浙江微流纳米生物技术有限公司
抗癌肽（anti-cancer peptides, ACPs）是一类由10至50个氨基酸残基组成的小分子多肽，近年来因其独特的抗癌机制和良好的生物安全性，成为肿瘤治疗领域的研究热点。与传统的抗癌药物相比，ACPs 具有生产成本低和耐药性发生率低等优势，同时较小的分子量赋予了其优异的组织渗透性和生物相容性，使其在肿瘤治疗中展现出巨大的应用潜力。目前，已有 20 多种基于ACPs 的药物和疫苗获得美国食品和药品管理局（FDA）和欧洲药品管理局（EMA）的批准上市，且部分 ACPs 类药物正处于不同阶段的临床研究。
根据空间结构的不同，ACPs 可分为 4 类：线性肽、α-螺旋肽、β-折叠肽和环状肽（图1）。线性肽由按顺序连接的氨基酸组成，缺乏复杂的空间折叠，因此，在癌细胞表面抗原上的结合位点较少，靶向性较弱。α-螺旋肽是 ACPs 中最常见的构型，其稳定的螺旋结构赋予其多种生物活性，包括蛋白质-蛋白质相互作用、膜融合、抗菌和抗癌作用，以及有助于增强抗癌肽的细胞穿透能力。β-折叠肽 通常包含2个或多个二硫键，具有较高的稳定性，尽管其抗肿瘤活性普遍低于 α-螺旋肽，但其对正常组织细胞的毒性较小，安全性更高。环状肽通过连接肽链的两端形成稳定的环状结构，这种构型可通 过多种方式实现，例如非天然氨基酸残基之间的化学键、半胱氨酸残基之间的二硫键，或引入烷基链 等特殊连接桥。环状肽的稳定性使其在药物开发、生物研究和生物工程中具有重要价值。
图1
相较于传统的临床治疗方法，ACPs 展现出独特的抗癌机制。首先，大部分 ACPs 直接与肿瘤细胞膜相互作用，破坏细胞膜的完整性，诱导细胞裂解或渗透；其次，ACPs 可以通过调控细胞周期相关蛋白质的表达，抑制肿瘤细胞的增殖；此外，部分抗癌肽能够通过破坏肿瘤细胞的线粒体膜，诱导细胞色素C的释放，从而触发细胞凋亡。与此同时，ACPs 还具有免疫调节功能，能够激活免疫系统，增强免疫细胞对肿瘤的杀伤作用。值得一提的是，某些 ACPs 可通过抑制血管内皮生长因子的生成，限制肿瘤血管生成，从而抑制肿瘤的生长和转移。
尽管 ACPs 在癌症治疗中具有显著优势，但在实际应用中仍面临诸多挑战。通常，ACPs 通过静脉注射、皮下注射或局部注射进入体内，随后通过血液循环分布至各个器官和组织。然而，ACPs 的体内稳定性受到蛋白质酶降解、细胞吞噬、结合反应及器官排泄等多个因素的影响。首先，ACPs 易被蛋白质酶、脂肪酶等酶类快速清除和降解，且肾通过过滤作用排泄未结合血浆蛋白质的 ACPs，导致其血浆半衰期短和生物利用度低。其次，部分 ACPs 需通过内吞作用进入肿瘤细胞发挥作用，但由于体内逃逸和溶酶体降解，ACPs 很难有效进入目标细胞并释放药效。最后，如果 ACPs 被免疫系统识别为外源性物质，可能触发免疫应答，不仅会削弱治疗效果，严重时还可能导致不良副作用。此外，肿瘤微环境中的缺氧、酸性条件以及高浓度活性氧能够破坏 ACPs 中的硫基、酰胺键等化学基团，会进一步降低其稳定性。
针对这些挑战，纳米技术的引入为其提供了新的解决方案。通过细胞特异性靶向和分子转运等策略，纳米载体可以有效克服传统药物递送中的生物分布和细胞内运输等障碍。具体而言，肿瘤微环境的特殊性使得纳米载体的“增强渗透和滞留效应”成为 了一个关键因素。肿瘤血管的结构不规则性与通透性增加，使得纳米颗粒能够更有效地渗透并在肿瘤 组织中滞留。此外，纳米载体可以通过表面修饰，尺寸的调控高效延长 ACPs 的血液循环时间，从而提高局部药物浓度和治疗效果。纳米载体可以通过物理吸附、化学结合、自组装和包埋等方式高效负载 ACPs，且能够提升其稳定性、溶解度及跨膜运输能力，从而增强生物安全性与有效性（图2）。
图2
1.脂质体纳米载体
脂质体纳米载体作为一种重要的纳米递送系统，凭借其独特的结构特征和生物安全性，已成为药物递送首选的纳米载体之一。脂质体纳米载体可以有效负载多种类型的药物，改善药物的溶解性、稳定性及生物利用度。由于其良好的生物相容性和灵活的表面修饰，脂质体能够同时实现靶向药物递送，靶部位蓄积，显著提高治疗效果。在癌症治疗、疫苗递送和基因治疗等领域，脂质体已被广泛的应用。
1.1脂质体纳米载体的结构特征
