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摘 要 目的：制备键合紫杉醇（PTX）和姜黄素（CUR）的金纳米棒（GNR）（PTX/CUR-BPGNR），并初步研究其体外抗肿瘤多药耐药（MDR）作用及机制。方法：用晶种生长法制备GNR，然后经生物素-聚乙二醇修饰制成GNR（BPGNR）。分别合成PTX和CUR的硫辛酸酯（PTXLA和CURLA），使用核磁共振氢谱（1H-NMR）和质谱等手段确定其化学结构。利用金硫键牢固的结合作用，将PTXLA和CURLA连接到BPGNR表面，得到键合PTX和CUR的BPGNR（PTX/CUR-BPGNR）。观察其形貌，考察其载药量和体外释药情况（近红外光照和酯酶条件下）。以阿霉素（ADR）的MDR人乳腺癌细胞MCF-7/ADR为研究对象，分别经PTX、CUR、PTX/CUR混合物和PTX/CUR-BPGNR处理后，采用MTT法考察MCF-7/ADR细胞的存活率，酶联免疫吸附测定法检测细胞中P-糖蛋白（P-gp）表达水平。结果：成功制得PTX/CUR-BPGNR，其大小、形状均一，最大吸收波长为808 nm，其中PTX和CUR的载药量分别为16.1%、8.4%，同时给予近红外光照和酯酶能促进PTX和CUR释放，64 h的累积释放度分别可达37.2%、39.1%。BPGNR、PTX、CUR、PTX/CUR混合物和PTX/CUR-BPGNR处理后MCF-7/ADR细胞的存活率分别为95.8%、71.2%、91.9%、45.8%、22.5%，细胞中P-gp的相对表达水平分别为105.6%、75.2%、73.8%、51.7%。结论：成功制得PTX/CUR-BPGNR，其可提高CUR抑制P-gp表达的能力，从而增强药物抗MDR的作用。
关键词 紫杉醇；姜黄素；金纳米棒；抗腫瘤多药耐药；P-糖蛋白
ABSTRACT OBJECTIVE： To prepare paclitaxel（PTX） and curcumin （CUR） chemically conjugated gold nanorod （GNR） （PTX/CUR-BPGNR）， and to preliminarily study its anti-multidrug-resistant（MDR） tumor effect in vitro and mechanisms. METHODS： GNR was prepared by seed growth method and modified with biotin-polyethylene glycol （Biotin-PEG） to obtain BPGNRs. Lipoic acid PTX and CUR （PIXLA and CURLA） were synthesized； 1H-NMR and MS were used to confirm their chemical structures. PTXLA and CURLA were connected to BPGNR surface to obtain PIX and CUR-bonding BPGNR （PTX/CUR-BPGNR） via strong binding of Au-S bond. The morphology of PTX/CUR-BPGNR was observed， and drug-loading amount and in vitro drug release were investigated （under near-infrared illumination and esterase condition）. Adriamycin （ADR） MDR breast cancer MCF-7/ADR cells were selected as research objects， and MTT assay was used to investigate the survival rate of cells after treated with BPGNR， PTX， CUR， PTX/CUR mixture and PTX/CUR-BPGNR， and ELISA was used to detect the expression of P-gp. RESULTS： PTX/CUR-BPGNR was prepared successfully with uniform size and shape. The maximum absorption wavelength was 808 nm， and drug-loading amount of PTX and CUR were 16.1% and 8.4%， respectively. The preparations were given near-infrared illumination and esterase to promote the release of PTX and CUR. 64 h accumulative drug release rates were 37.2% and 39.1%. Survival rates of MCF-7/ADR cells after treated with BPGNR， PTX， CUR and PTX/CUR mixture， PTX/CUR-BPGNR were 95.8%， 71.2%， 91.9%， 45.8% and 22.5%， respectively. The relative expressions of P-gp in cells were 105.6%， 75.2%， 73.8%， 51.7%， respectively. CONCLUSIONS： PTX/CUR-BPGNR is successfully prepared and can improve the ability of CUR inhibiting the expression of P-gp so as to strengthen its anti-MDR effects. KEYWORDS Paclitaxel； Curcumin； Gold nanorods； Multidrug resistant cancer； P-gp
