恶性肿瘤是仅次于心脑血管疾病致人死亡的第二大因素。化学治疗的方法中治疗肿瘤的药物通常有很强的毒副作用。常用的解决方法是利用纳米药物载体进行药物的递送，使药物到达肿瘤组织，从而杀伤肿瘤细胞；但是目前的多数药物载体在到达患处之前药物流失比较严重，难以实现药物的可控释放。多重刺激响应性纳米载药系统能很好地克服这些缺陷，使得药物的释放变得可控。对pH/还原双敏感性纳米载药系统研究是目前的一个热门领域。就近年来pH/还原双敏感性纳米载药系统的研究进展作一综述，以期为今后的相关研究提供借鉴。
版权归中华医学会所有。
未经授权，不得转载、摘编本刊文章，不得使用本刊的版式设计。
除非特别声明，本刊刊出的所有文章不代表中华医学会和本刊编委会的观点。
恶性肿瘤是影响人类健康的重要因素之一，化学治疗是治疗恶性肿瘤的一种重要方法。但是临床上常用的阿霉素、紫杉醇等抗肿瘤药物因缺乏对细胞的选择性杀伤作用，会对人体造成一定的伤害。在过去的几十年里，人们研究了一系列新型的药物载体以提高化学治疗的效果[1]。纳米载药系统可有效地将化疗药物通过被动、主动靶向等效应将药物高效地递送到病变部位，并通过外部环境的刺激（如pH、温度、还原环境、酶、外部磁场等)[2,3,4,5]将药物释放出来，使药物能选择性地杀伤肿瘤细胞，有效解决了药物过早或过晚释放的问题，从而降低了药物的毒副作用[6]。
现阶段研究的主要是单刺激响应性的纳米载药系统，其合成材料易得，合成方法简单。但是这种载药系统在抗肿瘤方面的治疗效果并不十分理想。以聚合物胶束为例，载药后的初始阶段会出现药物"突释"现象，而在下一阶段则会缓慢释放药物，时间长达几天[7]。这些缺陷会导致载药量下降，在药物到达肿瘤部位前出现大量流失的现象。到达肿瘤部位后，缓慢的释放药物并不会对肿瘤细胞和组织造成有效的杀伤，从而限制了纳米载药系统的进一步应用。近年来，多重响应性纳米载药系统的研究逐渐成为一大研究热点。常见的多重响应性纳米载药系统包括pH/温度响应性纳米粒、pH/还原响应性纳米粒、pH/磁响应性纳米粒、温度/还原响应性纳米粒、双重pH响应性纳米粒、多重刺激响应性纳米粒等[8,9,10,11,12,13]。其中pH/还原响应是较为常见的刺激因素，广泛存在于肿瘤细胞与组织中。如正常的细胞和血液的pH值为7.4，而肿瘤组织的pH值则低于正常组织[14]；同时细胞核与细胞质有着更强的还原环境。载药系统通过细胞的摄取进入到细胞内部后，通过pH/还原环境的双重刺激，载药纳米粒子结构被破坏，药物得到及时的释放，从而为pH/还原响应性纳米粒的研究创造了更为便利的条件。双重响应性的载药系统可有效地减少药物的流失，并通过对载药纳米粒的修饰控制药物的释放速度，使药物能够更好的发挥作用。本文拟从聚合物囊泡、胶束、水凝胶、介孔硅所构成的纳米载药系统4个方面对近年来pH/还原双敏感性纳米载药系统的研究进展进行综述。
聚合物囊泡通常是由两亲性的嵌段共聚物组成，两亲性高分子聚合物可在水相中以自组装的形式形成相应的囊泡结构。常见外观为球体，尺寸范围从几十纳米到数十微米[15]。同时，聚合物囊泡具有类似于细胞膜的双分子层结构，存在空间较大的亲水性内腔，可同时包载具有亲水性和疏水性的抗肿瘤药物。使得一个载药系统里包载不同的抗肿瘤药物，协同发挥作用。囊泡亲水性的外壳结构使得自身具有较好的稳定性，以减少在血液循环过程中药物的过早释放，让更多的药物到达患处，从而可更大程度地提高治疗效果。Laskar等[16]设计合成了一种无规聚合物聚（2-甲基丙烯酸羟乙酯-3，3-二硫代二丙酸）-聚（乙二醇甲基丙烯酸酯），通过荧光光谱、光散射、电子和光学显微镜研究了聚合物自组装的行为。