《OpenNano》：Engineering Stimuli-Responsive Dendrimers for Drug Delivery: A 15-Year Review of Formulation Strategies and Routes of Administration
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这篇综述系统总结了近15年来刺激响应性树枝状聚合物（如pH、氧化还原、酶、温度、光、磁场响应型）作为智能药物递送系统的进展。文章深入分析了其结构特征、表面工程策略（如腙键、二硫键、肽键等可裂解连接子）以及在不同给药途径（口服、透皮、口腔等）中的应用，旨在为开发精准纳米药物提供路线图，并探讨了当前在体内特异性、生物相容性及临床转化方面的挑战。
1. 引言
树枝状聚合物是一类具有高度有序、重复分支的树状结构的合成大分子。这种独特的结构使其从简单的药物载体系统，发展成能够响应内部（如pH、酶）和外部（如温度、磁场）刺激的先进智能系统。在过去的15年里，刺激响应性树枝状聚合物因其能实现药物的时空控制释放、增强治疗效能和推动个体化医疗而备受瞩目。
2. 响应性树枝状聚合物的结构特征
树枝状聚合物由核心、重复分支单元和可功能化的末端基团组成。其中，聚酰胺-胺型（PAMAM）树枝状聚合物是研究最广泛且商业化的类型。智能或响应性树枝状聚合物可根据其响应的刺激类型进行分类，主要包括以下几种：
2.1. pH响应性树枝状聚合物
这类聚合物利用酸敏感连接子（如腙键、亚胺键（席夫碱）、缩醛）设计而成。这些连接子在生理pH（约7.4）下稳定，但在肿瘤组织、内吞体或溶酶体的酸性环境中（pH ≤ 5）可水解，从而触发药物释放。例如，通过顺式乌头酰键连接的阿霉素（DOX）-PAMAM G5树枝状聚合物缀合物，在酸性pH环境下表现出加速的药物释放。
2.2. 氧化还原响应性树枝状聚合物
其设计核心在于引入氧化还原敏感的连接子，如二硫键（-S-S-）。二硫键在细胞外氧化环境中稳定，但在细胞内高浓度谷胱甘肽（GSH）的还原环境下被快速断裂。利用细胞内外存在的氧化还原梯度，可以实现药物的选择性释放。一个代表性的例子是负载DOX的、转铁蛋白锚定的聚乙二醇化PAMAM G4树枝状聚合物缀合物，它通过二硫键连接，实现了在肿瘤细胞内的靶向和响应性释放。
2.3. 酶响应性树枝状聚合物
通过在树枝状聚合物表面或内部引入酶敏感连接子（如特定肽序列、酯键）来构建。这些连接子能被病理微环境（如肿瘤或炎症部位）中过表达的酶（如基质金属蛋白酶（MMP）、组织蛋白酶B）选择性切割，从而控制药物释放。例如，使用甘氨酰苯丙氨酰亮氨酰甘氨酸（GFLG）四肽连接子构建的聚乙二醇化赖氨酸肽树枝状聚合物-吉西他滨缀合物，能在肿瘤相关酶作用下快速释放药物。
2.4. 温度响应性树枝状聚合物
通常通过将温敏性聚合物链（如聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM））共价连接到树枝状聚合物表面或分支单元中来制备。PNIPAM具有较低临界溶解温度（LCST），在温度超过LCST时，聚合物链从亲水伸展状态转变为疏水收缩状态，从而驱动药物释放。通过调整末端基团的疏水性，可以精细调节其相变温度。
2.5. 光响应性树枝状聚合物
这类聚合物在其结构中整合了光可裂解或光可转换的生色团（如邻硝基苄基、香豆素、偶氮苯衍生物）。在特定波长（紫外、可见光或近红外）的光照下，这些基团发生光化学反应（如键断裂或可逆异构化），从而实现光控药物释放。例如，香豆素修饰的PAMAM G1树枝状聚合物能通过光照可逆地交联和解离，用于基因和药物的协同递送。
2.6. 磁场与电场响应性树枝状聚合物
磁场响应性系统通常通过将磁性纳米颗粒（如Fe3O4）整合到树枝状聚合物核心或结构中来实现，可用于磁靶向递送或磁热疗。电场响应性树枝状聚合物则通过引入电活性基团（如二茂铁）或导电聚合物（如聚吡咯），使其在外部电场下发生构象、极化状态或电荷变化，从而控制药物释放。