多药耐药（MDR）是临床上肿瘤化疗失败的主要原因，其产生机制较为复杂，但最常见的原因是肿瘤细胞表面药物外排转运体如P-糖蛋白（P-gp）过表达，使细胞向外排出抗肿瘤药物，导致细胞内药物浓度维持在较低水平，从而使肿瘤细胞对药物的耐受性增强[1]。针对这一原因，目前抗MDR研究主要有两种策略[2-3]：（1）使药物避开药物外排转运体的识别，改变药物进入细胞的方式；（2）抑制药物外排转运体的表达或功能。
联合化疗是临床广泛使用的治疗肿瘤的方法，具有减小抗肿瘤药物剂量、减轻耐药风险等优点[4]。众多研究[2-3]报道，抗肿瘤药物与药物外排转运体抑制剂（如P-gp抑制剂）联用，可以显著逆转肿瘤的MDR。紫杉醇（PTX）是临床上广泛用于治疗乳腺癌、卵巢癌的抗肿瘤药物，其主要通过抑制肿瘤细胞有丝分裂，从而阻止癌细胞分裂增殖。有研究表明，PTX是P-gp的作用底物，P-gp过表达的肿瘤细胞（如MDR细胞MCF-7/DOX）可以减少PTX在细胞内的蓄积[5-6]。姜黄素（CUR）是一种具有抗炎、抗病毒、抗肿瘤等多种药理活性的天然产物，其能抑制核转录因子κB（NF-κB）等通路从而抑制肿瘤生长。近年来许多研究表明，CUR是一种优良的P-gp抑制剂，能够逆转P-gp介导的肿瘤MDR[7-8]。鉴于PTX和CUR不同的抗肿瘤机制及CUR的P-gp抑制功能，因此PTX和CUR联用后，不仅有助于减轻PTX带来的毒副作用，也可以在一定程度上克服肿瘤的MDR[9-10，15]。
金纳米棒（GNR）具有良好的生物相容性和较大的比表面积，是一种优良的药物载体。药物分子、基因等生物大分子能通过静电吸附或化学键合等方式连接到其表面，从而实现靶向药物输送。GNR还具有高效的光热转换效率，能吸收近红外（NIR）光照并将其转换成热量，被广泛用于肿瘤光热治疗[11]。
本研究将PTX和CUR分别与硫辛酸（LA）反应合成其对应的硫辛酸酯（PTXLA和CURLA），然后利用金硫键牢固的结合作用，将PTXLA和CURLA连接到经生物素-聚乙二醇（Biotin-PEG）修饰的GNR（BPGNR）表面制成键合PTX和CUR的BPGNR（PTX/CUR-BPGNR），并初步研究其体外抗肿瘤MDR作用及机制。
1 材料
1.1 仪器
JEM-2100F 透射电子显微镜（日本电子株式会社）；U2910紫外-可见光-NIR分光光度计（日本日立公司）；LENS-808CC-A5光纖激光连接器（深圳理欧光电科技有限公司）；Varioskan Flash酶标仪（美国 Thermo公司）；Mercury Plus-400M核磁共振波谱仪（美国Varian公司）；HC-2066高速离心机（安徽中科中佳科学仪器有限公司）；Nano-ZS/ZEN-3600纳米粒度和Zeta电位仪（英国马尔文仪器有限公司）；超高效液相色谱-飞行时间质谱仪（美国Waters公司）；1260高效液相色谱（HPLC）仪和ZORBAX色谱柱（美国安捷伦科技有限公司）。
1.2 药品与试剂
PTX原料药（云南紫云生物分析公司，批号：Z160115，纯度：99%）；CUR原料药（上海笛柏化学品技术有限公司，批号：FN19，纯度：99%）；PTX、CUR标准品（上海广锐生物科技有限公司，批号：162-171127、007-150413，纯度：均>98%）；十六烷基三甲基溴化铵（CTAB，纯度：99%）、硝酸银（纯度：>99.99%）、猪肝酯酶（PLE）（美国Sigma-Aldrich公司，批号：BCBS5500V、MKBX7704V、SLBK3815V）；3-（4，5-二甲基噻唑-2）-2，5-二苯基四氮唑溴盐、胰酶、胎牛血清（FBS）（上海索莱宝生物科技有限公司，批号：303H0510、20150623、140716）；Biotin- PEG-LA（上海芃硕生物科技有限公司，批号：C02233）；硼氢化钠、氯金酸、抗坏血酸、3-羟基-7-溴-2-萘甲酸（7-BrHNA，纯度：99%）、二氯甲烷（DCM）、LA、四氢呋喃（THF）、三氟乙酸（TFA）、正己烷、聚山梨酯80、石油醚、乙酸乙酯、4-二甲氨基吡啶（DMAP）、1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC· HCl）（国药集团化学试剂有限公司，均为分析纯）；人P-gp酶联免疫吸附（ELISA）检测试剂盒（北京百奥莱博科技有限公司，批号：201612）。
1.3 细胞
耐阿霉素和PTX的人乳腺癌细胞MCF-7/ADR由上海药物研究所提供。
2 方法与结果
2.1 BPGNR的制备
按照文献提供的晶种生长法制备GNR[12]。首先制备金种子溶液，将5 mL 0.2 mol/L CTAB溶液和5 mL 0.5 mmol/L 氯金酸溶液混合，随后加入0.6 mL 冰浴后的0.01 mmol/L 硼氢化钠溶液，上述溶液剧烈搅拌2 min后，接着在30 ℃水浴中静置2 h备用。然后制备生长液，取1.080 g CTAB、0.061 2 g 7-BrHNA溶于30 mL 30 ℃水中，加入0.96 mL 4 mmol/L 硝酸银，静置15 min后，加入30 mL 1 mmol/L氯金酸溶液、0.1 mL 37%浓盐酸，400 r/min搅拌15 min。随后向其中加入0.3 mL 0.1 mol/L 抗坏血酸溶液，剧烈搅拌1 min后，加入96 μL制备好的金种子溶液，剧烈搅拌30 s后，在30 ℃水浴中静置生长12 h，生长后的GNR溶液，以6 800×g离心30 min，用去离子水洗涤3次，将所得沉淀保存于去离子水中，即得CTAB表面包覆的GNR（CTAB-GNR）。 取2 mL浓缩后的CTAB-GNR，加入4 mg Biotin-PEG-LA，室温搅拌12 h，以6 800×g离心30 min，用去离子水洗涤3次，将所得沉淀保存于去离子水中，即得BPGNR。据文献报道，由于CTAB为带正电荷的阳离子化合物，而Biotin-PEG为带微弱负电荷的高分子，因此可以通过GNR表面电位变化来判断该修饰过程是否完成[12]。本试验用Zeta电位仪测定CTAB-GNR和BPGNR的电位，分别为+42.15 mV和-5.77 mV。修飾前后电位值的改变表明，GNR表面的CTAB被Biotin-PEG取代，即成功制得BPGNR。
2.2 PTXLA和CURLA的合成
