《International Journal of Nanomedicine》：Novel Dual Strategy Based on EPR/AT for Optimizing Therapeutic Effect by Improving Drug Delivery System Physicochemical Properties and Regulating TME
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本综述系统探讨了癌症纳米药物临床转化的核心挑战——肿瘤内低积累问题，深入分析了不同给药途径（口服、透皮、静脉、脑靶向）的生理屏障及纳米颗粒尺寸、表面电荷、形状等理化性质对肿瘤靶向效率的影响。文章重点阐述了增强渗透与滞留（EPR）效应和主动靶向（AT）策略的协同机制，并总结了通过调控肿瘤微环境（TME）、利用配体（如抗体、多肽、糖类）介导的靶向递送以及细胞介导的递送系统等前沿方法，为设计下一代具有改善肿瘤积累和治疗效果的纳米药物提供了蓝图。
纳米药物递送路径与挑战
癌症纳米药物的临床转化受限于其在肿瘤部位的有限积累。给药途径（口服、透皮、静脉、脑靶向）的选择直接影响纳米颗粒需克服的独特生理屏障，从而影响其生物利用度和精确靶向能力。口服给药面临胃肠道苛刻环境（酶解、酸性条件、上皮通透性差）导致的低生物利用度；透皮给药则需突破皮肤角质层的物理屏障；脑靶向需穿越严密的血脑屏障（BBB）；而最常用的静脉注射虽能提供即时生物利用度，却需应对单核吞噬细胞系统（MPS）的快速清除、蛋白质冠形成以及肾脏过滤等障碍。
肿瘤积累不足的障碍
纳米颗粒进入体循环后，会动态形成蛋白质冠（包括紧密结合的硬冠和松散结合的软冠），其中的调理素会促进免疫细胞摄取，阻碍靶向递送。研究表明，仅有约0.7%的注射纳米颗粒能最终积累于小鼠实体瘤中。主要障碍可归纳为：血清蛋白调理作用、免疫系统破坏、从血管到肿瘤的低效外渗、肿瘤组织内有限渗透以及肿瘤细胞对纳米颗粒的内吞不足。
纳米药物在肿瘤中积累的机制
纳米药物的肿瘤积累依赖于其理化性质与肿瘤微环境病理生理特征的协同作用。
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纳米颗粒的理化性质
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尺寸依赖性积累：尺寸是决定纳米颗粒生物分布和肿瘤积累的关键参数。为避免快速肾脏清除（截留约10 nm），纳米载体通常设计尺寸大于此阈值，而上限受肿瘤血管内皮孔尺寸限制（通常数百纳米）。网状内皮系统（RES）的清除作用也具有尺寸依赖性，研究表明90–200 nm范围内的脂质体表现出最佳的肿瘤靶向性。较小纳米颗粒（~10 nm）在三维肿瘤球体中穿透更深（可达~85 μm），而较大颗粒（50–65 nm）则主要积累在外围约30–40 μm区域。刺激响应型纳米平台可在外渗后发生尺寸转变，以优化肿瘤沉积和间质扩散。
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表面电荷效应：表面电荷影响胶体稳定性、血液相容性和系统清除动力学。带负电表面通过静电排斥促进胶体稳定性，并减少调理作用，从而延长循环半衰期。带正电表面易吸附血浆蛋白导致聚集和MPS快速清除。表面工程（如PEG化）可平衡循环时间与肿瘤结合。正电荷通常促进与带负电的细胞膜和细胞外基质（ECM）成分的静电相互作用，增强肿瘤滞留、组织穿透和细胞内存。
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形状：纳米颗粒的几何形状影响其血流动力学行为和肿瘤沉积。球形颗粒通常遵循层流，便于壁定位和组织迁移。各向异性结构（如棒状、盘状）可诱导流体动力学扰动，促进偏离流线并增强跨内皮迁移。例如，高纵横比圆柱形胶束的消除半衰期（~24小时）显著长于短棒状（14小时）和球形（8小时）对应物，肿瘤沉积也相应增加。盘状纳米颗粒在层流下表现出最高的血管壁接触和粘附倾向。
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肿瘤微环境