研究结果发现，在pH 7的环境下，聚合物可在水相中自组装形成表面带有负电荷的聚合物囊泡；并且即使在高浓度的条件下，也具有良好的生物相容性，能较好地保护所装载的人的血清白蛋白，在载药方面拥有良好的应用前景。除无规共聚物外，嵌段共聚物形成的囊泡的研究也有报道，如Wu等[17]以氨基乙磺酸、N，N-二（丙烯酰）胱胺、十二烷胺为原料，通过Michael加成反应合成了一种三嵌段聚合物，该聚合物在水相中可自组装形成两性离子的纳米囊泡结构，该纳米粒在pH 7.4的条件下，表面带有负电荷，在pH 6.5的条件下，表面电荷反转为正电荷（图1）。使得纳米粒可以更好地在血液系统中长循环和被肿瘤细胞吸收。在谷胱甘肽的刺激下，可使主链中二硫键断裂来实现聚合物的降解，该材料显示了优越的pH/还原双敏感性的性质。超支化聚合物与线型聚合物相比拥有三维立体结构，具有强化学反应性、高的溶解性等特点。在作为药物载体的方向上也有研究。Nie等[18]利用对酸敏感的顺式乌头酸将阿霉素连接到聚乙二醇化的超支化酰胺分子上，在四氢呋喃中会自组装形成聚合物胶束，用二硫键交联后并转移到水相中形成聚合物囊泡。在中性环境中阿霉素释放的较少。体外研究表明，聚合物囊泡在酸性和还原性环境下会实现阿霉素的快速释放。体内研究结果表明聚合物囊泡具有较低的组织毒性和良好的抗肿瘤效果。Teranishi等[19]合成了一种树枝状聚酰胺-聚L-赖氨酸聚合物，并在聚L-赖氨酸之间引入二硫键，该聚合物同时具备了pH和还原敏感性。聚L-赖氨酸膜层对阿霉素具有静电屏蔽作用，可有效防止阿霉素在细胞外环境中释放。囊泡进入到细胞内后通过谷胱甘肽的刺激从而实现阿霉素的释放。囊泡作为药物载体的研究很常见，囊泡具有的特殊结构备受研究者的青睐。可同时包载不同的药物协同发挥作用，这与"鸡尾酒疗法"的治疗恶性肿瘤的思路一致。聚合物囊泡会因其特殊的性质将在未来发挥更大的作用。
聚合物胶束是由两亲性聚合物通过范德华力、氢键、静电作用而形成的一种体系。内部是疏水结构，可包载疏水的抗肿瘤药物，外部是亲水结构可使胶束稳定存在。胶束尺寸范围通常在10~100 nm之间，分布范围很窄[20]，是一种很常见的纳米药物载体。形成胶束的聚合物一般是嵌段聚合物，包括人工合成的可降解高分子材料和天然的高分子材料。形成的胶束形状也多种多样，如球状胶束、棒状胶束、层状胶束等。人工合成的高分子材料虽然制备方法较为复杂，来源也不如天然高分子丰富，但人工合成的高分子材料有着更为出色的性质，通过引入特定的基团就可获得预想的性质。人工合成的高分子作为药物载体一直是研究的热点。Xiong等[21]利用聚己内酯和聚（2-（二甲胺基）甲基丙烯酸乙酯）通过二硫键将两种链段连接起来，形成一种两亲性嵌段共聚物。聚（2-（二甲胺基）甲基丙烯酸乙酯）在酸性条件下会发生质子化反应，亲水性增强，胶束发生膨胀。进入到细胞后在谷胱甘肽的刺激下，二硫键发生断裂，胶束发生解体（图2）。在包载阿霉素后，可有效控制药物的释放。Tan等[22]采用聚丙烯酸、胱胺、十八烯酸为原料合成了一种两亲性嵌段共聚物，用于包载治疗肺癌的药物埃罗替尼。其中聚丙烯酸是一种酸敏性材料，具有良好的生物相容性。胱胺含有二硫键，还原响应性原理与前者相同，所形成的胶束粒径约为170 nm，zeta电位是-32 mV。包封率和载药率分别为85%、2.6%。通过体内和体外实验观察，与埃罗替尼的原液相比，载埃罗替尼聚合物胶束显示出更好的肿瘤治疗效果，是一种很有应用前景的肺癌治疗药物的输送体系。除上述人工合成的高分子材料，天然高分子材料作为药物载体也受到了广泛的关注。天然高分子是指自然存在的一类材料，通常含量丰富，易于获得；同时大部分都具有良好的生物相容性和生物可降解性，不会对人体产生明显的毒副作用。