2.2.1 PTXLA PTXLA为本试验首次合成。向25 mL圆底烧瓶中加入206.4 mg LA、191.9 mg EDC·HCl、122.1 mg DMAP、15 mL DCM，室温搅拌4 h，加入856.2 mg PTX，继续室温搅拌24 h，旋干后，粗品用硅胶柱层析法进行分离提纯，以乙酸乙酯-正己烷（3 ∶ 2，V/V）为洗脱剂进行洗脱，得到浅黄色固体837.9 mg，产率为80.1%，测得熔点为193～196 ℃。用1H-NMR进行表征，所得核磁数据为：1H-NMR（400 MHz，CDCl3），化学位移（δ，ppm）：8.12（d，J=7.3 Hz，2H），7.72（d，J=7.4 Hz，2H），7.60（t，J= 7.4 Hz，1H），7.50（t，J=8.0 Hz，3H），7.37（dt，J=29.7，9.3 Hz，7H），6.85（d，J=9.0 Hz，1H），6.28（s，1H），6.23（d，J=8.4 Hz，1H），5.95（dd，J=9.1，2.8 Hz，1H），5.67（d，J=7.0 Hz，1H），5.50（d，J=2.0 Hz，1H），4.96（d，J=8.2 Hz，1H），4.43（dd，J=10.7，6.7 Hz，1H），4.30（d，J=8.4 Hz，1H），4.19（d，J=8.3 Hz，1H），3.80（d，J=7.1 Hz，1H），3.47（dd，J=13.1，6.8 Hz，1H），3.21～3.02（m，2H），2.60～1.30（14H，m），2.44（s，3H），2.22（s，3H），1.93（s，3H），1.67（s，3H），1.23（d，J=7.6 Hz，3H），1.12（s，3H）。质谱（MS）质荷比（m/z）：1 043.376 0[M+H]+。PTXLA的合成路线图见图1A，1H-NMR图见图2A。
2.2.2 CURLA CURLA为本试验首次合成。向25 mL圆底烧瓶中加入206.5 mg LA，190.9 mg EDC·HCl，22.1 mg DMAP，15 mL THF，室温搅拌2 h，加入372.6 mg CUR，继续室温搅拌48 h，旋干后，粗品用硅胶柱层析法进行分离提纯，以石油醚-乙酸乙酯（3 ∶ 2，V/ V）为洗脱剂进行洗脱，得到黄色固体425.4 mg，产率为75.3%，测得熔点为175～177 ℃。用1H-NMR进行表征，所得核磁数据为：1H-NMR（400 MHz，CDCl3） δ（ppm）：7.61（d，J=2.5 Hz，1H），7.57（d，J=2.5 Hz，1H），7.17～7.08（m，3H），7.03（d，J=7.9 Hz，2H），6.92（d，J=8.2 Hz，1H），6.51（dd，J=23.1，15.8 Hz，2H），5.86（s，1H），5.82（s，1H），3.94（s，3H），3.86（s，3H），3.64～3.54（m，1H），3.15（dtd，J=17.8，11.1，6.7 Hz，2H），2.60（t，J=7.3 Hz，2H），2.47（td，J=12.4，6.4 Hz，1H），1.92（dq，J=13.7，7.1 Hz，1H），1.76（ddd，J=22.0，14.0，7.6 Hz，4H），1.67～1.43（m，4H）。MS（m/z）：557.166 7[M+H]+。CURLA的合成路线图见图1B，1H-NMR图见图2B。
2.3 PTXLA和CURLA的含量测定
2.3.1 PTXLA的色谱条件 PTXLA含量测定的色谱条件为本试验首次建立。色谱柱为安捷伦Zorbax反相色谱柱SB-C18（250 mm×4.6 mm，5 μm），流动相为乙腈-水（3 ∶ 1，V/V），流速为1.0 mL/min，柱温为 30 ℃，进样量为20 ?L，检测波长为227 nm。该色谱条件下，PTX、CUR和CURLA等其他成分和溶剂对PTXLA峰测定无干扰；用峰面积归一化法测得PTXLA样品中PTXLA的纯度为99.2%；PTXLA的定量下限为0.09 μg/mL；精密度试验中峰面积的RSD=1.25%（n=5）；24 h稳定性试验中峰面积的RSD=0.96%（n=5）；重复性试验中含量的RSD=1.78%（n=5）。
2.3.2 CURLA的色谱条件 CURLA含量测定的色谱条件为本试验首次建立。色谱柱为安捷伦Zorbax反相色谱柱SB-C18（250 mm×4.6 mm，5 μm），流动相为乙腈-2%TFA（4 ∶ 1，V/V），流速为1.0 mL/min，柱温为30 ℃，进样量为20 ?L，检测波长为426 nm。该色谱条件下，PTX、PTXLA和CURLA等其他成分和溶剂对CURLA峰测定无干扰；用峰面积归一化法测得CURLA样品中CURLA的纯度为99.4%；CURLA的定量下限为0.07 μg/mL；精密度试验中峰面积的RSD=1.65%（n=5）；24 h稳定性试验中峰面积的RSD=1.13%（n=5）；重复性试验中含量的RSD=1.86%（n=5）。
2.4 PTX/CUR-BPGNR的制备与表征 向10 mL圆底烧瓶中加入5 mL浓缩的BPGNR、8.0 mg PTXLA、5.0 mg CURLA，室温避光搅拌24 h，反应结束后，以6 800×g离心30 min，沉淀即为PTX/CUR-BPGNR，将沉淀用超纯水洗涤3次后保存于去离子水中。未负载到GNR上的PTXLA和CURLA存在于上清液中，合并每次洗涤离心后的上清液，测定上清液中PTXLA和CURLA的量，计算PTX/CUR-BPGNR的载药量=（加入量-上清液中测得量）/制剂总量×100%。结果显示，PTX/CUR-BPGNR中PTX和CUR的载药量分别为16.1%和8.4%。使用透射电子显微镜观察PTX/CUR-BPGNR形貌，发现其大小、形状比较均一，长径为51.5 nm，短径为12.8 nm。使用紫外-可见光-NIR分光光度计检测PTX/CUR-BPGNR光谱，可见其最大吸收波长为808 nm。PTX/CUR-BPGNR的透射电子显微镜图和紫外-可见光-NIR吸收光谱图见图3。
2.5 PTX/CUR-BPGNR体外释药试验
