肝素在抗肿瘤药物递送系统中的应用

肝素是由高度硫酸化的糖醛酸及葡萄糖胺交替排列组成的天然多糖。1916年肝素在约翰霍普金斯医院首次被发现，当时科学家认为这种强抗凝类物质仅存在于肝脏，故将其命名为肝素。

肝素在体内多存在于肥大细胞颗粒中，相对分子质量一般为5.0×103至4.0×104。20世纪20年代，人们次尝试将肝素应用于临床输血，但由于当时技术水平的限制，肝素的粗提取物引发了严重不良反应，临床使用被迫中断。

1935年，Jorpes研究团队确定了肝素的基本结构单元，即为交替的糖醛酸和葡萄糖胺基组成的硫酸化二糖，同时还分离出较高纯度的肝素，为肝素的临床应用奠定了基础。1939年，肝素被美国食品及卫生管理局（FDA）批准应用于临床。肝素除了作为传统的抗凝剂外，亦可抑制肿瘤的转移。早在1930年，Takeuchi发现肝素可以影响移植瘤的生长，这一研究引发了科学家对肝素在抗肿瘤领域的关注，并且越来越多的实验数据证实肝素具有良好的抗肿瘤转移作用。

Agostino等在给大鼠静脉注射Walker 256癌肉瘤细胞前注射肝素，治疗组只有约35 %的大鼠出现肺转移，而对照组有约65 %的大鼠出现肺转移。临床实验中也观察到类似结果，Kakkar等在一项对1 250名肿瘤患者进行的研究中发现，在围手术期进行肝素治疗患者转移性癌症死亡率为9.2 %，明显低于未进行肝素治疗组的死亡率（21.4 %）。然而，研究人员发现将肝素应用于非抗凝领域时，在使用过程中存在一定的出血风险，严重时可能危及患者生命。为解决这个问题，研究人员对肝素的抗凝机制开展了大量研究，并在1976年发现并非肝素分子的所有部分都具有抗凝活性。

1978年，出现了低分子量肝素（LMWH）即肝素经裂解后得到的分子量较低的肝素衍生物；4年后Kakkar等首次发表了有关LMWH的临床研究。

目前，LMWH主要由普通肝素（UFH）经过化学降解或生物酶解获得。与UFH相比，LMWH保留了抗血栓功能，但抗凝血作用显著降低。随着对肝素抗肿瘤转移功能的深入研究，目前已有大量工作报道了以肝素及其衍生物作为药物载体在抗肿瘤治疗中的意义和优势。

肝素抗肿瘤转移的作用机理肿瘤转移是涉及侵袭-转移级联的多步骤复杂过程，一般包含原发瘤的生长、肿瘤新生血管形成、肿瘤细胞脱落进入循环系统、到达靶部位形成新转移灶等过程。

肝素抑制肿瘤转移的机理包括：通过下调血管内皮生长因子（VEGF）的表达抑制新生血管形成、与硫酸乙酰肝素蛋白聚糖（HSPG）竞争乙酰肝素酶（HPA）结合位点抑制胞外基质（ECM）与基底膜（BM）的破坏、抑制P-和L-选择素介导的血小板、白细胞与肿瘤细胞之间的黏附进而阻断肿瘤细胞进入血液循环、抑制上皮细胞-间充质转化（EMT）等。由于肝素本身对肿瘤细胞的杀伤作用有限，常与其他化疗药物联用以发挥抗肿瘤及抗肿瘤转移的功能，实现“1+1＞2”的治疗效果 。

1.减弱凝血功能

晚期癌症患者常表现出血液高凝，即肿瘤细胞通过产生促凝血蛋白、炎性细胞因子、黏附分子激活止血系统；同时，凝血蛋白可直接作用于内皮细胞与肿瘤细胞来参与肿瘤生长的增强。临床数据证明抗凝剂的使用可以减缓癌症的进程，例如在对小细胞肺癌患者进行放化疗的同时联合给予抗凝血药物华法林钠可延长患者的生存期。肝素具有同样的效果，1994年Lebeau等发现皮下注射肝素有助于提高小细胞肺癌患者的生存率。

 2.抑制新生血管生成

肿瘤新生血管形成是肿瘤组织生长与转移的必要条件。1971年美国科学家Judah Folkman提出“肿瘤血管新生”学说，该理论认为新生血管为肿瘤提供生长所必需的营养物质，如果通过药物抑制肿瘤血管生成，也就阻断了肿瘤获取营养物质的途径，进而达到抑制肿瘤生长的目的。肿瘤细胞可通过释放一系列生长因子如VEGF与血管内皮细胞上特异性受体相结合，促进肿瘤血管生成。肝素可以下调VEGF的表达，抑制新生血管的形成 。

3.抑制乙酰肝素酶活性

ECM与BM是支持细胞形态发生、分化和肿瘤生长的支架。

肿瘤发生侵袭与转移首先要穿过ECM与BM。肿瘤转移初期，肿瘤细胞之间的黏附性降低，导致部分肿瘤细胞从肿瘤组织中脱落，脱落的癌细胞通过直接分泌或者间接诱导宿主细胞分泌多种酶破坏ECM与BM的完整性，进而到达血管，进入血液循环。

HSPG是ECM与BM的重要结构，HPA是目前已知体内唯一可降解HSPG中的硫酸乙酰肝素的内源性D-葡萄糖醛酸内切酶。通过破坏ECM与BM的完整性，HPA可促进肿瘤细胞的侵袭和转移。肝素含有可被HPA降解的结构单元，通过与HSPG竞争HPA结合位点，延缓HPA降解ECM与BM的速率，来抑制肿瘤转移 。

4.抑制P-和L-选择素

肿瘤细胞脱落后进入血液循环系统，其中的小部分癌细胞可与血小板结合形成微血栓，在微血栓的保护下肿瘤细胞能够逃避免疫系统的攻击，进而到达机体其他部位形成转移灶。

选择素在肿瘤细胞与血小板形成微栓塞以及介导肿瘤细胞与血管内皮细胞黏附过程中发挥着重要作用。机体内存在3种选择素，分别为P-选择素、L-选择素和E-选择素。肝素及其衍生物可干扰P-和L-选择素介导的血小板、白细胞与肿瘤细胞之间的黏附，阻断肿瘤细胞进入血液循环发生转移。

P-选择素主要介导肿瘤细胞与血小板黏附过程，L-选择素在白细胞与肿瘤细胞黏附过程中发挥着重要作用。Borsig等研究发现在P-选择素缺陷小鼠体内, 血小板不能黏附到肿瘤细胞表面，肿瘤生长显著减慢，静脉注射肿瘤细胞肺转移情况减少；L-选择素缺陷小鼠体内结肠癌转移减弱，进一步研究发现 在P-、L-选择素双缺陷鼠中肿瘤转移进一步减弱。

5.抑制上皮细胞-间充质转化

肝素亦具有抑制EMT的能力。在肿瘤发展过程中，EMT通过增强细胞的迁移性、侵袭性与抗凋亡能力，参与肿瘤的发生与转移，肿瘤干细胞能够在间充质细胞和上皮细胞状态之间进行转换，被认为是转移、化疗和临床复发过程中的关键因素。Ponert等研究表明在治疗浓度下，UFH与LMWH可以消除或部分减少胰腺癌和前列腺癌细胞 的EMT过程，使肿瘤侵袭能力减弱。