血管内药物涂层支架制备及应用的研究进展
【关键词】 血管内支架 药物涂层 血管内再狭窄 综述
随着血管内支架植入术的广泛应用，由之而带来的支架植入术后血管再狭窄问题越来越受到人们的重视。研究表明，引起支架内再狭窄（ISR）的因素不尽相同，如血管内膜损伤、血栓形成、支架邻近血管重塑、炎症、愈合、基因等，但是目前公认的ISR形成机制除血管壁在血管扩张后弹性回缩和血栓形成外，损伤所诱导的血管平滑肌细胞（VSMC）过度增殖并向内膜迁移起关键作用[1]。近年来，针对ISR的各种发生机制已经研制出了多种药物涂层支架。药物涂层支架，即在血管内支架外涂一层药物膜进行药物持久的释放来达到和预防目的。这种金属支架表面被涂以某种多聚物，并在此基础上结合有治疗作用的药物，该药物涂层支架植入血管内后药物能在血管局部缓慢释放，并通过不同的机制发挥作用，从而达到治疗和预防的目的。作者针对药物涂层支架的制备方法、种类和特点的研究进展及其在临床应用中的有效性和亟待解决的问题作一综述。
1 药物涂层支架的制备
药物涂层支架主要由支架、基质和药物3部分组成。主体是支架，成分多为不锈钢或合金，也可为生物材料。基质是用可被生物降解的多聚物制备而成，多聚物多选用生物相容性好的材料，以减少炎症反应的发生率，在体内随着多聚物的降解，携带的药物可被缓慢释放出来。因此，多聚物即是带药载体，也是药物的控释平台。常用的药物涂层支架制备方法分为浸涂法和喷涂法两种。
1．1 浸涂法
药物涂层支架的制备方法主要为浸涂法，该方法是将不锈钢裸支架置于载体聚合物和药物的混合溶液中,药物通过聚合物载体和金属支架间的结合力吸附于支架。Nakayama[2]以浸涂法制备了FK506和肝素药物涂层支架。谭丽丽等[3]采用溶液聚合法制备了改性的聚甲基丙烯酸树脂（以甲基丙烯酸甲脂与甲基丙烯酸、甲基丙烯酸丁脂共聚得到），并将其作为支架表面载药涂层的药物载体聚合物，再以浸涂法将不锈钢支架放入一定浓度的载体聚合物和药物共混溶液中，30 min后提拉出溶液,放入真空干燥箱内烘干去除溶剂得到支架表面的药物涂层，利用红外光谱及核磁共振波谱分析共聚物的成分,并评价了其物理性能、生物稳定性以及药物的释放性能，结果表明所制备的涂层具有较好的生物稳定性,甲基丙稀酸和甲基丙稀酸丁脂的加入提高了聚合物的物理性能,尤其是涂层与金属基体的结合力，所制备的药物释放涂层具有缓释药物的功能,释放周期超过15 d，聚甲基丙稀酸树脂的载药涂层在生物稳定性、物理性能及药物释放性能等方面满足了支架表面涂层的使用要求。浸涂法制作工艺相对简单易行，涂层坚固，过程也便于调节，因此较为实用，但是对于形状结构较复杂的支架容易出现材料汇聚或凝结的现象。
1．2 喷涂法
将适量的药物和聚合物混合后再加入溶剂四氢呋喃，超声后溶解作为载药涂层液。不锈钢支架清洗干净，并用稀盐酸腐蚀后采用气体喷雾法将载药涂层液喷涂于支架表面，60 ℃固化，反复数次。在37 ℃ PBS中进行体外释放动力学研究,考察涂层各因素对释放动力学的影响。结论是优化的涂层支架可持续释放35 d 左右,释放度可达90 %以上，并可通过多种因素调节药物的释放。喷涂法制作的涂层厚度均一，可以有效减少材料汇聚或凝结的现象，并且有利于涂层的再修饰，但其速度较慢，需要气流和环境的控制，对材料的耗费也较大。
2 血管内药物涂层支架的常见种类
载药血管内支架根据构成不同可分为很多类型，常根据所携带的药物及其所发挥的作用不同分为以下几种。
2.1 抗血栓作用的肝素涂层支架
肝素是硫酸葡萄糖胺糖,高度带负电,并能与抗凝血酶Ⅲ结合使其构型改变,故肝素是间接凝血酶抑制剂,并具有促纤溶、降血脂、抗炎、抑制白细胞趋化、抑制平滑肌细胞增殖等作用,因而肝素不仅能抑制急性和亚急性支架内血栓形成,而且对中晚期ISR也有一定作用。 肝素涂层支架是在聚合物的介导下使肝素包裹于支架上,处于稳固状态,不易被血流冲洗而抗凝特性不受影响,肝素分子片段的另一端则伸入血流，保留结合抗凝血酶Ⅲ的活性位点。因此在支架达到病变部位的同时肝素也到达病变处，并可持续作用,保证了局部较高的浓度,以达到抗血栓形成的目的。因现在的支架均为金属材料,金属与带负电荷的血液接触可促进凝血过程,而肝素高度带负电荷,血液相容性好,能减少血栓形成,进而降低再狭窄率[4]。 但是也有研究表明，肝素涂层支架能诱发较严重的局部血管炎症反应和刺激内膜过度增殖，而且还有人发现肝素涂层支架可诱导机体产生肝素相关抗体并导致病人发生肝素诱导的血小板减少症，故肝素涂层支架的应用要慎重地权衡利弊。
