6.2线粒体靶向纳米材料与肿瘤治疗特点

线体向米料肿治优线粒体向米料线粒体靶向策略的最初应用是对生物活性分子修饰线粒体靶向基团些活性分子能够直接靶向至线粒体挥更好的疗效如辅Q10或维生素E的衍物与TPP结合，已被证明能够选择性的靶向至线粒体并提高抗氧化效率性的与共结合时，原本只能在耐药的人乳腺癌高转移细(MDA-MB-435/DOX)的胞浆中积累的DOX优先选择在线粒体中积累；与DOX原相比TPP-DOX能够加caspase-3和PARP的剪，诱导更明显的细胞凋亡，具有逆转MDR的用潜力。在前文中已经提及，将纳米材料与抗肿瘤药物结合形成纳米医药或用纳米载体负载药物能在保持药物原本完整的疗效的同时善多种药物的药代动力学和生物分布但在十年之前关于线粒体靶向的纳载药体系的报道并不多见部分纳米靶向系统只靶向至细胞层面纳米载体进入细胞后随机分布与包括线粒体在内的亚细胞器作用期究发现米送载体通过修饰特定向到亚细胞器以加药物与亚细胞器上特定位点作用的几率从而提高治疗效率因此定给药的药物递送系统为目前暂时失败的治疗方法提供了新的可能性。为了将药物运输到线粒体基质并有效的控制释放药物到不同的线粒体组分，对纳米递送系统的设计和制备有着精确的要求：精确的尺寸性表面合的电性和表面特定的靶向基团。此外，为保证线粒体靶向的纳米递送系统在生物体内的安全性，对这些纳米材料的生物相容性与生物降解性也有一定的要求对近年来报道的几类线粒体靶向的纳米平台做一个简单总结：脂质基粒靶纳材靶向线粒体的脂质体基材料，可以通过膜融合将其所载的药物或活性分子带入线粒体内DQAsome是类研究要多的脂质体基线粒体靶向纳米材料，此外还发展了一系列利用亲脂性阳离子TPP实靶向功能的质体基纳米材料课题组在NanoLetter上发表了他们制备的以脂质体为核心TPP修饰的线粒体靶向载体将TPP结合到十八烷醇上制备出STPP，再和罗丹明B记的磷脂酰乙醇胺制备脂质体用于靶向线粒体增加神经酰胺的抗癌疗效。为了克服上述STPP基质体的非特异性细胞毒性2012年Torchilin等通过聚乙二醇-聚磷脂酰乙醇(PEG-PE)端基为TPPPEG共轭得到TPP-PEG-PE此共轭结构混入脂质体的磷脂双分子层合成得到一种新型的线粒体靶向的脂质体基纳米材料，这种材料能够显著提高其运载的抗癌药物紫杉(PTX)效率、细胞毒性和在小鼠体内的抗癌效率。