脂质体是一种由胆固醇和磷脂双层构成的纳米球形囊泡，粒径范围通常在 2.5～500 nm 之间。脂质体与抗癌肽之间的相互作用主要取决于抗癌肽的溶解性。亲脂性抗癌肽保留在磷脂双层中或吸附于脂质体表面，而亲水性抗癌肽被囊泡的水性内部包裹。此外，胆固醇作为脂质体组分之一，在提高 ACPs 体内循环的稳定性和半衰期发挥着关键作用。它不仅可以调节脂质体膜的流动性，还能降低脂质体与体内蛋白质的非特异性相互作用，减少血清蛋白质的吸附。脂质体表面能够通过化学修饰引入 多种功能化基团，例如聚乙二醇（PEG）、小分子配体、靶向肽和多糖等，这些修饰可以提升脂质体的靶向性、细胞摄取效率以及循环时间。这种功能化策略不仅增强了 ACPs 在肿瘤微 环境中的选择性释放，还能改善药物的治疗效果，降低系统性副作用。因此，脂质体作为一种高度 可定制的药物递送平台，在现代抗癌治疗中展现出极大的潜力。
1.2脂质体纳米载体的应用
胞壁酰二肽 （MDP) 是在分枝杆菌细胞壁的水溶性提取物中发现的小分子肽，可以高效激活巨噬细胞来促进大鼠肺泡的抗肿瘤特性。然而，MDP 的分子量较小，在体循环中的清除速度较快。为了解决这个问题，研究采用了脂质体封装 MDP 的策略，这不仅改善了其药物半衰期，还增强了 MDP 的靶向能力。在骨肉瘤临床实验中也展现了卓越的生物安全性和显著提升的 2 年存活率 。该款药物也在 2008 年被 EMA 批准与化疗联合用于新诊断的非转移性骨肉瘤，商品名为mifamurtide。这一成功案例不仅验证了脂质体在小分子药物递送中的潜力，也为纳米载体应用于 ACPs 临床治疗提供了重要的依据。
2.高聚物纳米载体
高聚物纳米载体是指由高聚物构成，且粒径小于 300 nm 的运输系统。根据来源，高聚物纳米材料可分为天然和合成两大类。天然高聚物主要包括源自动物或植物的蛋白质和多糖，例如壳聚糖和纤维素等，因其在自然界的丰富性、生物降解性、生物相容性及低毒性等优点，广泛应用于各种生物医学领域。合成高聚物则是通过化学反应，例如缩聚或开环聚合，合成的材料，常见类型包括聚乙二醇（PEG）、聚己内酯（PCL）、苯硼酸酯（PBE）、聚乳酸（PLA）及聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）。相较于天然高聚物，合成高聚物的性能更多依赖于其固有特性，包括分子量、化学结构及疏水性，这使得其在特定应用中具有更好的可控性和设计灵活性。
2.1高聚物纳米载体的结构特征
高聚物纳米载体的结构多样，主要包括纳米颗粒、纳米纤维、纳米薄膜和纳米胶囊。其内部通常具有多孔结构，能够有效包裹和保护生物活性物质（例如药物或抗癌肽），并确保在体内释放时的稳定性和生物相容性。与其他纳米载体相比，高聚物纳米载体能够更好的改善药物溶解度和稳定性以及实现药物的持续释放。此外，聚合物展现出显著的功能化能力。施加不同的刺激（例如温度、光、pH 值或氧化还原条件）会导致材料性能的变化。
2.2高聚物纳米载体的应用
壳聚糖、纤维素等天然高聚物以其广泛的来源和良好的生物相容性而备受关注。然而，这类材料的低溶解性制约了其在不同给药途径中的应用。为提升壳聚糖纳米载体的溶解性，采用聚谷氨酸进行化学改性，并通过叶酸（folic acid，FA）修饰增加靶向效果。此方法在一定程度上改善了溶解性，但整个制备过程趋于繁琐，不利于工业化生产。因此，当前研究趋向于开发具有优良性能的合成高聚物，来实现抗癌肽的递送。
PLGA 是最具代表的合成高聚物之一，主要由乙醇酸和乳酸单体构成。该聚合物在水性介质中表现出完全的生物降解特性，且降解性能可通过调节化学成分及聚合链长度进行优化。此外，PLGA 纳米载体中的特定位点能够显著增强疏水性抗癌肽的溶解性，从而提高其生物利用度。
PEG 是一种低成本且水溶性的线性聚合物，由于其优良的生物相容性和可降解性，在生物医药领域具有广泛应用。PEG 能够通过共价或非共价方式与 ACPs 结合，有效保护 ACPs 免受血浆蛋白质的干扰，显著提高抗癌肽在血浆中的循环时间和生物利用度。
3.无机纳米载体
无机纳米载体作为一种新兴的药物递送平台，近年来在药物递送领域受到广泛关注。凭借其卓越 的化学稳定性、较长的体内半衰期及高度可修饰的表面特性，无机纳米载体成为持续性药物递送的理想选择。它们能够高效负载各种药物，显著提升药物的溶解度和生物利用度。通过对其表面进行功能 化修饰及靶向设计，无机纳米载体能够实现药物的精准输送。目前，无机纳米载体已在肿瘤成像、靶向抗癌药物、抗菌药物及生物大分子（例如蛋白质和多肽）的运输中取得了显著进展，显示出其广泛的应用前景和潜在的临床价值。
