氧化石墨烯纳米载体在胶质瘤治疗中的研究进展

梁颖 许源

[摘要] 胶质瘤是常见的中枢神经系统原发性肿瘤，临床治疗普遍采用手术切除后放化疗，但其治疗效果不佳。氧化石墨烯纳米载体具有优良的理化性质，主要通过药物化疗、免疫疗法和光热疗法三种途径在胶质瘤的治疗中发挥重要作用。本文对近年来氧化石墨烯纳米载体在胶质瘤治疗中的研究作一综述，以期为胶质瘤的生物治疗提供参考依据和新思路。

[关键词] 氧化石墨烯;胶质瘤;纳米载体

[中图分类号] R739.41          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2020）03（a）-0051-04

[Abstract] Glioma is a common primary tumor of the central nervous system， radiotherapy and chemotherapy after surgical resection are commonly used in clinical treatment， but the therapeutic effect is not good. Graphene oxide nanocarriers have excellent physicochemical propertie and play an important role in the treatment of glioma mainly through drug chemotherapy， immunotherapy and photothermal therapy. This paper reviews the recent research progress of graphene oxide nanocarrier in the treatment of glioma in order to provide reference and new ideas for the biological treatment of glioma.

[Key words] Graphene oxide; Glioma; Nanocarrier

胶质瘤是常见的中枢神经系统原发性肿瘤，由人脑星形胶质细胞产生，约占颅内肿瘤的27%，发病率较高且易转移，是最具侵袭性和致命性的恶性肿瘤之一[1]。在所有胶质瘤中，胶质母细胞瘤（glioblastoma，GBM）最为常见[2]。目前，GBM的标准治疗采用手术切除后放化疗，由于GBM呈现浸润性生长，手术不易完全切除，且GBM对化疗药物敏感性低，治疗效果不佳，据报道，GBM患者1年生存率约为30%，5年生存率低于5%[3-4]。随着对胶质瘤发生发展机制的不断认识，从胶质瘤分子生物学角度寻找纳米载体联合靶向治疗有望成为一种新型治疗方法，有关纳米药物载体的研究也逐渐成为近年来的热点。

1 纳米载体概述

用作载体的纳米材料尺寸普遍在1～1000 nm之间[5]。纳米载体是将纳米材料作为载体，通过化学键结合、物理吸附等手段将抗肿瘤药物包封于纳米颗粒中，通过识别靶点作用将载药纳米颗粒传导至病患部分，通过特定的物理、化学及生物调控方式将药物以最适量释放，发挥治疗效果[6-7]。

2 氧化石墨烯概述

2.1 氧化石墨烯

石墨烯是碳原子以Sp2杂化方式连接形成的蜂窝状碳结构物质，呈六角形蜂巢层状结构[8]。氧化石墨烯（graphene oxide，GO）作为石墨烯氧化后的衍生物，其边缘和平面含有大量的羧基、环氧基、羟基等含氧官能团，是可进行化学修饰的活性位点[9]。大量含氧基团的存在，使GO具有良好的水溶性和分散性[10]。GO骨架為芳香环，具有较大的比表面积和丰富的功能基团，一方面在π-π堆积作用下可大量吸附抗癌药物，提高药物负载率;另一方面，可以结合蛋白质、核苷酸片段、适配体和其他生物大分子，实现靶点的识别和功能化修饰[11-12]。

2.2 氧化石墨烯载体

肿瘤组织因淋巴管壁塌陷导致淋巴循环受阻，大分子和纳米级材料无法经淋巴系统返回血液中，从而被动滞留于肿瘤组织中发挥作用，即肿瘤的高渗透与滞留效应（enhanced permeability and retention effect，EPR）[13]。EPR为纳米材料作为载体靶向肿瘤发挥抗肿瘤作用提供了依据。氧化石墨烯纳米载体系统与传统的抗肿瘤运载体系比较，具有更多的优点：①良好的分散性能和血液相容性，适应人体液态环境[14]。②较大的比表面积，可与蛋白质、单链DNA碱基等紧密结合，便于多功能修饰[15]。③单原子层厚度，其两个基面均可吸附药物，具有其他纳米材料无可比拟的超高载药率[16]。④具有缓释性，可延长药物的半衰期[17]。⑤具有良好的生物安全性，对人体毒害较小[18]。