线粒体穿膜肽[KLAKLAK](KLA)修饰是另一种实现脂质体基材料线粒体靶向的方式课题组制各了一种KLA修、敏的新型脂质体材料，能够提高负载的在粒体中的积累量，可以用于逆转人肺腺癌细(A549)MDR树状分基粒靶纳材树状大分子是一种从核心分子向周围辐射，形成高度支化的重复分支的功能高分子材料其面具有数量可控的能用于实现多功能化的基团状大分子的中心内核和支化空间可以包覆生物分子面基团的不同功能化使其能够递送多种药剂或显影分了位白(TSPO)的一种分子量为18kDa的多聚体，在肿瘤的固醇类细胞的线粒体外膜高表达。Bornhop课组用树状大分子G(4)-PAMAM架苯基异喹啉3-羧酸C1PhIQAcid)和丽丝胺罗丹明(Lissamine)制了靶向线粒体外膜TSPO的CIPhIQ-PAMAM-Liss，C6大鼠胶质瘤和人乳腺癌细胞中有良好的线粒体显影效果年Torchilinh课组利用3-羧丙基三基溴化膦的羧基和乙酰化的树状大分子的伯胺发生酸胺缩合反应制备了PAMAM基的G(5)-D-Ac-TPP，荧光染标记该纳米载体，细胞实验结果显示这种材料和线粒体共定位的效果较好且性也较此工作的基础上等成功的用修的PAMAM树状大分子实现了在人宫颈癌细胞和非洲绿猴肾纤维母细胞中的基因递送效率可与商用的Lipofectamine相拟，比SuperFect高。聚合基粒靶纳材由生物相容性和生物可降解的聚合物制备的聚合物纳米颗粒是另一种药物递送系统中最常用的材料。在年Kopecek题组构建利用作线粒体靶向剂、基于新型的羟丙甲丙烯酸甲酯(HPMA)共物的药物递送系统：他们设计了一种与赖氨酸共轭结合的HPMA共聚，使赖氨酸一端的氨基连接TPP于靶向至线粒体，另一端氨基连接药物；所连接的荧光团和敏药物Mce6通过激光共聚焦显微(CLSM)证该共聚物能够靶向至线粒体乔亚大学的Dhara授课题组合成了一系列线粒体靶向的聚合物纳米颗粒。如图．13所示，其中最典的是用修饰FDA批准的可生物降解聚乳-羟基乙酸共聚物PLGA)，制备得到靶向线体的聚合纳米粒子，用这种纳米粒子封装氯尼达(LND，抑制线粒体的糖醇解、生育酚琥珀酸(α-TOS，选择性肿瘤药)、姜黄(淀粉p蛋白Aβ)的抑制剂，阿兹海默症药)和2二硝基苯酚2减肥药物，测试药物纳米粒子对各类线粒体相关疾病的治疗效果LND原药对照组相比线粒体靶向纳米粒子运载的LND对肿瘤细胞的半数死率是原药的108倍。之后，他们利用这个载体负载TPP修饰的顺铂前药(Platin-M)其递送到神经母瘤细胞的线粒体中于对性的耐药脑部

肿瘤的治疗以为动物模型立了这种线粒体靶向的顺铂纳米递送系统的生物分布评价模型。此外，TPP修其他聚物，例如聚乙二-聚己内酯纳米颗粒和多聚赖氨酸纳米颗粒等，用于线粒体靶向、递送生物活性分子或抗癌药物至线粒体的研究也陆续见诸报道。图1．13修饰的载药聚合纳米颗粒靶向线粒体的示意图。无机米纳金用于线粒体靶向的纳米药物载体的研究主要集中于以脂质体或高分子聚合物作为载体材料，这两种材料虽然具有许多优点是它们皆有稳定性差药物容易泄露的缺点。当以上两种材料置于复杂的生物体内液态环境时高分子链的溶胀效应及脂质体自身动态不断自组装的本质特征它的形状、大和表面化学性质易变且很不确定。相对而言，无机纳米材料具有稳定的形态和结构，将其用于构建线粒体靶向的纳米材料的报道也越来越多。最早发现有线粒体靶向功能的无机纳米材料是金纳米棒2011年，Chen课组发现金纳米棒可以选择性的杀死肿瘤细胞对常细胞和间充质干细胞没有影响同的细胞摄取方式内逸和溶酶体敏感性导了这样的差异性棒表面的十六烷基三甲基溴化(CTAB)可以破坏溶酶体造成溶酶体逃逸，逃逸后金棒表面残留的CTAB可使其在多种肿瘤细胞模型中选择性的在线粒体积累，与线粒体的长期作用导致线粒体膜电位下降，产生大ROS，从而杀死肿瘤细剧与此同时究现单壁碳纳米(利其表面的正电性也可以穿过细胞膜在瘤的细胞的线粒体中累且结合近红外光对SWNTs照射可实现针对肿瘤的线粒体靶向的光热治疗。此后，通过对无机纳米材料修饰线粒体靶向基团实现靶向功能的研究才陆续报道出来。Prato