3.1无机纳米载体的结构特征
无机纳米载体可以被划分为 2 大类别：第 1 类为非金属纳米载体，代表材料包括二氧化硅、量子点、碳纳米管和碳酸钙；第 2 类为金属纳米载体，主要涵盖金、银、铁、锌等金属元素及其氧化物。 无机纳米载体可以利用 N - 羟基琥珀酰亚胺酯、碳二亚胺、马来酰亚胺等基团与多肽的氨基、羧基、巯基化学结合，也可以通过静电互相作用实现物理吸附多肽。这些无机纳米载体各自展现出诸多显著的优势，例如金纳米粒子优异的生物安全性和光学性质；小粒径铁纳米粒子的超顺磁性和光热效应； 碳纳米管大的比表面积提供大量的药物结合位点。与脂质体、高聚物等有机纳米材料相比，无机纳米材料具有独特的物理性质（磁性、光响应性、催化效应和热力学等），且造价低廉更加适合工业大批量合成。此外，部分无机纳米颗粒不仅具备药物载体的功能，还能够通过与抗癌肽的协同作用增强对肿瘤细胞的杀伤效率。
3.2无机纳米载体的应用
在临床应用中，蜂毒肽会导致非特异性细胞裂解、溶血及凝血障碍等严重毒副作用。因此，研究利用无机纳米载体的优良物理特性，来增强蜂毒肽对肿瘤细胞的特异性毒性。实验人员将蜂毒肽通过静电相互作用吸附在石墨烯纳米管表面。该复合物在 MDA-MD-231 细胞系中经蛋白质依赖性内吞途径进入细胞，相较于蜂毒肽进一步提高了 MDA-MD-231 细胞内的氧化应激水平，促进细胞凋亡且新增了对 MDA-MD-231 细胞的转移和迁徙的抑制效果。
实验人员制备了表面修饰 FA 的大孔径二氧化硅纳米颗粒作为载体。与游离 NUBCP-9 相比，复合载体以浓度依赖性的方式抑制 HeLa 细胞增殖。此外，复合载体对 HeLa 细胞的抑制效应是 HEK293T 细胞的约 10 倍，并在斑马鱼模型中展现了良好的生物相容性和安全性，提示其在体内应用的潜力。然而，无机纳米载体在生物体内的代谢行为值得关注。通常大多数无机纳米颗粒在体内表现出抗代谢和抗降解特性。一方面，这延长了其体内留存时间，从而有利于持续的药物释放；但另一方面，长期累积可能引发慢性毒性。此外，在溶酶体酸性环境中，某些金属纳米颗粒降解并释放金属离子参与体内的部分生化反应，可能生成潜在毒副产物。吸收、分布和代谢通常取决于尺寸、形状和表面性质。
4.问题与展望
回顾过去五年纳米载体在抗癌肽递送中的应用，强调了该领域的重要性和潜力。目前， 纳米载体在抗癌肽递送中的应用仍面临诸多共同挑战。首先，纳米载体的安全性需要特别注意，尤其 是在避免对正常组织的毒性影响以及防止体内蓄积方面。其次，纳米载体的稳定性是影响其疗效的关键因素，如何优化纳米载体与抗癌肽的设计与组装，以提高递送效率和药物释放的可控性，仍是亟待解决的问题。最后，肿瘤耐药性是所有肿瘤治疗药物面临的关键挑战之一，因此，在药物设计过程中必须充分考虑如何应对耐药性的影响。
因此，未来的研究应集中在以下几个方面：首先，需要深入了解纳米载体的物理化学特性及其与 生物体相互作用的机制，阐明其在生物体内的吸收、分布、代谢和排泄过程，并最大限度减少对正常组织的毒性影响。其次，人工智能（AI）在纳米载体的设计与合成优化方面可能成为解决当前挑战的关键工具。通过应用机器学习与分子模拟技术，AI 能够优化材料选择、合成路径 及靶向药物递送效果，并快速分析数据，预测纳米载体在特定肿瘤微环境中的表现。此外，采用多功能杂化纳米载体的设计能够将不同材料的优点相结合，从而减少各类单一纳米材料的局限性。这类载体的构建也为“治疗-成像”一体化平台的开发提供了可能，能够实现实时动态监测和治疗进程的精确评估，为肿瘤的精准治疗带来了方向。最后，将纳米递送系统与免疫疗法、放疗或化疗等其他治疗手段结合，有望形成多重作用机制的综合治疗策略，从而有效降低耐药性及肿瘤复发的风险。未来研究应深入探索这些多功能平台的协同作用机制和长期安全性，确保其在实际临床应用中的高效性和广泛 性。总体而言，纳米载体在抗癌肽递送中的应用仍面临不少挑战，但随着对其作用机制的深入理解和新技术的不断涌现，未来有望实现更加精准、安全和高效的肿瘤治疗。
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