齐培兰

（河南科技职业大学，河南 周口 466000）

目前，威胁人类生命健康的三大主要疾病分别是癌症、心、脑血管疾病，三大疾病的死亡率占总死亡率的64%左右[1-2]，常用的治疗方法比如化疗、放疗和外科手术，但这只能为患者提供有限的存活率[3]。近年来，纳米技术的迅速发展使其在癌症治疗上有良好的发展前景。临床上常用的治疗癌症的药物如阿霉素、紫杉醇、顺铂等，这些药物常见的缺点是溶解性差、毒副作用强；纳米药物给药系统与传统常规治疗方式相比，能显著改善药物的物理化学性质，降低药物的毒副作用，提高药物的靶向性。根据肿瘤组织微环境与正常组织的差异，纳米载药系统可以实现触发性释放药物，常见的如热敏性、氧化还原敏感性、pH敏感性、ATP敏感性等[4-6]。由于肿瘤细胞的高代谢率导致供氧不足，出现肿瘤组织部位乳酸堆积，因此，肿瘤组织与周围正常组织相比具有高酸性。pH敏感性纳米载药体系被设计为低pH触发，将药物释放到酸性实体瘤细胞周围空间，在这个过程中，包裹的药物在血液循环过程中保持稳定，直到纳米粒子通过EPR效应被动地积聚在肿瘤部位，肿瘤组织的酸性环境能够使pH敏感纳米载药体系结构发生变化，促进药物释放，从而起到靶向治疗的目的，因此pH敏感性的纳米载药系统被广泛应用于癌症治疗中[7-9]。

pH敏感性纳米载药系统大致可以归结为三类：①纳米聚合物结构中含有一些特殊的pH敏感性的化学键如腙键、缩醛、原酸酯、缩酮和顺式乌头酸衍生物等；②纳米聚合物结构中含有一些可质子化的化学基团如弱碱基团（胺基、吡啶等），弱酸基团（-SO3H，-COOH等）；③药物分子以酸敏感化学键直接与聚合物材料上的特殊基团如硼酸酯键相连，其中最后一种pH敏感性纳米载药系统，在形成pH敏感化学键的同时还可以用来包载药物。这种方法比以往设计的前两种结合药物的方法更简单易行，同时减少了繁琐的合成步骤；并且这种通过化学键共价结合方式载药的pH敏感性纳米载药系统，在药物的传递系统中可以明显降低药物在血液循环过程中的突释现象，显著改善药物在循环系统中的生物分布、靶向性、代谢动力学等方面的问题，实现靶向给药的目的，为抗肿瘤药物的传递提供了一种新型纳米载体，从而引起了研究者的广泛关注[10-11]。综合以上特点，本文主要从pH敏感性硼酸酯键的研究进展展开相关论述。

1 pH敏感性硼酸酯键的研究进展

硼酸酯键是一种可逆性pH敏感性的化学键，和其他以分子间相互作用力作为驱动力的纳米结构相比，这种处于动态下的共价键不仅使体系具有自愈合、自组装潜能，并且能极大程度上增强反应体系的稳定性[12]。苯硼酸及其衍生物和含有多羟基或双羟基结构的物质通过化学反应生成的五元环或六元环状的“硼酸酯键”是一种比较典型的可逆性共价键，此键受反应体系的pH以及一些含羟基物质的结构、浓度等因素影响[13]。硼酸酯键的形成原理如图1[14-15]所示。苯硼酸基团在中性水溶液中存在两种游离状态：解离态和非解离态，它们之间能互相转换。如图1所示：在碱性（pH＞pKa）介质中，苯硼酸基团是以四面体构型（SP3杂化）的解离状态为主，此时苯硼酸基团可以与含多羟基或双羟基结构的聚合物共价结合，形成明显具有pH或糖敏感性的硼酸酯键。在酸性（pH＜pKa）介质中，苯硼酸基团主要以平面构型的非解离状态存在，此时解离态在反应体系中浓度较低，这种情况下硼酸基团与含多羟基或双羟基结构的聚合物共价结合生成的硼酸酯键不稳定，非常容易发生解离。因此可逆性的硼酸酯键在化学材料、生物医学、分子识别领域、纳米载药体系等方面都取得了很好的发展[16]。

图1 苯基硼酸与硼酸酯键之间的酯化平衡[12]Fig.1 The Esterification equilibrium between phenylboronic acid and its diol ester

1.1 pH敏感性硼酸酯键在生物医学方面的研究进展

苯硼酸及其衍生物常用于标记病毒和细胞衣壳[17]，硼酸基团与细胞表面的糖蛋白、多糖类物质共价结合形成可逆的硼酸酯键，在生物学领域比如细胞成像、细胞捕获及细胞培养等方面都有比较广泛的应用[18-19]。由于很多种类的细胞在培养基悬浮液中不能独立生长，只能依附在硬界面（培养皿、培养瓶）上，当分离细胞时，通常需要借助蛋白酶将贴壁的细胞进行消化处理，这样就会导致细胞在不同程度上出现损伤，然而硼酸酯键的可逆性质就为细胞生长提供了一定的细胞附着途径。可逆性硼酸酯键通过糖酯交换可以使细胞发生脱离，从而实现细胞的捕获与分离[20]，避免出现细胞损伤的现象，因此可逆性硼酸酯键在生物学领域受到广泛的关注。

研究者[21]通过化学方法合成了同时具有葡萄糖和pH双重敏感性的含可逆性硼酸酯键的纳米聚合物，通过精确控制葡萄糖浓度和pH值可以实现靶向细胞的可逆性捕获和释放。同时研究也证实，通过改变葡萄糖浓度和pH值，使纳米聚合物材料表面具有双重敏感性，可以实现细胞捕获和释放之间的相互转换。实验结果显示：这种双重响应性的细胞捕获和释放过程基本上是无创的，细胞的存活率高达94%，在细胞的诊断以及体内药物传递等生物学领域得到较好的应用。