等对多壁碳纳米管(MWCNTs)表面修饰线粒体靶向肽序列

22(KMSVLTPLLLRGLTGSARRLPVPRAKC)实现了其在药物递送中的线粒体靶向CLSM观察靶向的MWCNTs在巨细胞和人宫颈癌胞的线粒体中大量积累，细胞电镜进一步确认了这个结果。2014年等道了另一种碳基材料的线粒体靶向过对CQDs修TPP实现了对活细胞线粒体的单光子和双光子显影。之后Lin题组在实现TPP修饰的CQDs用线粒体显影的同时，还开发了其检测亚硝酸离子的分析功能。近年来的研究中人们也发现，某些无机纳米粒子也具有线粒体靶向的能力，比如Ti0纳米颗粒和金纳米颗粒。王等人研究了并报道了表面包覆牛血清蛋白的金纳米颗粒在癌细胞A549中作用机制。他们指出金纳米颗粒浓度在5-100μM能杀死A549细，同时对正常细胞的毒性较小为了探寻这种毒性的差异产生的原因们对金纳米颗粒进入细胞的过程进行了分析并对其进入细胞后的定位进行了监测果明纳米颗粒是通过内吞途径进入到细胞内其部分在溶酶体中在正常细胞中酶中的纳米颗粒很容易会被清除掉而在癌细胞同不同，包覆了CTAB的金米颗粒很容易从溶酶体中逃逸然后进入线粒体，这使得它很难被癌细胞清除，从而造成癌细胞死亡(Figure1-18)Figure.1-18DifferentfatesandeffectsofAuNRsincancercell,normalcell,andstemcellduetodistinctpathwaysforcellulartrafficking.线粒靶肿治优势2.1克服多耐肿瘤多药耐药是导致化疗失败的主要原因之一，外排蛋白P-蛋白P-gP)的高表达，是肿瘤耐药细胞的重要特征，耐药细胞的P-gp可化疗药物如阿霉素等外排，导致化疗失败。通过靶向肿瘤细胞线粒体瘤药物直接递送至线粒体靶点避浆及核的耐药机制，如避免P-gp糖蛋白的外排，克服多药耐药，提高化疗效果。Zhang等通构建线粒体靶向药物递释系统递送DOX至肿瘤细胞线粒体剧了肿瘤耐药

细胞的死亡。如图4.1所示以TPP修饰生育酚聚乙二醇琥珀酸(TPGS)与碳量子点CQDs)自聚集形成胶束，包裹，构建线粒体靶向药物递释系统CQDs-TPGS-TPP/DOX。该制剂一方面通过TPGS抑P-gp糖蛋的过表达，另一方面通过将DOX直递送至线粒体靶点，避免P-gp糖白的外排，大幅度杀肿瘤耐药细胞，克服了多药耐药。图4.1线体靶句药物递释系统服肿瘤多药耐药示意图2.2抑制肿转肿瘤转移是导致肿瘤患者死亡的主要原因术化疗等传统治疗方法消患者大部分肿瘤组织法制肿瘤的复发与转移肌-3-激酶Phosphoinositide-3kinases,PI3K)是种蛋白激酶，在很多症患者中均存在PI3K异常以为疗靶点开发的多种PI3K抑剂，已处于不同的临验证阶段，但其效果并不理想。近来等发现单独使用PI3K抑剂进行癌症治疗，可会促进肿瘤细胞的侵袭性而转移至其他器官，导致患者病情恶化这过程主要依赖于线粒功能应答如图4.2示，未经抑制剂药物处理的细胞，其线粒体主要围绕细胞核分布，而用PI3K抑制(GDC-0941)处理肿瘤细胞，会引起线粒体向细胞膜特定区域移动体占据胞周围骨架这一重要位置能够为细胞迁移和侵袭提供大量能量，这表明细胞运动和侵袭能力增强PI3K抑剂药物，依赖于线粒体参与细胞膜骨架的重新分配提细胞运动性迁移所需的能量与动力进肿瘤转移和侵袭因此开PI3K抑制剂药物时联合线粒体靶向药物递释系统干预肿瘤转移时的能量代谢过程而制肿瘤转移。