因此利用天然高分子进行胶束的制备也常见报道，是一个热门的研究领域。Yang等[23]合成了一种同时对pH和还原环境敏感的多聚糖，并用二硫键进行交联，利用疏水作用和静电作用来包载盐酸阿霉素，用二硫键进行交联不仅使胶束对还原环境进行响应，还能起到稳定胶束的作用。利用流式细胞仪和激光扫描共聚焦显微镜进行表征，可发现包载盐酸阿霉素的胶束与游离的盐酸阿霉素相比，具有更好的杀伤肿瘤效果。利用葡萄糖合成相应的聚合物也有类似研究。Wang等[24]利用N-乙酰氨基葡萄糖合成了一种两亲性嵌段聚合物，该聚合物形成胶束后通过胱胺作为交联剂进行交联可以调节药物释放的速度。交联之后，胶束的性能得到进一步提升。与非交联的胶束相比，胶束外观呈球形，平均粒径略显增大（102.40±0.54）nm，有着更低的分散度（0.36±0.19）。在zeta电位方面，交联后，从（-41.46±0.99）mV增加到（-9.31±0.50）mV。体外释放研究结果表明，载药胶束没有出现药物突释现象；相关细胞实验研究结果表明，交联后的载药胶束可更好地通过内吞作用被摄取到细胞内，而发挥抑瘤作用。两性纳米粒子在血清中有着很好的稳定性，因此在药物载体方面的研究也很广泛。Wu等[25]通过琥珀酸对葡聚糖进行修饰，可同时对pH和还原环境进行响应。胶束表面的氨基与羧基可有效地避免被蛋白质的吸附。同时纳米粒表面电荷会在不同的pH值下发生转换。在pH 7.4条件下，表面电荷为负，在pH 5条件下，表面电荷转化为正。载入阿霉素后，可在血清中稳定存在，受到特定的刺激后释放，是一种具有良好的生物相容性、生物可降解性的药物载体。虽然胶束不能像囊泡一样同时包载亲水和疏水的药物，但胶束具有很高的热稳定性与动力学稳定性。
水凝胶是一种高度交联的高分子网络体系，具有三维立体结构。以水为分散介质，引入亲水与疏水基团，使得亲水基团与水分子结合，水分子进入到水凝胶内部，水凝胶发生吸水膨胀。水凝胶的溶胀与收缩通常具有可逆性。水凝胶具有优异的溶胀性、较高的载药量、可降解性、良好的凝胶能力以及生物相容性[26]。同时水凝胶具有较低的黏附力，可有效地减少蛋白质和细胞的黏附，从而减少机体免疫反应的发生，且凝胶合成简便。正是由于这些优越的性质，水凝胶在很多方面尤其是生物医学领域都有着广泛的应用[27,28,29,30,31]，在药物载体的研究方面也在快速的发展。水凝胶有着较强的刺激响应性，因此吸引了很多科研工作者对刺激响应性水凝胶载药系统的兴趣。Curcio等[32]以丙烯酸甲酯右旋糖酐、2-氨基乙基丙烯酸甲酯、N，N-二（丙烯酰）胱胺为原料，用沉淀聚合的方法合成了一种纳米凝胶用于包载甲氨蝶呤，形成外观成球状的凝胶，其粒径在460 nm左右，PDI小于0.3。在pH 5、10 mmol/L谷胱甘肽的条件下，凝胶发生溶胀。体外释放研究结果表明，在pH 5、10 mmol/L谷胱甘肽的条件下，药物的累计释放率是pH 7.4，不含谷胱甘肽环境下的5倍。并通过流式细胞仪和共聚焦显微镜观察发现，该纳米凝胶具有很好的pH敏感性。该纳米凝胶具有良好的pH和还原敏感响应性，是一种很有前景的载药系统。索拉胶是一种水溶性的β-葡萄糖，具有良好的生物活性、低毒性以及良好的可降解性，可用于人体，在生物医学方面有非常广泛的应用。Hu等[33]利用接枝聚合的方法对索拉胶进行修饰，通过引入二硫键和羧基使得制成的水凝胶同时具有pH和还原敏感性，用来包载阿霉素并控制其释放（图3）。可通过改变pH和索拉胶的含量来调控水凝胶的溶胀行为，使得材料具有很大的调控空间。利用水凝胶的溶胀收缩机制使得药物释放速度得到调控。同时制备原料易得，未来有望应用于临床作为药物载体。