2.2 抗炎症作用的地塞米松（DEX）涂层支架
DEX是一种类固醇药物,具有抗炎及免疫抑制作用,DEX药物支架利用可以降解的多聚物作为载体(基质),通过物理方法溶解药物于基质中,将多聚物(基质)均匀覆盖在支架上。研究表明DEX能明显抑制新生内膜增生,但目前尚未排除是由于支架基质多聚物作为被膜起屏障作用,而阻止中膜平滑肌细胞向内膜迁移的因素。根据Lincoff等的报道,DEX?PLLA涂层支架并不能减少猪冠状动脉新生内膜的增生。基于DEX?PLLA涂层支架的STRIDE试验是一项多中心、非随机对照的临床研究,共选择71例病人,随访6个月，结果表明,主要不良心脏事件发生率为3.3%,ISR发生率为13.3%,病人的心绞痛症状得到明显改善[5]。目前该支架已完成临床前研究，多个多中心临床试验正在进行，有望进入临床应用。
2.3 抗增殖作用的涂层支架
2.3.1 紫杉醇涂层支架 紫杉醇(paclitaxel)是一种具有独特抗癌活性的化合物，其细胞毒性能特异性地与细胞中微管和β?微管蛋白结合,促进微管形成,拮抗β?微管蛋白的解聚,从而阻止微管断裂而阻断细胞分裂。其机制是使细胞发育停止于G0/G1期,从而抑制血管平滑肌细胞的分裂、增殖、迁移和信息传输,减少再狭窄的发生。紫杉醇还能通过抑制血小板源性生长因子对血管平滑肌的刺激,抑制平滑肌细胞的增殖与迁移[6?7]。由于紫杉醇呈脂溶性，易通过细胞膜,而且抗平滑肌增殖的剂量远小于抗肿瘤（大约低100倍）的剂量[8]，所以非常适用于通过涂层支架局部用药来减少全身的毒副作用。
Drachman等[9]将紫杉醇与多聚丙交脂/多聚己乙酰酮结合，制备成涂层支架植入兔双侧髂动脉内皮剥脱处，28、56及180 d后涂层支架的平均新生内膜面积较裸支架组明显减少（P＜0.05）。Heldman等[10]将不同剂量的紫杉醇涂层支架分别植入到猪心冠状动脉的左前降支中，4周后冠状动脉造影显示，各组新生内膜面积随着紫杉醇剂量的增加而减少（各组间P＜0.05），其中大剂量组较裸支架组减少了39.5%（P＜0.05）。Gersblick等[11]报道了欧洲紫杉醇涂层支架评价（ELUTES）研究结果：将192例冠状动脉病变患者随机分为裸支架组和4种不同剂量的紫杉醇支架组，用药6个月后冠状动脉造影显示，ISR面积达50%以上的发生率裸支架组为21%，紫杉醇最高剂量组为3%（P=0.055）；紫杉醇涂层支架组的平均管腔狭窄程度较裸支架组明显减轻；而主要心血管不良事件发生率在涂层支架组与裸支架组间无明显差异。
TAXUSⅠ试验是对有聚合物涂层的紫杉醇支架进行的前瞻性、双盲、随机研究。Grube等[12]将58例患者随机分为2组，一组为紫杉醇支架组，一组为裸支架对照组。6个月后行血管造影及IVUS随访显示，紫杉醇支架组无ISR发生，对照组ISR的发生率为10%。与对照组比较，紫杉醇支架组直径狭窄减少52%，两组均无边缘狭窄效应及血栓形成。TAXUS Ⅱ试验为进一步的安全性和有效性研究，将536例第1次介入治疗的患者分为紫杉醇缓慢和中速释放2组，用药6个月后结果显示，无论缓慢释放还是中速释放的紫杉醇支架组均明显优于裸支架对照组。TAXUS Ⅲ试验[13]是选择性针对血管直径在3.0 3.5 mm、狭窄在50% 90%、病变长度≤30 mm的试验，共28例患者，于ISR病变处安置1个或多个紫杉醇支架，6个月时25例血管造影、17例血管内超声检查显示：无急性血栓形成，1例慢性血管完全阻塞，3例再狭窄，2例边缘狭窄，8例发生心脏不良事件。该实验初步表明，紫杉醇涂层支架治疗ISR安全有效，如果能在血管内超声引导下使支架能完全覆盖靶病变，可能会减少靶病变血管重建术的次数。