图4.2PI3K抑制剂促进肿瘤转移依赖线粒体参与细胞膜骨架重新分配示意图相显微镜技术观察PI3K抑剂GDC-0941)育前列腺癌PC3细内细胞形态和位置变化((b)共焦显微镜观察线粒体向膜板状伪足分布的示意图，绿色荧:纤维形肌动蛋白，红色荧:线粒体。2.3提高光效由光敏剂接收特定波长激发光后子能级跃迁产单线态氧和自由基诱肿瘤细胞凋亡(光动力疗法，PDT)，产热能，导致肿瘤细胞坏死光热疗法，PTT)。粒体是细胞内能量生成的关键细胞器90%ROS产生线粒体且线粒体对热刺激高度敏感过促使ROS产生诱肿瘤细胞凋亡。将线体靶向与PDT或PTT合，可提高光疗效果，降低激光照射功率及光敏剂剂量同也降低光毒性因此线体靶向的PDT和已经成为一种新的治疗策略。Jung等通过TPP修香豆素氧化铁CIO)，获得线粒体靶向的光敏剂Mito-CIO。如图4.3所示，Mito-CIO可靶Hela细胞线粒体740nm光照射刺激在线粒体内产生过高热，加剧肿瘤细胞死亡，获得更高效的。图4.3线粒体靶向的光敏剂用于瘤光热治疗示意图很多光敏剂由于其在近红外波段吸收强度有限需使用较高的激光照射功率出耐受限度，对周围正常组织有潜在的损伤。如二氧化(Ti0由于优良的光催化特性、光稳定性，能够产生不同细胞毒性的ROS引起肿瘤细胞严重死亡，被认为是用于P疗良好的光敏剂。黑色Ti0纳粒将其光吸波段从紫外拓宽到近红外区域，可用于PDT/PTT联合疗。但由于黑色Ti0在近红外波段吸较弱，使其PTT治疗的激光功率高达2，出了常规使用限度980nm:0.72W/cm)对周围正常组织有潜在伤害。

线粒体靶向的PDT/PTT有可能提供新的契机解决这个难题。Mou等设线粒体靶向的PDT/PTT联制剂G-Ti0-TPP大幅度降低了激光照射频率及给药剂量高体内安全性，为肿瘤治疗临床转化提供了很好的思路图4.4所示过超声破碎法将黑色Ti0(B-Ti0)改良为绿色Ti0(G-Ti0)，可得更稳定的增强型近红外吸收。经TPP修，得线粒体靶向的Ti0纳米粒G-Ti0-TPP靶向至线粒体在功率为0.72W/cm

的980nm激光射条件下，就能产生很好的光疗效果，体内外给药剂量大幅度降低，生物相容性较好。图4.4线粒体靶向的光动力和光联合治疗肿瘤示意图2.4增强免治免疫治疗引入功能性的抗原特异性免疫反应现肿瘤细胞长期的免疫记忆防杀伤肿免疫疗法包括肿瘤疫工抗原呈递细胞治疗肿瘤免疫检查位点治疗及细胞疗法等。基于DC细的肿瘤免疫治疗临床应用的局限性之一，是产生肿瘤抗原特异性细胞应答的效率较低细毒性T细胞导的细胞免疫应答是解决这个问题的关键。PDT可通产生ROS，诱导肿瘤胞凋亡，激活机体宿主免疫应答。将光敏剂靶向输送至线粒体，可促进产生更多的ROS加剧肿瘤细胞凋亡，释放大量的肿瘤抗原，进一步提高肿瘤免疫治疗的效果Marrache等借助于线粒体靶向的光动力疗法，大幅度激活了T细免疫应答。如图4.5所示，以TPP饰的生物可降解聚合物PLGA-b-PEG-TPP为载体，包封疏水性光敏剂ZnPc构建线粒体向纳米粒T-ZnPc-NPs制将有递送至线粒体后660激光射加剧ROS产诱导肿瘤细胞凋亡放的肿瘤抗原促使DC细成熟，激活细，产生更多的IFN-细胞因子，杀伤肿瘤细胞。基于线粒体靶向的光疗引起的

