也在演进，鼓励基于风险、数据丰富的申报。

8. 结论

壳聚糖功能化硒纳米粒（CS-SeNPs）代表了一个有前景的多功能纳米平台，用于靶向癌症治疗。通过化学和绿色合成策略，这些纳米载体提供了改善的理化稳定性、氧化还原响应行为和增强的细胞摄取能力。壳聚糖作为表面修饰剂的整合不仅缓解了硒固有的不稳定性，还实现了可调的药物释放、肿瘤特异性蓄积以及与常规疗法联用时的协同抗癌活性。然而，成功将CS-SeNPs转化为临床应用需要更严格地关注可扩展性、可重复性和长期安全性。通过多学科持续合作和转化研究的投入，这些生物响应型纳米载体有望在不久的将来成为精准肿瘤学和靶向药物递送的临床可行平台。