2.3 氧化石墨烯载体的功能化修饰

石墨烯稳定性高，不易与其他介质进行反应，限制了其作为药物载体的应用。对氧化石墨烯的结构和性能进行功能化修饰，是提高石墨烯载体利用率的有效途径。目前，氧化石墨烯的功能化修饰方法主要分为共价修饰和非共价修饰两类。共价修饰是指利用化学反应对氧化石墨烯表面的活性环氧基团进行改性，而非共价键修饰应用更为巧妙，它通过π-π相互作用、离子键和氢键等对石墨烯进行功能化修饰，一方面赋予氧化石墨烯新的优异性能;另一方面可使石墨烯溶于极性溶剂，提高其分散性[19]。

2.3.1 氧化石墨烯载体的共价修饰  氧化石墨烯表面含有大量活性氧基团，如羟基、羧基、羰基等，可通过酯键、酰胺键等共价键与其他基团进行化学反应，对其性能进行优化。Veca等[20]将富含-OH的聚乙烯醇，通过-OH与-COOH的酯化反应连接在氧化石墨烯表面，制备得到了聚乙烯醇-石墨烯复合物，该复合物可稳定分散于水、乙醇等溶剂中。

2.3.2 氧化石墨烯载体的非共价修饰  除共价修饰外，氧化石墨烯还可通过π-π共轭、静电作用等非共价键作用对其进行功能化修饰和改造。石墨烯表面具有大量的电荷，DNA和一些小分子药物、小分子特异标志物等可通过π-π共轭、静电作用等非共价键作用固定于氧化石墨烯表面，使氧化石墨烯成为理想的靶向载体应用于药物传导领域。Depan等[21]将叶酸通过静电作用吸附于氧化石墨烯表面，构成可特异性识别肿瘤细胞的载体。

3 氧化石墨烯纳米载体在胶质瘤治疗中的应用

3.1 氧化石墨烯纳米载体-药物化疗

对颅内肿瘤而言，普遍面临的障碍之一是化疗药物因血脑屏障的限制难以到达肿瘤部位[22]。将氧化石墨烯纳米材料作为载体输送药物，可以穿透血脑屏障集中于胶质瘤部位，通过胶质瘤对纳米材料的EPR效应使其被动靶向于胶质瘤部位，并且可以防止药物被网状内皮系统吞噬，达到保护药物的目的，是运载药物到达胶质瘤肿瘤部位的理想载体[13，23-24]。

Yang等[25]通过π-π共轭作用制备了负载盐酸阿霉素（DXR）的GO-DXR复合物，结果表明DXR的释放呈良好的pH依赖性，在肿瘤细胞内、肿瘤细胞周围等酸性环境中释放量显著高于在正常生理环境中。卡莫司汀[1，3-bis（2-chloroethyl）-1-nitrosourea，BCNU]是治疗胶质瘤的常用化疗药物，Lu等[26]发现用聚丙烯酸修饰的氧化石墨烯可通过共价结合携载BCNU，大大延长了BCNU的药物半衰期，且诱导小鼠脑胶质瘤细胞衰亡能力更强。氧化石墨烯具有丰富的含氧基团，可以用于负载药物，此外，通过修饰适当的靶分子還可用作药物载体，在一定程度上实现对肿瘤的靶向治疗。Tf（transferrin，Tf）与胶质瘤细胞表面转铁蛋白受体具有强亲和力，Liu等[27]将Tf作为靶向功能基，阿霉素为化疗药物，构建了一种新型的具有胶质瘤靶向性的Tf-nGO-DOX纳米载药系统，体内实验显示，Tf-nGO-DOX明显延长荷瘤大鼠的生存期，可有效的抑制肿瘤生长。Wang等[28]用普朗克127修饰氧化石墨烯，得到负载Dox的PF127-GO-DOX复合材料，对人胶质瘤杀伤作用显著。