2.5.1 PTX的含量测定 PTX的色谱条件为本试验自行建立。色谱柱为安捷伦Zorbax反相色谱柱SB-C18（250 mm×4.6 mm，5 μm），流动相为乙腈-水（1 ∶ 1，V/V），流速为1.0 mL/min，柱温为30 ℃，进样量为20 ?L，检测波长为227 nm。该色谱条件下，CUR、PTXLA和CURLA等其他成分和溶剂对PTX峰测定无干扰；峰面积（A）对PTX质量浓度（c）的回归方程为A=34.987c+3.217 6（r=0.999 9，n=5），PTX检测质量浓度的线性范围为0.1～10.0 μg/mL；PTX的定量下限为0.05 μg/mL；加样回收率为96.8%（n=6）；精密度试验中峰面积的RSD=1.06%（n=5）；24 h稳定性试验中峰面积的RSD=1.17%（n=5）；重复性试验中含量的RSD=1.96%（n=5）。
2.5.2 CUR的含量测定 CUR的色谱条件为本试验自行建立。色谱柱为安捷伦Zorbax反相色谱柱SB-C18（250 mm×4.6 mm，5 μm），流动相为乙腈-2%TFA（3 ∶ 2，V/V），流速为1.0 mL/min，柱温为 30 ℃，进样量为20 ?L，检测波长为426 nm。该色谱条件下，PTX、PTXLA和CURLA等其他成分和溶剂对CUR峰测定无干扰；峰面积（A）对CUR质量浓度（c）的回归方程为A=129.94c+3.895（r=0.999 8，n=5），CUR检测质量浓度的线性范围为0.1～10.0 μg/mL；PTX的定量下限为0.03 μg/mL；加样回收率为95.2%（n=6）；精密度试验中峰面积的RSD=1.32%（n=5）；24 h稳定性试验中峰面积的RSD=1.78%（n=5）；重复性试验中含量的RSD=1.89%（n=5）。
2.5.3 体外药物释放考察 取1 mL的PTX/CUR-BPGNR水溶液（质量浓度为40 μg/mL，以GNR计算）装入透析袋内（截留分子量3 500），放入10 mL以下4种释放介质中：①磷酸盐缓冲液（PBS）+聚山梨酯80（0.5%，m/V，下同）；②PBS+聚山梨酯80+NIR光照（功率为5.0 W/cm2，20 min下同）；③PBS+聚山梨酯80+30 U/mL PLE（模拟肿瘤细胞内高浓度酯酶环境）；④PBS+聚山梨酯80+NIR光照+30 U/mL PLE，37 ℃下水浴摇床中2 000 r/min振摇，分别于2、4、8、16、32、64 h取出 0.1 mL释放介质，然后补加等体积的相应新鲜释放介质，在每次补加释放介质后，对第二组和第四组给予20 min NIR光照。测定释放液中PTX和CUR的累积释放度，绘制释放曲线。4种介质中PTX和CUR从PTX/CUR-BPGNR中的释放曲线见图4。
由图4可以看出，当分别给予NIR照射和PLE时，PTX/CUR-BPGNR释放出游离的PTX和CUR的速度都加快。此外，当同时给予NIR照射和PLE时，PTX和CUR的释放速度最快，PTX和CUR的64 h累积释放度分别可达37.2%、39.1%。这表明PTX/CUR-BPGNR的药物释放具有NIR和酯酶响应性，能够在NIR照射和肿瘤细胞内高浓度酯酶等刺激下加快释放出游离PTX和CUR。
2.6 細胞毒性试验
将MCF-7/ADR细胞接种于96孔板中，24 h后，弃旧培养基，分别加入含有BPGNR、PTX、CUR、PTX/CUR混合物（2 ∶ 1，m/m）、PTX/CUR-BPGNR（PTX、CUR、BPGNR质量浓度分别为8、4、40 μg/mL）的培养基，并在加入药物后2、4、8、16、32、64 h对各组细胞分别给予20 min NIR光照（功率为5.0 W/cm2），另将不作任何处理的细胞作为阴性对照。所有细胞培养48 h后，每孔加入0.5 mg/mL的 MTT溶液 200 μL，避光孵育4 h后弃上清液，每孔加入200 μL二甲基亚砜溶解细胞内甲臜晶体。用酶标仪在570 nm波长处测定吸光度，计算细胞存活率（以阴性对照为100%计）。试验重复3次。5种样品的体外细胞毒性试验结果见图5。
由图5可知，BPGNR经过NIR照射后，对细胞存活率影响较小，仍为95.8%，这表明在给定功率NIR光照下该质量浓度的BPGNR对MCF-7/ADR细胞无明显毒性。经PTX和CUR处理的MCF-7/ADR细胞存活率分别为71.2%和91.9%，表明PTX对MCF-7/ADR细胞有较明显毒性，而CUR对MCF-7/ADR细胞毒性较小。当细胞暴露在PTX/CUR混合物中，细胞存活率显著降低至45.8%，表明PTX和CUR联用可增强对MCF-7/ADR细胞的杀伤作用。PTX/CUR-BPGNR处理过的MCF-7/ADR细胞存活率仅为22.5%，表明PTX/CUR-BPGNR有很强抗MDR肿瘤的作用。 2.7 對P-gp表达的影响
将MCF-7/ADR细胞接种于12孔板中，24 h后，弃旧培养基，加入含PTX、CUR、PTX/CUR的混合物（2 ∶ 1，m/m）、PTX/CUR-BPGNR（PTX、CUR、BPGNR质量浓度分别为8、4、40 μg/mL）培养基，并在加药后2、4、8、16、32、64 h对各组细胞分别给予20 min NIR光照（功率为5.0 W/cm2），另将不作任何处理的细胞作为阴性对照。所有细胞培养24 h后，细胞消化，离心洗涤，用反复冻融法裂解细胞，离心后收集细胞裂解上清液，按照P-gp ELISA检测试剂盒操作，测定各组细胞中P-gp表达情况。以阴性对照MCF-7/ADR细胞的P-gp表达为100%计，经PTX、CUR、PTX/CUR混合物、PTX/CUR-BPGNR处理后MCF-7/ADR细胞中P-gp的相对表达水平分别为105.6%、75.2%、73.8%、51.7%。可见CUR能显著抑制MCF-7/ADR细胞中P-gp的表达，这与文献报道一致[13-14]。 PTX/CUR-BPGNR对P-gp抑制作用最强，经过其处理的MCF-7/ADR细胞中P-gp表达水平仅为未经任何处理细胞的45.2%。这解释了在细胞毒性试验中，经PTX/CUR-BPGNR处理过的MCF-7/ADR细胞存活率显著降低的原因。
3 讨论
PTX和CUR联合治疗用于提高肿瘤治疗效果已有大量文献报道[9-10，15]，但有关其肿瘤MDR效果评价的研究报道目前较少。本研究首次提出将PTX和CUR通过LA作为桥梁，将二者键合到GNR上，制备得到共输送PTX和CUR的酯酶和NIR响应的纳米药物输送系统PTX/CUR-BPGNR。
