肿瘤的高渗透长滞留效应探析

总结肿瘤的EPR效应的相关知识。首先介绍了肿瘤EPR效应的概念;然后分析了EPR效应的过程和原理;接着介绍了肿瘤中的血管的特征，指出了EPR效应的争议，最后进行了总结和展望。

关键词：肿瘤;EPR效应;靶向;争议

中图分类号：F24文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.05.035

1肿瘤的EPR效应的概念

EPR效应，即实体瘤的高通透性和长滞留效应。大多数实体瘤的血管结构有缺陷，常产生大量的各种血管通透性因子（简称VEGF），因此，大多数实体瘤显示出高通透性，即大分子药物选择性外渗，这将确保向肿瘤组织提供足够的营养和氧气以便快速生长。大于40kDa的大分子选择性地从肿瘤血管中漏出并积聚在肿瘤组织，即长滞留效应。EPR效应考虑到肿瘤血管独特的生理特性，促使大分子转运到肿瘤组织中，且这种EPR效应驱动的药物递送到肿瘤组织，且并不发生在正常组织中。

2肿瘤的EPR效应的过程及原理

肿瘤的EPR效应的过程示意图如下图1所示：负载药物的可降解纳米颗粒进入肿瘤组织血管后，因为肿瘤组织血管结构的缺陷，肿瘤内皮细胞的结构的不规则的排列，间隙较大，显示出通透性，所以负载药物的可降解纳米颗粒能通过肿瘤血管壁细胞的间隙进入肿瘤组织间，通过纳米颗粒的降解和在浓度梯度下的药物的扩散，驱动药物进入肿瘤组织，发挥药效。EPR效应是分子量依赖性现象，大于40kDa的分子或颗粒显示出延长的循环时间，并因此非常缓慢地从身体清除。因此，这些分子以选择性的方式逐渐渗透到肿瘤中。为了使纳米载体在肿瘤部位有相对较高的积累更好发挥药效，实现肿瘤被动靶向，需使纳米颗粒的尺寸与肿瘤血管内皮裂隙尺寸相匹配，尺寸过小可能导致药物缺乏肿瘤选择性或所谓的选择性毒性，尺寸过大可能使药物无法进入肿瘤组织间。在基于体内EPR效应靶向给药方面，10-1000nm的颗粒大小可能是最佳的药物分子尺寸。

3肿瘤中的血管特征

3.1肿瘤血管的异常：形态学

与正常组织和器官相反，大多数实体瘤表现为血管密度高（血管过多），尤其当肿瘤较小时（有些例外是胰腺癌和前列腺癌和大型转移性肝癌）。这一发现可能与EPR效应的异质性相关。肿瘤组织的血管间隙大是众所周知的最重要的特征之一，这是因为可以向肿瘤组织提供大量氧气和营养，来维持肿瘤的快速生长。Fokman首次论证肿瘤产生血管生成VEGF。血管再生是当肿瘤直径大于0.8～1毫米时开始。形成的新生血管维持肿瘤的血液供应。扫描电子显微镜（SEM）观察显示肿瘤血管新生（血管床），肿瘤结节小于0.2毫米。

新形成的肿瘤血管通常有异常，包括有宽窗孔的缺陷内皮细胞的结构不规则的血管排列，缺乏平滑肌层或神经支配、宽管腔和功能性受体受损血管紧张素Ⅱ。血流行为，如血流方向也不规则或不一致。观察肿瘤血仅在15到20分钟内流动一次，之后停止一段时间;此外，血液经常在相反的方向流动。

3.2肿瘤组织的清除与淋巴结的转移

肿瘤组织通常缺乏有效的淋巴引流。在正常组织中，淋巴系统能有效恢复来自间隙空间的大分子和脂质颗粒。例如，碘化罂粟油用于淋巴管造影术，因为它主要是通过淋巴系统恢复的，其在淋巴管中的存在可以通过X射线系统显现。对于大分子药物，观察到相同的回收路线。Maeda课题组首次使用碘油作为载体，他们发现当SMANC（在1979，Maeta等报道了与聚合物（苯乙烯-马来酸共聚物，SMA）偶联的抗癌蛋白新卡那斯汀的第一次合成，命名为SMANCS）在碘化罂粟油溶解时被注入肿瘤供血动脉（例如，通过肝动脉到肝癌和肾动脉肾细胞癌），它选择性保留在肿瘤组织中，而非正常组织中。同样，当伊万斯蓝/白蛋白复合物被注射到荷瘤小鼠后，复合物积累和保留在肿瘤中持续了一个多星期;伊万斯蓝/白蛋白在正常的皮肤组织中逐渐被正常淋巴功能的非肿瘤组织清除，通过淋巴系统被逐渐运走，并在1到2周内消失。但在肿瘤组织中没有发现伊万斯蓝/白蛋白的这种被清除的现象。