促免疫应答效应联合现有的免检查点疗法能将起到协同增效的效果肿瘤治疗提供较大的潜力价值。圈4.5线粒体靶向的光动力疗法高肿瘤免疫治疗示意图。(aa)激触发线粒体靶向纳米粒在线粒体内产生ROS，导肿瘤细胞凋亡和坏(通过纳米沉淀法合成T-ZnPc-NPs作用于瘤粒靶的物子线粒体功能障碍在肿瘤发生发展过程中扮演着重要的角色胞能量代谢紊乱干扰、细胞凋亡受损、线粒体DNA(mtDNA)变等。深入了解调控这些关键环节中逆转线粒体功能障碍的药物分子及其作用机制后续实现肿瘤线粒体内药物递送精准治疗低靶效应挥物最大抗肿瘤疗有重要意义来用于线粒体靶点的药物不断出现，临床批准应用的抗癌药如依托泊(VP-16)长春瑞滨；临床前研究的新靶点候选药物，如神经酞胺MKT077、CD437、尼明、桦木酸等，报道显示这些分子可直接作用于线粒体触发凋亡研究发现这些线粒体靶药物受身理化性质限制体分布到肿瘤细胞线粒体的数量有限，需要借助于药物递释系统，以期实现线粒体靶点药物的高效安全治疗。3.1参与细代转的物线粒体是细胞内参与能量代谢的重要亚细胞器粒体是正常细胞的主要供能单位肿瘤细胞即使在有氧的条件下也以无氧糖酵解为主要的获能方(即效)瘤细胞的线粒体数量并没有明显减少示肿瘤细胞的线粒体功能是异常的过建立不同背景的线粒体和细胞核融合模型，发现功能异常的线粒体具有促进细胞生长和克隆形成的能力，而正常细胞的线粒体则不具备这一功能。2-脱氧葡萄糖可抑制糖酵解溴丙酮酸乳酸类似物显示较好的抑制肿瘤生长的特性氯尼达明，可抑制糖酵解，提高阿霉素和顺铂的细胞毒性。此外，根皮素，可使得癌细胞在低氧条件下对道诺霉素更敏感有抗肿瘤活性凋和克服耐药等功能氯酸盐，

可抑制肿瘤细胞的丙酮酸脱氢酶激酶关键酶用于脑瘤和一些实体瘤有显的抗肿瘤效果。3.2调控诱细损的物细胞内90%以上的ROS主来源于线粒体。一些药物可通过提高R水平疗肿瘤。三氧化二砷可通过干预氧化磷酸化引起电子泄露增加而致ROS水平提高导瘤细胞凋亡。维生素类似的II期床研究，应用于黑色素瘤、前列腺癌、结直肠癌、间皮瘤、乳腺癌治疗I/II期临研究证明2-甲雌二醇可选择性杀死人白血病细胞，并且可使患有恶性肿瘤或多发骨髓瘤的病人病情稳定外硫氨酸亚矾胺和伊美克也处于I期床研究。3.3介导线体亡路药细胞凋亡主要有两种途径种由死亡受体介导另种则是由线粒体介导线粒体在调控细胞凋亡中占有很重要的地位。其中Caspase-3Caspase-9表达增加或激活，是介导线粒体凋亡通路最主要的路径。细胞色素C释放激活家，诱导肿瘤细胞凋亡。细胞色素C释或增加最直接的方法是线粒体膜通透性转换(Mitochondrialpermeabilitytransition,MPT)，透性增加。传统的化疗成分主要通过生理凋亡控制的内在因素起线粒体膜通透性增加而多于研究阶段的抗癌药物括尼达明、亚砷酸盐、桦木酸、CD437和些两亲性阳离子螺旋肽，直接作用在线粒体膜，或者线粒体渗透性转换(Mitochondrialpermeablitytransitionpore,PTPC)。抗凋亡蛋白Bcl-2家族白可调线粒体膜稳定性制细胞凋亡肿瘤细胞线粒体外膜高表达抗凋亡蛋白Bcl-2，减Bax蛋促凋亡效应。靶向特定的PTPC复物，可克服Bcl-2介导抗凋亡。一种方法包括交联PTPC的关键氧化还原敏感硫醇基；另一种方法包括应用线粒体苯二氮受体的配体。针对Bcl-2序列的特定反义寡核普酸如G3139)，可显著抑制肿瘤细胞增殖或增加化疗药物敏感性G3139和棉子酚BH3类似，与化疗药物联合治疗肿瘤于期床究苯二