综述：用于多药耐药结直肠癌的生物活性纳米药物：可行作用机制、新兴粒子类型及转化应用障碍

《Advanced Drug Delivery Reviews》：Bioactive nanomedicines for multidrug-resistant colorectal cancer: Actionable mechanisms, emerging particle classes, and translational barriers

　　摘要：结直肠癌的多药耐药性源于肿瘤细胞、药物作用机制及微环境因素之间的相互作用，这些因素共同削弱了药物的活性及其递送效率。本综述主要探讨与化疗相关的多药耐药性问题，同时也会涉及那些会直接影响药物递送设计或患者选择方案的靶向治疗和免疫治疗中的耐药性问题。生物活性化合物虽可调节多种耐药途径，但由于其溶解度差、稳定性低、代谢迅速以及在耐药病灶处的暴露不足，其在实际应用中的价值受到限制。本文深入分析了纳米医学在何种情况下才能使这类生物活性化合物的机制作用具有实际的药理意义和应用价值。我们将耐药生物学机制与药物递送功能相结合，评估了各类生物活性化学增敏剂的临床应用潜力，比较了不同的纳米医学设计策略，并分析了纳米材料与生物体之间的相互作用、重复给药安全性、制造可行性以及临床应用前景。通过现有研究可以发现三大局限性：首先，姜黄素、白藜芦醇、表没食子儿茶素没食子酸酯和槲皮素等物质实现化学增敏作用所需的浓度通常高于其在人体内的实际浓度；其次，许多关于耐药性的研究依赖于未经充分验证的模型，而那些能够同时明确耐药机制、功能表现及实际暴露水平的研究仍然较少；第三，虽然人类研究已证明了相关生物活性化合物的可行性、组织暴露程度及治疗效果，但尚未有研究能证明它们能够特异性地逆转结直肠癌的多药耐药性。因此，该领域的进展更多取决于如何将特定的制剂设计与其所针对的耐药机制或空间屏障相匹配，准确量化相关病灶中的药物暴露量，在合适的模型中验证其作用机制，同时确保药物具有重复给药的安全性、可大规模生产的可行性以及基于生物标志物的临床开发路径。

引言：结直肠癌仍然是全球范围内危害最为严重的恶性肿瘤之一。它是全球第三大常见癌症类型，也是导致癌症相关死亡的第二大原因。根据GLOBOCAN的统计，2024年全球新增结直肠癌病例约为2,041,007例，死亡人数约为918,000例，占所有新发癌症病例的9.9%[1]。癌症患者的死亡主要由转移性疾病以及难以治疗的疾病所致。治疗耐药性，包括获得性药物敏感性降低、交叉耐药性、药物作用失效以及微环境介导的保护作用，是晚期结直肠癌治疗中的重大障碍，不能简单地归因于单一的多药耐药机制[2][3]。

结直肠癌的多药耐药性并非由单一基因或单一转运蛋白导致的，而是一种多维度、适应性强的现象，与ATP结合盒转运蛋白活性、药物代谢改变、DNA损伤感知与修复机制的调整、细胞凋亡功能受损、自噬作用的改变、癌干细胞样细胞的持续存在、上皮-间质转化、免疫系统与基质结构的重塑、缺氧环境、酸性条件、细胞外基质沉积以及不均匀的血管分布等因素密切相关。这些机制很少单独发挥作用，而是会在肿瘤细胞、基质成分、免疫细胞、转移灶以及治疗诱导的适应性状态之间相互影响。正因如此，即便某种耐药机制被抑制，由于存在替代性通路，药物仍可能无法进入肿瘤细胞，进而维持肿瘤的生存能力[2][3]。这一生物学特性揭示了传统小分子药物的局限性——许多常规小分子药物和天然生物活性物质的血液循环时间较短，水溶性差，代谢迅速，在组织中的暴露程度较低，生物分布不受控制，且难以同时作用于多种耐药途径。即便某种化合物在体外能够调控某种耐药机制，但在体内也未必能达到所需的浓度、作用时间、细胞内定位以及肿瘤部位的暴露水平。在转移性结直肠癌中，这一问题更为突出，因为药物递送需要克服肝脏、肺部、腹膜、淋巴结或黏液/基质病变等不同组织在血液灌注、巨噬细胞含量、细胞外基质结构、间质压力、血管通透性及免疫组成方面的差异。因此，关键的问题不仅仅是某种化合物是否具有调节多药耐药性的能力，还在于它能否以合适的浓度、顺序被递送到正确的部位，同时具备良好的重复给药安全性[4]。