此外，虽然淋巴系统不能正常运作，但在肿瘤组织中，它是肿瘤转移的主要途径，使细胞进入正常组织中。淋巴结转移是最常见的肿瘤之一，因此控制其发展成癌症是至關重要的。

此外，在起源于结肠癌和胃癌的转移性肝癌人中，动脉给药（用碘油制成的SMANC药物），在转移淋巴结中的有蓄积现象，并有良好的治疗效果。SMANC在淋巴结中的蓄积转移不通过淋巴途径发生，而是通过动脉血液供应发生，从而证明了EPR效应。因此，大分子药物应该是有效的诊断方法。淋巴结转移的治疗肿瘤血管的这些结构和解剖特征系统构成了EPR效应的基础，这导致了大分子脂质类药物外渗。最近相关研究人员与Christophi教授在墨尔本大学的合作，在小鼠中使用了转移性肝肿瘤模型，验证肿瘤血管的解剖特征。在与正常组织中的血管相比，具有均匀的血管网络和取向（图2A～C），肿瘤血管清楚显示异常血管网，表现出高渗透性，用扫描电镜观察丙烯酸树脂的泄漏（图2D，E，E中箭头所示）。

4肿瘤的EPR效应的争议

争议1： 肿瘤，尤其是转移癌的中心区域，不显示EPR效应，并且显示出比其他部分更少的大分子聚集。大多数体内实验研究使用的是直径通常至少为0.5-1cm的小鼠肿瘤;较大的肿瘤（例如，直径1-2cm）往往含有更多的坏死组织或高度低血管区域（因此血管渗漏的机会较小，肿瘤生长的机会较小，因为缺少血管）。 解决方案：为了解决这些问题，研究人员最近开发了一些方法，通过升高血压或通过应用一氧化氮（NO）释放剂，来增强EPR效应，并实现更均匀的药物递送至肿瘤。前者利用流体动力学增强药物递送，后者通过肿瘤组织中NO的生成。这些进展使人们可以设想在临床情况下通过高分子药物改善癌症化疗。

爭议2：药物递送到靶肿瘤组织的各种障碍

（1）血管壁是药物传递到靶肿瘤组织的第一道屏障。然而，根据EPR的作用机制，大分子药物很容易从肿瘤血管泄漏处到达肿瘤组织间质。因此，肿瘤中的血管壁不作为高分子药物或纳米药物的屏障; 相反，它们促进大分子药物选择性地传递到肿瘤组织，成功将大分子药物输送到肿瘤细胞。

（2）第二个障碍是需要穿过靶细胞周围的基质组织和细胞中的靶分子。许多肿瘤组织被凝血衍生的基质凝胶，如纤维蛋白凝胶或基质组织所包围，或者是由成纤维细胞包裹的结节。对于这些肿瘤组织，释放低分子量药物或从聚合物链裂解以及胶束和脂质体的崩解可能是一个基本点。此外，大分子本身可以在基质组织中扩散相当长的距离：例如，IgG（160kDa）可以在1%琼脂凝胶中自由地一夜之间扩散到5mm上。因此，对于将高分子药物输送到肿瘤而言，第二种屏障可能不是这样严重的问题。

（3）到达目标分子的第三个障碍是细胞膜。例如，如上所述，对于PEG困境，PEG包被的大分子在表面具有水合屏障，该屏障可以抵抗内吞摄取。使用短PEG（例如，Mw 小于1000）或在PEG和大分子之间插入蛋白酶敏感肽可能是克服PEG困境的有效策略。在这种情况下，一个有效的内化机制或运输系统往往比简单的自由扩散好。因此，受体介导的内吞作用有望成为将大分子治疗剂导入肿瘤细胞的有效手段。有一种这样的方法，使用转铁蛋白作为配体的结合，因为转铁蛋白受体在许多（如果不是全部）恶性细胞中显著上调，纳米粒子的表面改性与转铁蛋白显示明显增加肿瘤靶向性和细胞内摄取。

5总结与展望

本文在大量调研英文文献的基础上，总结和归纳了关于EPR效应的概念及过程，EPR效应之所以能运用于治疗癌症的原因即肿瘤血管组织的特征和有关EPR的争议。EPR效应是肿瘤血管细胞间隙较大，具有与其他正常细胞不同的特性，使大分子类物质具有高通透性和滞留性，通过肿瘤血管细胞间隙，滞留于肿瘤细胞组织，这使得大分子抗癌药物具有被动靶向作用，用于治疗癌症。这种肿瘤所共有的关键的现象是目前公认的治疗肿瘤的依据，但是除了文中提到的争议，许多患者被发现肿瘤时已经是晚期，而肿瘤晚期时，肿瘤细胞及组织可以从原发部位侵入血管，或通过其他途经到身体其他部位继续生长，形成癌症。而EPR效应主要应用于静态的肿瘤组织，动态的转移肿瘤细胞不是EPR效应应用范围，所以我个人认为，未来仍需要一些可作为治疗癌症依据的癌症所共有的现象被发现。

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