接着笔者评价了PTX/CUR-BPGNR的体外药物释放行为、细胞毒性及其对MCF-7/ADR细胞P-gp表达的影响等。该载药系统对较低功率NIR和模拟细胞内浓度酯酶具有响应性，在这些条件刺激下能加速释放药物。细胞毒性试验显示，使用空白载体材料BPGNR在给定功率NIR照射下作用细胞，细胞存活率达到95.8%，这表明空白载体材料对MCF-7/ADR细胞毒性较小。在NIR照射下，PTX/CUR-BPGNR对MCF-7/ADR细胞有较强杀伤作用，细胞存活率仅为22.5%，起到较为显著的抗肿瘤MDR效果。P-gp表达检测则表明，CUR可抑制MCF-7/ADR细胞中P-gp表达水平，PTX/CUR-BPGNR可以提高CUR抑制P-gp表达的能力，从而起到增强抗MDR肿瘤效果。
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（收稿日期：2018-03-15 修回日期：2018-05-15）
（編辑：邹丽娟）
关键词 紫杉醇；姜黄素；金纳米棒；抗腫瘤多药耐药；P-糖蛋白
ABSTRACT OBJECTIVE： To prepare paclitaxel（PTX） and curcumin （CUR） chemically conjugated gold nanorod （GNR） （PTX/CUR-BPGNR）， and to preliminarily study its anti-multidrug-resistant（MDR） tumor effect in vitro and mechanisms. METHODS： GNR was prepared by seed growth method and modified with biotin-polyethylene glycol （Biotin-PEG） to obtain BPGNRs. Lipoic acid PTX and CUR （PIXLA and CURLA） were synthesized； 1H-NMR and MS were used to confirm their chemical structures. PTXLA and CURLA were connected to BPGNR surface to obtain PIX and CUR-bonding BPGNR （PTX/CUR-BPGNR） via strong binding of Au-S bond. The morphology of PTX/CUR-BPGNR was observed， and drug-loading amount and in vitro drug release were investigated （under near-infrared illumination and esterase condition）. Adriamycin （ADR） MDR breast cancer MCF-7/ADR cells were selected as research objects， and MTT assay was used to investigate the survival rate of cells after treated with BPGNR， PTX， CUR， PTX/CUR mixture and PTX/CUR-BPGNR， and ELISA was used to detect the expression of P-gp. RESULTS： PTX/CUR-BPGNR was prepared successfully with uniform size and shape. The maximum absorption wavelength was 808 nm， and drug-loading amount of PTX and CUR were 16.1% and 8.4%， respectively. The preparations were given near-infrared illumination and esterase to promote the release of PTX and CUR. 64 h accumulative drug release rates were 37.2% and 39.1%. Survival rates of MCF-7/ADR cells after treated with BPGNR， PTX， CUR and PTX/CUR mixture， PTX/CUR-BPGNR were 95.8%， 71.2%， 91.9%， 45.8% and 22.5%， respectively. The relative expressions of P-gp in cells were 105.6%， 75.2%， 73.8%， 51.7%， respectively. CONCLUSIONS： PTX/CUR-BPGNR is successfully prepared and can improve the ability of CUR inhibiting the expression of P-gp so as to strengthen its anti-MDR effects. KEYWORDS Paclitaxel； Curcumin； Gold nanorods； Multidrug resistant cancer； P-gp
多药耐药（MDR）是临床上肿瘤化疗失败的主要原因，其产生机制较为复杂，但最常见的原因是肿瘤细胞表面药物外排转运体如P-糖蛋白（P-gp）过表达，使细胞向外排出抗肿瘤药物，导致细胞内药物浓度维持在较低水平，从而使肿瘤细胞对药物的耐受性增强[1]。针对这一原因，目前抗MDR研究主要有两种策略[2-3]：（1）使药物避开药物外排转运体的识别，改变药物进入细胞的方式；（2）抑制药物外排转运体的表达或功能。