在此背景下，生物活性化合物具有很大的应用潜力，因为它们往往能够同时作用于多种耐药途径，而非仅针对某一特定靶点。姜黄素、白藜芦醇、表没食子儿茶素没食子酸酯、槲皮素、β-榄香烯、 Imperatorin、二氢杨梅素等天然产物在临床前研究中已被证明能够调节与药物外排相关的通路、NF-κB信号通路、STAT3信号通路、Wnt/β-catenin信号通路、PI3K/Akt信号通路，还能影响氧化应激、内质网应激、细胞凋亡、自噬作用、上皮-间质转化、癌干细胞样表型以及炎症或基质相关信号传导[4]。由于结直肠癌的耐药性本身也表现为多途径特征，这些生物活性化合物具有较高的应用价值。然而，不能将它们的多重作用直接等同于临床疗效——目前关于这些生物活性化合物的大多数研究仍处于临床前阶段，其结果受浓度、制剂形式及研究模型的影响较大。此外，这些化合物的溶解度差、化学稳定性低、易发生快速结合反应、首过效应明显、光敏感性高，以及系统暴露水平低，都限制了它们的实际治疗应用价值。因此，要想充分发挥它们的作用，就需要借助有效的递送策略，提高其在目标组织的暴露水平，保持其生物活性，协调多种作用机制，并在结直肠癌相关的实验条件下验证其真正的化学增敏效果[5]。

纳米医学为解决上述问题提供了有效的递送系统解决方案，但它并非万能的解决办法。纳米载体能够提高药物的溶解度和稳定性，改变其药代动力学性质和生物分布规律，促进药物的内吞作用，帮助药物在细胞内释放，实现多种具有互补作用的药物的同时递送，还能对肿瘤相关的环境信号作出响应，如酸性pH值、氧化还原梯度、高浓度的谷胱甘肽、基质金属蛋白酶、组织蛋白酶B、缺氧环境、活性氧以及外部施加的刺激等。不过，这些优势应被视为设计上的可能性，而非必然能带来实际应用效益。人类结直肠癌病灶在血管通透性、基质密度、免疫细胞浸润程度、酶的表达水平、氧合状态、转移灶的生物学特性以及单核吞噬细胞系统的捕获能力等方面存在很大差异。因此，一种在单层培养环境中能提高药物吸收率或在皮下移植模型中能积累较多药物的纳米粒子，未必能在患者体内的耐药转移性结直肠癌病灶中达到足够的药物浓度。所以，任何关于纳米医学应用的宣称都必须基于具体的作用机制、药物在目标组织的暴露水平、生物命运以及临床合理性来加以论证[6][7]。

我们通过选用含有生物活性成分的纳米粒子，旨在阐明结直肠癌中耐药机制的设计原则、实际应用局限以及可行的发展路径。我们将多模型临床前研究结果与单一研究或仅基于体外实验的结果区分开来，对于尚未解决的问题则视为有待解决的挑战而非已解决的问题。第二部分将可采取的耐药生物学机制与纳米医学设计策略相对应，同时简要讨论靶向治疗耐药性和免疫治疗耐药性的问题；第三部分评估各类生物活性化合物作为多途径化学增敏剂的潜力，并分析其在实际应用中的暴露限制；第四部分明确生物活性纳米医学的研究范畴，回顾针对多药耐药性结直肠癌的递送系统发展历程，并分析现有的不同类型递送平台；第五部分综合现有研究证据，构建明确的描述性框架，评估当前耐药机制建模的准确性；第六部分和第七部分分别探讨纳米医学产品的生物安全性及临床应用现状；第八部分提出专家们认为亟需优先解决的课题；第九部分则明确了生物活性纳米医学产品若要成为治疗耐药性结直肠癌的可行候选方案，需要满足哪些条件。

片段一：从纳米医学角度理解结直肠癌的多药耐药性生物学机制
结直肠癌的多药耐药性更应被视作一种多维度、适应性强且与微环境紧密相关的现象，而非一系列孤立的分子异常。从递送系统角度来看，关键问题不在于存在哪些耐药途径，而在于通过何种设计手段能够部分绕过这些耐药机制，改变药物的药代动力学特性，重新引导药物的分布路径，或同时针对多个耐药机制采取措施，从而决定药物或药物组合如何进入机体。

片段二：生物活性化合物作为多途径化学增敏剂
天然生物活性化合物因其化学结构的多样性、多靶点作用特性、相对较高的安全性以及能够同时影响多种耐药相关途径的优势，成为治疗结直肠癌多药耐药性的理想候选物质。它们的价值并不在于具有高度选择性的靶向作用，而在于能够在涉及药物外排、细胞凋亡功能障碍、自噬作用调节等多个相互关联的生物学过程中发挥低至中等强度的作用。β-榄香烯是一种具有临床应用价值的萜类化合物，因为在中国的传统医学中，含榄香烯的制剂已被用作抗癌药物或辅助治疗手段，而现代临床前研究也表明，β-榄香烯具有较低的毒性，同时还具备广泛的抗癌作用和化学增敏效果。在结直肠癌多药耐药性研究中，β-榄香烯已被证明能够促进细胞凋亡、调节自噬作用、影响细胞周期进程、参与铁死亡相关信号传导过程，以及增强化疗药物的敏感性。此外，β-榄香烯还可能对自噬作用产生调节作用。