3.2 氧化石墨烯纳米载体-免疫治疗

免疫治疗主要依据机体免疫功能与肿瘤发生发展和转归的相互关系，采取干预措施调控机体对肿瘤的免疫应答，达到抗肿瘤效果[29]。DC细胞俗称树突状细胞，是目前研究已知最重要的抗原递呈能细胞。通常情况下人体内的DC细胞数量很少，只有在抗原递呈细胞能正常发挥抗原递呈作用的时候，身体才能有效识别病原，诱导免疫应答，产生正常的免疫反应[30]。肿瘤患者体内DC浸润较少且功能受损，无法正常发挥提呈抗原作用，重新活化DC以启动抗肿瘤免疫应答，是近年来肿瘤免疫治疗重要的热点之一。对中枢神经系统肿瘤来说，活化D途径可同时促进肿瘤微环境中淋巴细胞浸润，精确特异地监测整个中枢神经系统[31]。Wang等[32]将胶质瘤识别肽抗原（glioma peptide antigen，Ag）负载在氧化石墨烯表面制成GO-Ag复合物，以人胶质瘤细胞系T98G为模型，用GO-Ag复合物刺激DC可有效诱导特异性的抗肿瘤免疫反应，淋巴细胞分泌的γ干扰素（IFN-γ）也显著增加，但对体内正常组织细胞活性几乎没有影响，表明GO-Ag复合物具有增强DC介导抗胶质瘤免疫反应的功能。

3.3 氧化石墨烯纳米载体-光热疗法

光热疗法是指在人体内注入具有强光热转换性能的材料，将其靶向运输至肿瘤组织，在外部进行光源照射，通过将光能转换为热能达到灭活肿瘤细胞的目的[33]。氧化石墨烯是潜在的光敏剂，在808 nm近红外激光照射下可将光能转换为热能，而生物系统大多在此区域光下不敏感，因此，利用石墨烯进行光热治疗，可在杀灭肿瘤细胞的同时，不损伤正常组织，且不需直接接触人体组织，与常规治疗方法如手术、化疗、放疗等比较，更加无创、安全[34]。李忠军等[35]在单层氧化石墨烯表面偶联靶向分子Tf，制备得到功能化NGO-Tf-FITC微粒，在808 nm进行红外线照射后用流式细胞仪检测对脑胶质瘤U251细胞的杀伤效果，显示NGO-Tf组细胞凋亡和死亡指数明显高于NGO-FITC组和空白对照组，表明功能化NGO-Tf微粒对脑胶质瘤U251细胞具有显著靶向光热杀灭作用。张达等[36]选择表面高表达整合素αvβ3蛋白抗原的人恶性胶质瘤细胞（U87-MG）为模型，以整合素αvβ3单克隆抗体为靶向配体，制备了偶联有αvβ3单克隆抗体的氧化石墨烯载体，实验结果显示，这种复合载体可主动靶向U87-MG，在808 nm近红外激光照射下复合载体局部产生高热，CCK8细胞毒性试验证实复合载体可有效杀伤U87-MG细胞，且杀伤效果与复合载体浓度呈依赖性。

4 小结

总体来说，氧化石墨烯载体凭借其优良的理化性质广泛地应用于胶质瘤的治疗中，在药物化疗、免疫治疗和光热治疗等医学方面显示出广阔的应用前景。目前，将氧化石墨烯作为纳米载体尚停留在初步研究阶段，仍有许多问题需要解决，例如功能化修饰后的氧化石墨烯纳米载体在机体内的有效性和安全性、在肿瘤组织中的分布和靶向性仍需进一步提高。此外，对氧化石墨烯纳米载体进行多功能、多靶点修饰，以提高对胶质瘤的靶向特异性和延长瘤内滞留时间也是未来的研究重点。

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