联合化疗是临床广泛使用的治疗肿瘤的方法，具有减小抗肿瘤药物剂量、减轻耐药风险等优点[4]。众多研究[2-3]报道，抗肿瘤药物与药物外排转运体抑制剂（如P-gp抑制剂）联用，可以显著逆转肿瘤的MDR。紫杉醇（PTX）是临床上广泛用于治疗乳腺癌、卵巢癌的抗肿瘤药物，其主要通过抑制肿瘤细胞有丝分裂，从而阻止癌细胞分裂增殖。有研究表明，PTX是P-gp的作用底物，P-gp过表达的肿瘤细胞（如MDR细胞MCF-7/DOX）可以减少PTX在细胞内的蓄积[5-6]。姜黄素（CUR）是一种具有抗炎、抗病毒、抗肿瘤等多种药理活性的天然产物，其能抑制核转录因子κB（NF-κB）等通路从而抑制肿瘤生长。近年来许多研究表明，CUR是一种优良的P-gp抑制剂，能够逆转P-gp介导的肿瘤MDR[7-8]。鉴于PTX和CUR不同的抗肿瘤机制及CUR的P-gp抑制功能，因此PTX和CUR联用后，不仅有助于减轻PTX带来的毒副作用，也可以在一定程度上克服肿瘤的MDR[9-10，15]。
金纳米棒（GNR）具有良好的生物相容性和较大的比表面积，是一种优良的药物载体。药物分子、基因等生物大分子能通过静电吸附或化学键合等方式连接到其表面，从而实现靶向药物输送。GNR还具有高效的光热转换效率，能吸收近红外（NIR）光照并将其转换成热量，被广泛用于肿瘤光热治疗[11]。
本研究将PTX和CUR分别与硫辛酸（LA）反应合成其对应的硫辛酸酯（PTXLA和CURLA），然后利用金硫键牢固的结合作用，将PTXLA和CURLA连接到经生物素-聚乙二醇（Biotin-PEG）修饰的GNR（BPGNR）表面制成键合PTX和CUR的BPGNR（PTX/CUR-BPGNR），并初步研究其体外抗肿瘤MDR作用及机制。
1 材料
1.1 仪器
JEM-2100F 透射电子显微镜（日本电子株式会社）；U2910紫外-可见光-NIR分光光度计（日本日立公司）；LENS-808CC-A5光纖激光连接器（深圳理欧光电科技有限公司）；Varioskan Flash酶标仪（美国 Thermo公司）；Mercury Plus-400M核磁共振波谱仪（美国Varian公司）；HC-2066高速离心机（安徽中科中佳科学仪器有限公司）；Nano-ZS/ZEN-3600纳米粒度和Zeta电位仪（英国马尔文仪器有限公司）；超高效液相色谱-飞行时间质谱仪（美国Waters公司）；1260高效液相色谱（HPLC）仪和ZORBAX色谱柱（美国安捷伦科技有限公司）。
1.2 药品与试剂
PTX原料药（云南紫云生物分析公司，批号：Z160115，纯度：99%）；CUR原料药（上海笛柏化学品技术有限公司，批号：FN19，纯度：99%）；PTX、CUR标准品（上海广锐生物科技有限公司，批号：162-171127、007-150413，纯度：均>98%）；十六烷基三甲基溴化铵（CTAB，纯度：99%）、硝酸银（纯度：>99.99%）、猪肝酯酶（PLE）（美国Sigma-Aldrich公司，批号：BCBS5500V、MKBX7704V、SLBK3815V）；3-（4，5-二甲基噻唑-2）-2，5-二苯基四氮唑溴盐、胰酶、胎牛血清（FBS）（上海索莱宝生物科技有限公司，批号：303H0510、20150623、140716）；Biotin- PEG-LA（上海芃硕生物科技有限公司，批号：C02233）；硼氢化钠、氯金酸、抗坏血酸、3-羟基-7-溴-2-萘甲酸（7-BrHNA，纯度：99%）、二氯甲烷（DCM）、LA、四氢呋喃（THF）、三氟乙酸（TFA）、正己烷、聚山梨酯80、石油醚、乙酸乙酯、4-二甲氨基吡啶（DMAP）、1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC· HCl）（国药集团化学试剂有限公司，均为分析纯）；人P-gp酶联免疫吸附（ELISA）检测试剂盒（北京百奥莱博科技有限公司，批号：201612）。
1.3 细胞
耐阿霉素和PTX的人乳腺癌细胞MCF-7/ADR由上海药物研究所提供。
2 方法与结果
2.1 BPGNR的制备
按照文献提供的晶种生长法制备GNR[12]。首先制备金种子溶液，将5 mL 0.2 mol/L CTAB溶液和5 mL 0.5 mmol/L 氯金酸溶液混合，随后加入0.6 mL 冰浴后的0.01 mmol/L 硼氢化钠溶液，上述溶液剧烈搅拌2 min后，接着在30 ℃水浴中静置2 h备用。然后制备生长液，取1.080 g CTAB、0.061 2 g 7-BrHNA溶于30 mL 30 ℃水中，加入0.96 mL 4 mmol/L 硝酸银，静置15 min后，加入30 mL 1 mmol/L氯金酸溶液、0.1 mL 37%浓盐酸，400 r/min搅拌15 min。随后向其中加入0.3 mL 0.1 mol/L 抗坏血酸溶液，剧烈搅拌1 min后，加入96 μL制备好的金种子溶液，剧烈搅拌30 s后，在30 ℃水浴中静置生长12 h，生长后的GNR溶液，以6 800×g离心30 min，用去离子水洗涤3次，将所得沉淀保存于去离子水中，即得CTAB表面包覆的GNR（CTAB-GNR）。 取2 mL浓缩后的CTAB-GNR，加入4 mg Biotin-PEG-LA，室温搅拌12 h，以6 800×g离心30 min，用去离子水洗涤3次，将所得沉淀保存于去离子水中，即得BPGNR。据文献报道，由于CTAB为带正电荷的阳离子化合物，而Biotin-PEG为带微弱负电荷的高分子，因此可以通过GNR表面电位变化来判断该修饰过程是否完成[12]。本试验用Zeta电位仪测定CTAB-GNR和BPGNR的电位，分别为+42.15 mV和-5.77 mV。修飾前后电位值的改变表明，GNR表面的CTAB被Biotin-PEG取代，即成功制得BPGNR。
2.2 PTXLA和CURLA的合成
2.2.1 PTXLA PTXLA为本试验首次合成。向25 mL圆底烧瓶中加入206.4 mg LA、191.9 mg EDC·HCl、122.1 mg DMAP、15 mL DCM，室温搅拌4 h，加入856.2 mg PTX，继续室温搅拌24 h，旋干后，粗品用硅胶柱层析法进行分离提纯，以乙酸乙酯-正己烷（3 ∶ 2，V/V）为洗脱剂进行洗脱，得到浅黄色固体837.9 mg，产率为80.1%，测得熔点为193～196 ℃。用1H-NMR进行表征，所得核磁数据为：1H-NMR（400 MHz，CDCl3），化学位移（δ，ppm）：8.12（d，J=7.3 Hz，2H），7.72（d，J=7.4 Hz，2H），7.60（t，J= 7.4 Hz，1H），7.50（t，J=8.0 Hz，3H），7.37（dt，J=29.7，9.3 Hz，7H），6.85（d，J=9.0 Hz，1H），6.28（s，1H），6.23（d，J=8.4 Hz，1H），5.95（dd，J=9.1，2.8 Hz，1H），5.67（d，J=7.0 Hz，1H），5.50（d，J=2.0 Hz，1H），4.96（d，J=8.2 Hz，1H），4.43（dd，J=10.7，6.7 Hz，1H），4.30（d，J=8.4 Hz，1H），4.19（d，J=8.3 Hz，1H），3.80（d，J=7.1 Hz，1H），3.47（dd，J=13.1，6.8 Hz，1H），3.21～3.02（m，2H），2.60～1.30（14H，m），2.44（s，3H），2.22（s，3H），1.93（s，3H），1.67（s，3H），1.23（d，J=7.6 Hz，3H），1.12（s，3H）。质谱（MS）质荷比（m/z）：1 043.376 0[M+H]+。PTXLA的合成路线图见图1A，1H-NMR图见图2A。