片段三：针对结直肠癌多药耐药性的纳米医学设计策略
针对结直肠癌多药耐药性的纳米医学策略，应当根据其所要解决的递送问题来进行分类，而不能仅仅依据递送平台的名称来划分。脂质体、聚合物纳米粒子、胶束、脂质纳米粒子、无机载体、无载体复合物、细胞外囊泡、植物来源的囊泡、细菌来源的囊泡以及膜包覆颗粒等，虽然都能在一定程度上改善药物的递送效果，但并没有哪种载体是绝对最适合用于治疗结直肠癌多药耐药性的。这些载体的实际应用价值取决于它们是否能有效解决特定的耐药问题。

片段四：证据综合：一致性、矛盾之处及临床应用差距
目前关于生物活性纳米药物用于治疗结直肠癌多药耐药性的临床前研究虽然数量众多，但质量参差不齐。在大多数研究中，都存在一个共同的规律：与游离形式的药物相比，纳米制剂能够提高那些难溶于水的生物活性物质的溶解度、物理稳定性、细胞摄取能力、细胞内积累程度以及细胞毒性。姜黄素、白藜芦醇、表没食子儿茶素没食子酸酯、槲皮素、β-榄香烯、Imperatorin和二氢杨梅素等化合物，均已被证明具有与多药耐药性相关的多种作用，包括降低耐药性等。

片段五：生物活性纳米药物中的纳米-生物相互作用、免疫界面及长期安全性问题
本节所探讨的纳米-生物相互作用现象，包括蛋白质冠形成、补体系统激活、单核吞噬细胞系统的捕获作用、抗聚合物免疫反应、药物在体内的快速清除、药物在特定器官中的积聚以及重复给药带来的毒性反应等，这些都是肿瘤学领域纳米药物普遍面临的问题，而非结直肠癌所特有的问题。大部分相关研究证据都是在非结直肠癌模型中获得的。因此，我们在分析这些问题时，主要参考这些更广泛的证据基础，进而建立相应的设计原则，同时重点关注结直肠癌特有的应用场景。

片段六：针对多药耐药性结直肠癌的纳米医学产品的临床转化：全肿瘤领域的经验教训及结直肠癌领域的证据缺口
目前，用于治疗结直肠癌多药耐药性的生物活性纳米药物尚处于临床应用初期阶段。判断其实际应用价值的标准，不应仅仅是它们能否提高耐药细胞系的细胞毒性，而在于它们是否能够被整合到真实的结直肠癌治疗方案中，能否实现稳定可控的生产工艺，能否保证安全剂量给药，能否通过对药物作用机制的动态监测来指导临床使用，以及是否能在那些存在相应耐药机制的临床患者群体中进行有效测试。要研发出真正能够有效解决结直肠癌多药耐药性问题的生物活性纳米药物，还需要进一步的努力。

片段七：耐药性结直肠癌领域的研发进展、面临的挑战及未来发展方向
目前，针对多药耐药性结直肠癌的生物活性纳米药物研究已经发展到这样的阶段：人们不再纠结于天然生物活性化合物是否具备临床前阶段的化学增敏作用——因为确实有许多化合物具有这种作用。更为重要的问题是，能否通过递送系统工程学手段，将这些作用转化为具有可重复性、药理学上可信、安全、可大规模生产且适合临床应用的干预措施。因此，该领域的下一步研究方向应当是摆脱单纯依赖新型载体设计的思路，转而注重如何利用纳米级递送系统来实现特定的生物活性机制，在目标耐药病灶中产生具有实际药理作用的效应。

结论与展望：
目前，针对耐药性结直肠癌的生物活性纳米药物研究已经不再以载体创新作为核心考量因素。更为关键的问题是，纳米级递送系统是否能够提供必要的功能，从而将特定的生物活性机制转化为在目标耐药病灶中具有实际药理作用的效应。现有的研究证据支持这一可能性，但尚未有研究能够证明这类纳米药物能够真正逆转临床上的多药耐药性。纳米医学确实能够提高药物的溶解度和稳定性，改变其在细胞内的转运过程，协调多种药物的作用机制，从而为治疗耐药性结直肠癌提供新的可能性。

利益冲突声明：
作者声明自己不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。

作者：Milad Rasouli | Fatemeh Babaei | Nadia Fallahhossein | Adeleh Divsalar
加拿大蒙特利尔，麦吉尔大学健康中心研究所，麦吉尔大学