1.2 pH敏感性硼酸酯键在治疗代谢性疾病方面的研究进展

生命体内含很多1，2与1，3-二羟基或多羟基结构和物质，例如细胞膜上的多糖类、糖蛋白、糖脂；在碱性条件下，血液中的糖基化血红蛋白及核苷酸类物质，和苯硼酸及其衍生物通过共价结合形成可逆的硼酸酯键，因此硼酸酯键常被广泛应用于某些生命活动的调节和自律式给药系统中[22-23]。糖尿病是一种多种因素导致的代谢性疾病，到目前为止，尤其对于I型糖尿病病人来说，临床上还没有确切的根治方法，这就需要长期持续注射胰岛素，患者的顺应性就会非常差。研究者[24-25]在此基础上，根据苯硼酸及其衍生物结构特征将其与葡萄糖形成可逆性配位络合物，从而制备成具有血糖响应型的自律式胰岛素给药系统，实现对胰岛素的释药量进行自律式可控调节，在用于治疗糖尿病的药物递送系统方面具有重大意义。

Yang等[21]基于苯硼酸及其衍生物和葡萄糖基团之间的共价络合，通过含有硼酸基团的嵌段聚合物PEGb-P（AA-co-APBA）和糖聚合物P（AA-co-AGA），在碱性水溶液自组装制备出具有葡萄糖响应性（可逆性硼酸酯键）的复合物胶束。研究结果显示：复合胶束显示出较强的葡萄糖响应性，细胞实验也证实复合胶束的细胞毒性较小，具有较好的生物相容性。这种复合胶束可能是一种很好的胰岛素载体，并可能在糖尿病治疗中得到较好的应用。

1.3 pH敏感性硼酸酯键在纳米载药系统方面的研究进展

对于实体肿瘤来说，肿瘤细胞处在快速增长的状态，其无氧呼吸产生的乳酸使肿瘤组织具有弱酸性环境，因此pH敏感性纳米载药系统在癌症的治疗中占有重要地位[26-27]，其中硼酸酯键是一种较为典型的具有pH敏感性的可逆性共价键。与其他pH敏感性化学键相比，这种处于动态下的共价键使反应体系可控，并能极大程度地提高反应体系的稳定性，降低药物的突释现象。苯硼酸类物质可以与葡萄糖类及儿茶酚类结构上的酚羟基团共价结合[28-31]，形成具有葡萄糖响应及pH响应的可逆性硼酸酯键。在肿瘤组织弱酸性环境下，硼酸酯键可以断裂，根据这一特性，研究者设计了一系列具有pH敏感性的纳米载药体系，在癌症的治疗方面取得了较大的进展[32]。

在已有的文献报道中[33]，研究者通过化学合成的方法制备了两亲性嵌段聚合物CNPBA-DEX-B-PLA，该聚合物自组装制备成纳米胶束系统，将其用于抗肿瘤药物阿霉素的传递载体。由于聚合物中含有苯硼酸基团，可以与二元醇结合形成pH敏感性的可逆性硼酸酯键，因此该嵌段聚合物具有优异的pH敏感性。体外释放实验表明，在酸性环境中聚合物载药胶束具有较好的释放药物行为；在中性或碱性环境中，聚合物载药胶束的释放量明显减少，从而减少正常组织药物突释的现象，降低药物的毒副作用。细胞毒性实验显示细胞存活率在90%以上，表明该嵌段聚合物胶束作为一种药物传递系统载体具有较好的生物相容性，进一步证实了具有pH敏感性的可生物降解的纳米聚合物CNPBA-DEX-BPLA能有效地将DOX负载并传递到肿瘤组织中，实现靶向治疗癌症的目的。

Qi等[34]通过自由基聚合法（RAFT）成功地合成了含有儿茶酚基团的三嵌段聚合物mPEG-PCL-PDMA。在碱性条件下，PDMA片段侧链上的邻苯二酚基团能够与抗癌药物蛋白酶体抑制剂—硼替佐米（BTZ）共价结合形成壳交联的具有pH敏感性的硼酸酯键，以实现药物BTZ的负载；而在酸性条件下，硼酸酯键水解，载药胶束去交联释放药物，从而构建了具有pH敏感性的纳米载药胶束体系。体外释放实验表明，聚合物胶束具有pH敏感性控制释放药物特性；细胞实验结果证实，纳米载药胶束对肝癌、乳腺癌等细胞具有明显的抑制作用；药效学实验显示，具有pH敏感性硼酸酯键的聚合物胶束具有明显的抑制肿瘤效果，为癌症治疗的药物递送系统提供了有利的支撑。

2 结束语

到目前为止，癌症仍旧是亟待解决的难题，而纳米药物传递系统作为一种新型治疗技术，因其特有的性质、结构和功能受到了广泛关注。纳米药物传递系统具有独特嵌段结构，能实现药物的负载，用来传递抗肿瘤药，以克服药物在临床应用中的不足。试验显示，与其他载体对比，环境敏感型的纳米载体可以靶向作用于病灶部位，并对病灶微环境具有较强的敏感性，可以在细胞内或者病灶部位定点定时地释放药物，从而减少正常细胞组织对药物的摄取，具有增效减毒的典型优势。硼酸酯键是一种可逆的pH敏感性共价键，有较好的稳定性，并且具有超分子结构的环境响应性。该键在弱酸环境中断裂，利用肿瘤组织与正常组织微环境的差异，在纳米载药体系中具有较好的应用前景，并为纳米载体系统的设计提供了新思路。