2.2.2 CURLA CURLA为本试验首次合成。向25 mL圆底烧瓶中加入206.5 mg LA，190.9 mg EDC·HCl，22.1 mg DMAP，15 mL THF，室温搅拌2 h，加入372.6 mg CUR，继续室温搅拌48 h，旋干后，粗品用硅胶柱层析法进行分离提纯，以石油醚-乙酸乙酯（3 ∶ 2，V/ V）为洗脱剂进行洗脱，得到黄色固体425.4 mg，产率为75.3%，测得熔点为175～177 ℃。用1H-NMR进行表征，所得核磁数据为：1H-NMR（400 MHz，CDCl3） δ（ppm）：7.61（d，J=2.5 Hz，1H），7.57（d，J=2.5 Hz，1H），7.17～7.08（m，3H），7.03（d，J=7.9 Hz，2H），6.92（d，J=8.2 Hz，1H），6.51（dd，J=23.1，15.8 Hz，2H），5.86（s，1H），5.82（s，1H），3.94（s，3H），3.86（s，3H），3.64～3.54（m，1H），3.15（dtd，J=17.8，11.1，6.7 Hz，2H），2.60（t，J=7.3 Hz，2H），2.47（td，J=12.4，6.4 Hz，1H），1.92（dq，J=13.7，7.1 Hz，1H），1.76（ddd，J=22.0，14.0，7.6 Hz，4H），1.67～1.43（m，4H）。MS（m/z）：557.166 7[M+H]+。CURLA的合成路线图见图1B，1H-NMR图见图2B。
2.3 PTXLA和CURLA的含量测定
2.3.1 PTXLA的色谱条件 PTXLA含量测定的色谱条件为本试验首次建立。色谱柱为安捷伦Zorbax反相色谱柱SB-C18（250 mm×4.6 mm，5 μm），流动相为乙腈-水（3 ∶ 1，V/V），流速为1.0 mL/min，柱温为 30 ℃，进样量为20 ?L，检测波长为227 nm。该色谱条件下，PTX、CUR和CURLA等其他成分和溶剂对PTXLA峰测定无干扰；用峰面积归一化法测得PTXLA样品中PTXLA的纯度为99.2%；PTXLA的定量下限为0.09 μg/mL；精密度试验中峰面积的RSD=1.25%（n=5）；24 h稳定性试验中峰面积的RSD=0.96%（n=5）；重复性试验中含量的RSD=1.78%（n=5）。
2.3.2 CURLA的色谱条件 CURLA含量测定的色谱条件为本试验首次建立。色谱柱为安捷伦Zorbax反相色谱柱SB-C18（250 mm×4.6 mm，5 μm），流动相为乙腈-2%TFA（4 ∶ 1，V/V），流速为1.0 mL/min，柱温为30 ℃，进样量为20 ?L，检测波长为426 nm。该色谱条件下，PTX、PTXLA和CURLA等其他成分和溶剂对CURLA峰测定无干扰；用峰面积归一化法测得CURLA样品中CURLA的纯度为99.4%；CURLA的定量下限为0.07 μg/mL；精密度试验中峰面积的RSD=1.65%（n=5）；24 h稳定性试验中峰面积的RSD=1.13%（n=5）；重复性试验中含量的RSD=1.86%（n=5）。
2.4 PTX/CUR-BPGNR的制备与表征 向10 mL圆底烧瓶中加入5 mL浓缩的BPGNR、8.0 mg PTXLA、5.0 mg CURLA，室温避光搅拌24 h，反应结束后，以6 800×g离心30 min，沉淀即为PTX/CUR-BPGNR，将沉淀用超纯水洗涤3次后保存于去离子水中。未负载到GNR上的PTXLA和CURLA存在于上清液中，合并每次洗涤离心后的上清液，测定上清液中PTXLA和CURLA的量，计算PTX/CUR-BPGNR的载药量=（加入量-上清液中测得量）/制剂总量×100%。结果显示，PTX/CUR-BPGNR中PTX和CUR的载药量分别为16.1%和8.4%。使用透射电子显微镜观察PTX/CUR-BPGNR形貌，发现其大小、形状比较均一，长径为51.5 nm，短径为12.8 nm。使用紫外-可见光-NIR分光光度计检测PTX/CUR-BPGNR光谱，可见其最大吸收波长为808 nm。PTX/CUR-BPGNR的透射电子显微镜图和紫外-可见光-NIR吸收光谱图见图3。
2.5 PTX/CUR-BPGNR体外释药试验
2.5.1 PTX的含量测定 PTX的色谱条件为本试验自行建立。色谱柱为安捷伦Zorbax反相色谱柱SB-C18（250 mm×4.6 mm，5 μm），流动相为乙腈-水（1 ∶ 1，V/V），流速为1.0 mL/min，柱温为30 ℃，进样量为20 ?L，检测波长为227 nm。该色谱条件下，CUR、PTXLA和CURLA等其他成分和溶剂对PTX峰测定无干扰；峰面积（A）对PTX质量浓度（c）的回归方程为A=34.987c+3.217 6（r=0.999 9，n=5），PTX检测质量浓度的线性范围为0.1～10.0 μg/mL；PTX的定量下限为0.05 μg/mL；加样回收率为96.8%（n=6）；精密度试验中峰面积的RSD=1.06%（n=5）；24 h稳定性试验中峰面积的RSD=1.17%（n=5）；重复性试验中含量的RSD=1.96%（n=5）。