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肿瘤血管异常：癌细胞的快速增殖导致新生血管形成，但这些血管结构异常（迂曲路径、不规则轮廓、无序内皮细胞、显著窗孔化、平滑肌层发育不良），导致高渗透性，形成EPR效应基础。然而，这种高渗透性伴随受损的淋巴引流，导致血浆成分泄漏积累，显著升高间质流体压力（IFP）和流体粘度，阻碍纳米颗粒进一步渗透至肿瘤实质。肿瘤血管内血流明显异质，存在灌注不足区域。
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致密ECM：肿瘤组织中的细胞外基质（ECM）发生重塑（结缔组织增生），表现为纤维状胶原（如I、III、V型）沉积增加和赖氨酰氧化酶（LOX）表达上调，导致ECM更致密、更僵硬。丰富的胶原构成纳米颗粒转运的实质性物理障碍，而LOX催化的交联进一步刚性化ECM，增加其机械阻力，阻碍有效纳米颗粒运输和深层组织穿透。这种刚度不仅影响被动扩散，也影响主动细胞过程。
当前增强纳米药物肿瘤积累的方法
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基于EPR的被动策略
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颗粒尺寸调控：利用肿瘤特异性刺激（如过表达的基质金属蛋白酶（MMPs）、轻度酸中毒）实现纳米颗粒尺寸自适应调控。例如，MMP-2响应型Angio-DOX-DGL-GNP系统，酶触发分解使颗粒尺寸从185.7 nm减小至55.6 nm，显著改善肿瘤穿透。酸不稳定键（如亚胺、腙）也可用于尺寸转换，如PEG-b-PAEMA-PAMAM/Pt纳米颗粒在酸性TME中从80 nm快速收缩至10 nm，实现初始积累和深度渗透的平衡。多阶段系统（如MMP-7响应型纳米凝胶、明胶包被的可收缩金纳米颗粒）可实现顺序激活。
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表面电荷：电荷反转纳米载体在血液循环中保持中性或负电以延长循环时间，到达肿瘤组织后，由pH、酶等刺激触发电荷反转为正电，增强肿瘤穿透和细胞内存。例如，阳离子脂质-聚合物纳米杂化物被阴离子PEI-DMMA通过静电作用包被，在酸性TME（pH ~6.5–6.8）下电荷反转，实验显示其肿瘤积累量约为非电荷反转纳米颗粒的两倍。
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塑造肿瘤微环境：调节TME（如通过金纳米颗粒介导的光热疗法、放射疗法、高强度聚焦超声的声孔效应、光动力疗法产生的活性氧）可增强血管通透性、降低IFP，从而增强EPR效应和纳米颗粒递送。例如，光热预处理使前列腺肿瘤中聚合物纳米载体的后续积累增加约1.5倍；超声处理增强脂质体在肿瘤模型中的积累。
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纳米药物的主动靶向：配体驱动的识别和细胞内存
主动靶向通过在纳米载体表面功能化特异性配体（如抗体、适体、多肽、糖类、小分子），使其能够结合癌细胞或血管上过表达的受体，实现更精确的组织和细胞特异性递送。配体-受体相互作用后，纳米平台通常通过受体介导的内存作用被内化。
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糖介导的靶向：例如，N-乙酰半乳糖胺（GalNAc）修饰的PolyHPMA-阿霉素共轭物（PK2）在肝细胞癌中优先摄取；半乳糖功能化的TPGS胶束肝内药物沉积增加一倍；透明质酸（HA）修饰的PLGA胶束通过CD44受体驱动细胞摄取和延长系统循环，显示出更高的肿瘤荧光强度和肿瘤内铁积累。