血清白蛋白是含量比较丰富的一种蛋白质，常存在于脊椎动物的血浆中。Raja等[34]创造性地将血清白蛋白转化为一种同时对pH和还原敏感性的凝胶。研究结果表明，在pH 9条件下，水凝胶溶胀达到最大程度。随着白蛋白浓度的增加，形成的水凝胶的稳定性、生物降解率、流变性能、抗压程度都会随之提高。通过进一步的实验研究研究结果表明，浓度为450 μmol/L的血清白蛋白的实验条件形成的水凝胶性能最佳。通过血清白蛋白转化为凝胶用于载药的方法十分具有创造性，随着研究的深入，该凝胶载体会在生物医学领域发挥更多的作用。以氨基酸为原料合成的生物医学材料通常有着良好的生物相容性，所以相关研究也很常见。Gyarmati等[35]对聚（天冬氨酸）进行一定的修饰得到一种水凝胶，通过侧链上的二硫键的形成与断裂而使凝胶发生生成与溶解的可逆转化。转化过程在水和二甲基甲酰胺中均可发生。这种特殊性质使得这种水凝胶具有包载药物的潜力。在包载药物后注射到体内，受到pH变化和还原环境的刺激后，凝胶溶解，药物释放发挥作用。相比于前文提到的聚合物囊泡和胶束药物载体，水凝胶作为药物载体的研究还比较新颖，尤其是多刺激响应性水凝胶药物载体的研究更为少见；但水凝胶具有溶胀-收缩的可逆性质为药物的包载与释放提供了优越的条件。相信不久的将来，对于水凝胶的研究会更加深入。
介孔硅是一种稳定的多孔性载体，可用于包载药物。介孔硅有着特殊的结构性质，如表面积大、孔隙体积高[36]；同时介孔硅的粒径可通过反应条件进行调控而且粒径均一，从而引起科研工作者的广泛关注。介孔硅有着高的药物包载能力，使得局部甚至联合治疗成为可能[37]；再加上介孔硅有着出色的稳定性和生物相容性，使得介孔硅在药物载体方面有着良好的前景。通过对介孔硅表面进行修饰，可以使介孔硅通过靶向作用到达患处，受到特定的刺激后释放药物。Lin等[38]利用透明质酸对介孔硅进行修饰，再将阿霉素接枝到硅球表面，很好地实现了药物在双重刺激下释放的目的。通过流式细胞仪和扫描电镜的分析发现，这种新颖的载药体系对于肿瘤细胞有着良好的杀伤作用。Jiao等[39]研究人员则选择的是常见的壳聚糖对介孔硅的表面球壳进行修饰，中间的部分由二硫键进行连接。其中壳聚糖带有正电荷有着良好的生物相容性。为进一步提高该药物载体在体内的稳定性，在壳聚糖的基础上进一步接枝聚乙二醇（图4）。研究结果发现，此载体的载药率高达32.8%。石墨烯是一种性能优异的新型碳材料，在生物医学方面也有很多应用，Wang等[40]利用介孔硅与石墨烯制成一种新型的纳米夹层载药材料。利用转移自由基聚合法将聚（N，N-二甲基氨基乙基甲基丙烯酸甲酯）接枝在这种复合材料上，中间由二硫键进行连接，使得这种材料具有pH和还原敏感性，是一种创新的纳米智能载药体系。介孔硅相对于前文介绍的药物载体有着更为优越的稳定性，虽然目前研究较少，但作为一种优秀的材料，必然会有广阔的应用前景。
纳米药物载体治疗方法是化学治疗的重要手段之一，而刺激性纳米药物载体让药物的释放更具有可控性，可使相关的药物尽可能多的到达患处，从而在杀伤肿瘤细胞的同时，减少对正常细胞的毒副作用，为肿瘤的治疗提供了广阔的前景。本文重点总结了近几年囊泡、胶束、水凝胶、介孔硅这4种pH/还原双敏感性纳米载药体系的研究进展。可以发现，载体材料日益多样化、智能化，而且制备方法也变得简单。在pH和还原的条件下可很好地释放药物。但是这些药物载体仍然有一定的缺陷，例如载药量少、粒径难以调控、分布较大、释放不完全等。这使得这些药物载体难以进一步应用到临床治疗恶性肿瘤。希望不久的将来，这些缺陷可以被一一攻克，药物载体可变得更加智能化，早日应用以推动医学进步。
所有作者均声明不存在利益冲突