2.5.2 CUR的含量测定 CUR的色谱条件为本试验自行建立。色谱柱为安捷伦Zorbax反相色谱柱SB-C18（250 mm×4.6 mm，5 μm），流动相为乙腈-2%TFA（3 ∶ 2，V/V），流速为1.0 mL/min，柱温为 30 ℃，进样量为20 ?L，检测波长为426 nm。该色谱条件下，PTX、PTXLA和CURLA等其他成分和溶剂对CUR峰测定无干扰；峰面积（A）对CUR质量浓度（c）的回归方程为A=129.94c+3.895（r=0.999 8，n=5），CUR检测质量浓度的线性范围为0.1～10.0 μg/mL；PTX的定量下限为0.03 μg/mL；加样回收率为95.2%（n=6）；精密度试验中峰面积的RSD=1.32%（n=5）；24 h稳定性试验中峰面积的RSD=1.78%（n=5）；重复性试验中含量的RSD=1.89%（n=5）。
2.5.3 体外药物释放考察 取1 mL的PTX/CUR-BPGNR水溶液（质量浓度为40 μg/mL，以GNR计算）装入透析袋内（截留分子量3 500），放入10 mL以下4种释放介质中：①磷酸盐缓冲液（PBS）+聚山梨酯80（0.5%，m/V，下同）；②PBS+聚山梨酯80+NIR光照（功率为5.0 W/cm2，20 min下同）；③PBS+聚山梨酯80+30 U/mL PLE（模拟肿瘤细胞内高浓度酯酶环境）；④PBS+聚山梨酯80+NIR光照+30 U/mL PLE，37 ℃下水浴摇床中2 000 r/min振摇，分别于2、4、8、16、32、64 h取出 0.1 mL释放介质，然后补加等体积的相应新鲜释放介质，在每次补加释放介质后，对第二组和第四组给予20 min NIR光照。测定释放液中PTX和CUR的累积释放度，绘制释放曲线。4种介质中PTX和CUR从PTX/CUR-BPGNR中的释放曲线见图4。
由图4可以看出，当分别给予NIR照射和PLE时，PTX/CUR-BPGNR释放出游离的PTX和CUR的速度都加快。此外，当同时给予NIR照射和PLE时，PTX和CUR的释放速度最快，PTX和CUR的64 h累积释放度分别可达37.2%、39.1%。这表明PTX/CUR-BPGNR的药物释放具有NIR和酯酶响应性，能够在NIR照射和肿瘤细胞内高浓度酯酶等刺激下加快释放出游离PTX和CUR。
2.6 細胞毒性试验
将MCF-7/ADR细胞接种于96孔板中，24 h后，弃旧培养基，分别加入含有BPGNR、PTX、CUR、PTX/CUR混合物（2 ∶ 1，m/m）、PTX/CUR-BPGNR（PTX、CUR、BPGNR质量浓度分别为8、4、40 μg/mL）的培养基，并在加入药物后2、4、8、16、32、64 h对各组细胞分别给予20 min NIR光照（功率为5.0 W/cm2），另将不作任何处理的细胞作为阴性对照。所有细胞培养48 h后，每孔加入0.5 mg/mL的 MTT溶液 200 μL，避光孵育4 h后弃上清液，每孔加入200 μL二甲基亚砜溶解细胞内甲臜晶体。用酶标仪在570 nm波长处测定吸光度，计算细胞存活率（以阴性对照为100%计）。试验重复3次。5种样品的体外细胞毒性试验结果见图5。
由图5可知，BPGNR经过NIR照射后，对细胞存活率影响较小，仍为95.8%，这表明在给定功率NIR光照下该质量浓度的BPGNR对MCF-7/ADR细胞无明显毒性。经PTX和CUR处理的MCF-7/ADR细胞存活率分别为71.2%和91.9%，表明PTX对MCF-7/ADR细胞有较明显毒性，而CUR对MCF-7/ADR细胞毒性较小。当细胞暴露在PTX/CUR混合物中，细胞存活率显著降低至45.8%，表明PTX和CUR联用可增强对MCF-7/ADR细胞的杀伤作用。PTX/CUR-BPGNR处理过的MCF-7/ADR细胞存活率仅为22.5%，表明PTX/CUR-BPGNR有很强抗MDR肿瘤的作用。 2.7 對P-gp表达的影响
将MCF-7/ADR细胞接种于12孔板中，24 h后，弃旧培养基，加入含PTX、CUR、PTX/CUR的混合物（2 ∶ 1，m/m）、PTX/CUR-BPGNR（PTX、CUR、BPGNR质量浓度分别为8、4、40 μg/mL）培养基，并在加药后2、4、8、16、32、64 h对各组细胞分别给予20 min NIR光照（功率为5.0 W/cm2），另将不作任何处理的细胞作为阴性对照。所有细胞培养24 h后，细胞消化，离心洗涤，用反复冻融法裂解细胞，离心后收集细胞裂解上清液，按照P-gp ELISA检测试剂盒操作，测定各组细胞中P-gp表达情况。以阴性对照MCF-7/ADR细胞的P-gp表达为100%计，经PTX、CUR、PTX/CUR混合物、PTX/CUR-BPGNR处理后MCF-7/ADR细胞中P-gp的相对表达水平分别为105.6%、75.2%、73.8%、51.7%。可见CUR能显著抑制MCF-7/ADR细胞中P-gp的表达，这与文献报道一致[13-14]。 PTX/CUR-BPGNR对P-gp抑制作用最强，经过其处理的MCF-7/ADR细胞中P-gp表达水平仅为未经任何处理细胞的45.2%。这解释了在细胞毒性试验中，经PTX/CUR-BPGNR处理过的MCF-7/ADR细胞存活率显著降低的原因。
3 讨论
PTX和CUR联合治疗用于提高肿瘤治疗效果已有大量文献报道[9-10，15]，但有关其肿瘤MDR效果评价的研究报道目前较少。本研究首次提出将PTX和CUR通过LA作为桥梁，将二者键合到GNR上，制备得到共输送PTX和CUR的酯酶和NIR响应的纳米药物输送系统PTX/CUR-BPGNR。
接着笔者评价了PTX/CUR-BPGNR的体外药物释放行为、细胞毒性及其对MCF-7/ADR细胞P-gp表达的影响等。该载药系统对较低功率NIR和模拟细胞内浓度酯酶具有响应性，在这些条件刺激下能加速释放药物。细胞毒性试验显示，使用空白载体材料BPGNR在给定功率NIR照射下作用细胞，细胞存活率达到95.8%，这表明空白载体材料对MCF-7/ADR细胞毒性较小。在NIR照射下，PTX/CUR-BPGNR对MCF-7/ADR细胞有较强杀伤作用，细胞存活率仅为22.5%，起到较为显著的抗肿瘤MDR效果。P-gp表达检测则表明，CUR可抑制MCF-7/ADR细胞中P-gp表达水平，PTX/CUR-BPGNR可以提高CUR抑制P-gp表达的能力，从而起到增强抗MDR肿瘤效果。
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（收稿日期：2018-03-15 修回日期：2018-05-15）
（編辑：邹丽娟）