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抗体介导的靶向：例如，HER2抗体功能化的聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLG）纳米颗粒负载DM1，在静脉注射后4小时肿瘤沉积比非靶向IgG对应物高约6倍；曲妥珠单抗功能化的棒状铋纳米颗粒肿瘤部位铋浓度增加16倍；西妥昔单抗整合的avidin-nucleic-acid nanoassemblies（ANANAS）显示出优于传统抗体药物偶联物（ADCs）的抗体药物比率。
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蛋白质和多肽导向的靶向：例如，转铁蛋白（Tf）共轭的可生物降解聚合物酶体通过Tf受体介导的内存作用，在神经胶质瘤中积累增加三倍；iRGD肽修饰的聚己内酯-聚乙烯吡咯烷酮（PCL-PVP）纳米颗粒通过整合素受体结合和肿瘤穿透基序，实现至少两倍的肿瘤积累增强；神经纤毛蛋白-1靶向肽（RGDK）共轭的SN-38前药胶束通过选择性神经纤毛蛋白-1受体亲和力，实现快速网格蛋白介导的内存和肿瘤积累增加。
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小分子和适体介导的靶向：例如，叶酸功能化的聚合物胶束通过叶酸受体介导的内存作用，肿瘤积累增加两倍；A10适体共轭的胶束通过结合前列腺特异性膜抗原（PSMA），在PSMA阳性肿瘤中积累增加1.5倍；AS1411适体通过结合癌细胞表面的核仁素受体，实现高效细胞内存。
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细胞介导的肿瘤靶向递送系统：利用红细胞（RBCs）、T淋巴细胞、干细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等作为载体，通过直接加载纳米颗粒或仿生工程（如膜涂层）实现肿瘤特异性递送。例如，病原体模拟纳米颗粒被循环中性粒细胞内存，实现“搭便车”至发炎肿瘤，积累量比被动EPR alone提高约两倍；中性粒细胞膜包被的PLGA纳米颗粒利用ICAM-1模拟促进内皮粘附和内存，在乳腺癌异种移植瘤中积累增加2-3倍；载有紫杉醇的脂质体被中性粒细胞通过CXCR2归巢内化，在神经胶质瘤模型中穿越血脑屏障，药物水平比游离紫杉醇高1162倍。
转化挑战：临床前动物模型与人体临床试验在纳米药物肿瘤积累策略上的差异
尽管在临床前动物模型中结果喜人，但纳米药物积累策略向人体临床试验的转化充满挑战，常导致疗效不佳。被动和主动靶向方法在啮齿类动物中表现出强大的肿瘤积累（通常超过注射剂量的5–10%），但在人体中通常仅达到0.5–1%的剂量积累。差异的主要原因包括：人类肿瘤的显著异质性和EPR变异性（与均匀的动物模型相比）；生理和免疫学差异（如更快的代谢率、更短的循环时间、MPS清除）；以及方法论和试验设计局限性（如使用免疫缺陷小鼠、皮下植入肿瘤与原位人类肿瘤的差异）。未来前景在于个性化方法，如用于患者分层的EPR成像，以及结合微环境调控与主动靶向的混合策略。
未来展望
合理设计癌症纳米药物以推进临床转化，需要协同优化理化性质、利用生物转运机制并严格减轻纳米毒性。纳米颗粒尺寸应在12–60 nm范围内优化，以最大化实体瘤靶向的EPR效应，同时减轻尺寸依赖性毒性（超小颗粒引发ROS，大颗粒引发脾清除和炎症）。表面工程需谨慎权衡（PEG化减少清除但可能诱发抗PEG抗体，阳离子表面促进摄取但引起聚集和免疫毒性）。超越理化修饰，利用生物转运机制（如验证纳米颗粒转胞吞内皮细胞（N-TECs）的作用、重编程肿瘤相关巨噬细胞（TAMs））具有前景。解决纳米药物肿瘤靶向的异质性至关重要，生物标志物引导的策略（如非侵入性成像结合伴随纳米诊断）可实现实时可视化和患者分层。在整个设计过程中，全面的纳米毒性评估至关重要。平衡理化定制、生物转运机制、生物标志物引导的患者选择以及系统纳米毒性控制的综合设计框架，对于最小化临床试验失败和实现癌症纳米药物的全部潜力至关重要。
结论
纳米药物的临床转化从根本上受到其在实体瘤中低效积累的限制，这一核心挑战源于生理屏障、复杂的肿瘤微环境以及深刻的肿瘤间EPR异质性。展望未来，该领域必须拥抱以智能、多阶段纳米载体和基于生物标志物分析的个性化方法为中心的新范式。克服EPR变异性和递送途径限制的长期挑战，是实现纳米治疗在肿瘤学中临床前景的明确途径。