3. 用于实现响应性的表面工程与功能化
对树枝状聚合物表面的修饰是赋予其刺激响应性的关键。通过酰胺偶联、巯基-二硫键交换、迈克尔加成、点击化学等成熟的共价化学方法，可以精确引入各种响应性连接子。
3.1. pH响应性表面工程
主要策略包括形成腙键、缩醛/缩酮键、席夫碱（亚胺键）以及通过点击化学引入组氨酸或叔胺基团。例如，腙键通过在醛/酮与酰肼之间的缩合反应形成，在酸性条件下水解。这被广泛应用于DOX-PAMAM缀合物的构建，实现了在肿瘤酸性环境中的特异性药物释放。
3.2. 氧化还原响应性表面修饰
最常用的方法是引入二硫键，通常通过巯基-二硫键交换反应实现。此外，二硒键、硫缩酮键也用于构建对还原或活性氧（ROS）敏感的体系。例如，通过二硫键连接的聚乙二醇-树枝状聚合物（PEG-SS-PAMAM）构建体，在血液循环中稳定，而在高GSH的肿瘤细胞内快速“脱壳”，释放药物或基因。
3.3. 温度响应性表面工程
主要通过原子转移自由基聚合（ATRP）在树枝状聚合物表面接枝PNIPAM链，或通过酰胺偶联将预合成的PNIPAM连接到树枝状聚合物上。这些方法可以制备具有精确相变温度的温敏性树枝状聚合物，用于热触发的药物释放。
3.4. 酶响应性表面工程
通过固相肽合成（SPPS）制备酶切肽段（如GFLG），然后通过碳二亚胺（如EDC/NHS）介导的酰胺偶联反应将其连接到树枝状聚合物表面。酯键则可通过酯化反应引入，用于响应酯酶。这些设计使得药物能在特定酶富集的病灶部位释放。
3.5. 磁场与电场响应性表面工程
可通过配位或共价锚定的方式将磁性纳米颗粒修饰到树枝状聚合物上。电场响应性则可通过共价连接二茂铁基团、或通过电聚合法在树枝状聚合物表面沉积导电聚合物（如聚吡咯）来实现，从而构建可由外部物理场精确控制的智能递送系统。
4. 响应性树枝状聚合物制剂的组成
一个完整的响应性树枝状聚合物制剂通常包含以下核心成分：
4.1. 药物：可以物理封装在树枝状聚合物的空腔中，或通过可裂解的连接子（如二硫键、腙键、肽键）共价连接。
4.2. 树枝状聚合物骨架：如PAMAM、PPI、PLL等，提供负载药物的框架和功能化位点。
4.3. 表面配体与功能化：包括聚乙二醇（PEG，用于长循环）、靶向配体（如叶酸、转铁蛋白、RGD肽）以及调节生物相互作用的基团（如碳水化合物、两性离子）。
4.4. 纳米颗粒核心：如磁性Fe3O4>纳米颗粒、金纳米颗粒或碳基纳米材料，用于赋予额外的刺激响应性（磁、光热）或诊疗功能。
4.5. 溶剂、增溶剂与稳定剂：确保制剂的分散性、稳定性和生物相容性。
4.6. 交联剂与刺激响应性连接子：用于构建树枝状聚合物纳米凝胶，其交联网络中包含可被特定刺激裂解的键。
4.7. 缓冲系统与pH调节剂：维持制剂稳定性并调控pH响应行为。
4.8. 聚合物外壳或涂层：如PNIPAM、壳聚糖、聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）等，提供额外的保护、控制释放或多重响应性。
4.9. 稳定剂与冷冻保护剂：如海藻糖、甘露醇，确保制剂在储存和冻干过程中的完整性。
5. 总结与展望
这篇综述系统梳理了工程化刺激响应性树枝状聚合物在药物递送领域过去15年的发展。从被动载体到智能响应系统，树枝状聚合物通过精密的表面工程和功能化，实现了对pH、氧化还原、酶、温度、光、磁/电等多种刺激的响应，从而能够在复杂的生物环境中实现药物的精准、可控释放。不同给药途径（如口服、透皮、口腔黏膜等）的研究进一步拓展了其应用范围。尽管在提高治疗指数、实现个性化医疗方面展现出巨大潜力，但刺激响应性树枝状聚合物仍面临体内特异性、生物相容性、规模化生产、重现性以及临床转化障碍等挑战。未来的发展需要材料科学、药学与临床医学的深度交叉融合，以推动这些智能纳米药物从实验室走向临床应用。