2.3.2 雷帕霉素涂层支架 雷帕霉素为一种亲脂性大环内脂类抗生素,易通过细胞膜,具有较强的免疫抑制作用和抗细胞增生作用。雷帕霉素与胞浆中FK结合蛋白(FKBPs)结合形成复合体,该复合体再与 mTOR(mammaliantargetofrapamycin)发生相互作用,通过(1)抑制核糖体蛋白S6及其底物(CREM家族)的活化,从而抑制核糖体蛋白和延长因子的翻译; (2)抑制4E?BP磷酸化,阻止eIF4E的释放，从而阻止蛋白质翻译的起始；(3)提高p27的水平，抑制 p27从cdk/cyclin 复合物解离，显著抑制 cdk4/cyclinD和 cdk2/cyclinE 复合物的激酶活性。p27水平的升高，能够诱导细胞分裂停滞于增殖周期的G1期。同时研究发现，雷帕霉素具有高选择性的双重作用机制，既可有效防止内膜增生，又可降低炎症细胞的活性[14]。雷帕霉素作为药物涂层有其显著的特点：（1）药物的安全剂量范围宽（35 430 mg）;（2）预防ISR有双重机制，能选择性地抑制细胞增殖，而对血管再内皮化无抑制作用，同时能显著减少局部血管壁细胞因子的产生和炎症细胞的激活；（3）仅产生细胞周期阻滞作用而无细胞毒作用，因而对血管壁的愈合不产生影响。
近期的FIM、RAVEL及SIRIUS试验相继证实雷帕霉素涂层支架可明显降低血管再狭窄。FIM试验[15]为使用雷帕霉素涂层支架的小样本、前瞻性临床试验,选用了45例稳定性心绞痛患者，2年冠状动脉造影随访再狭窄率为0,主要心脏不良事件发生率为10%。RAVEL试验[16]为一随机、双盲、对照多中心临床试验，试验选取了238例原位冠状动脉低风险病变患者,金属支架对照组1年随访再狭窄率为26.1%,主要心脏不良事件发生率为28.8%,而雷帕霉素涂层支架组1年随访再狭窄率为0,主要心脏不良事件发生率为5.8%，进一步证实了雷帕霉素涂层支架的有效性。 SIRIUS试验[17]为一入选例数更多（ 1 100例）的大型随机临床试验，术后8 个月冠状动脉造影分析显示支架段再狭窄率在雷帕霉素支架组为3.2%，对照组为35.4%。支架边缘（支架两端各5 mm以内节段）再狭窄率雷帕霉素支架组为8.9%，对照组为36.3%。该研究同时也再次证实了雷帕霉素涂层支架的安全性：如急性、亚急性或晚期血栓发生率，冠状动脉血管瘤的发生率，住院期间的主要心脏不良事件及心肌梗死发生率均未增加。E?SIRIUS试验是一项多中心、随机、双盲的临床试验,该试验随机入选了欧洲 352例患者,其中 18.9%糖尿病，36.4%多支病变，34.3%使用重叠支架,术后 9个月时雷帕霉素涂层支架组生存率为92%,对照组为 77%,表明雷帕霉素药物洗脱支架在高危病变中的有效性。众多研究表明雷帕霉素涂层支架在大多数临床情况下应用的安全性和有效性,术后再狭窄及靶血管再次TLR的发生率显著低于裸支架组。
目前还研制出了雷帕霉素衍生物的涂层支架，如Mytrolimus药物涂层支架，体外细胞评价显示其抑制平滑肌细胞的增殖作用更强。邱洪等研究观察了Mytrolimus支架对小型猪冠状动脉模型ISR的预防效果，Mytrolimus组新生内膜面积比裸支架组少了55.33%，且Mytrolimus组无一例再狭窄，故得出Mytrolimus支架在植入小型猪冠状动脉4周时可以有效抑制内膜增生、预防冠状动脉实验性ISR的结论[18]。
2.4 基因药物涂层支架
诸多细胞分子水平研究表明,血管内支架术后狭窄的形成与多种细胞因子基因的参与有关,例如,血小板源性生长因子、转化生长因子 、肿瘤坏死因子和γ?干扰素等。目前应用转基因技术，已筛选出了某些能有效防止或减轻再狭窄的基因或寡核苷酸，并构建了能够高效转染血管壁的腺病毒载体和质粒载体，将目的基因连接至载体内并使之“固定”于支架上，在支架植入过程中含有目的基因的载体转染血管内皮细胞，通过载体的复制产生大量有生物活性的物质，促进内皮细胞修复、血栓溶解，抑制平滑肌细胞的增殖从而防治再狭窄。例如，应用蛋白涂层支架携载腺病毒介导的PRO?UK基因有效转染小型猪的冠状动脉（中层转染率高达38.6%），3个月后，经冠脉造影和组织病检查可见基因转染组无一例再狭窄发生，而对照组全部发生再狭窄。而且蛋白涂层支架转基因具有高度特异性，安全有效。近年来的初步临床实验显示，基因有可能成为解决再狭窄的突破点之一。
2.5 纳米药物涂层支架
纳米药物是指以纳米级高分子载体与药物以一定方式结合在一起后制成的药物，也可以是直接将原料药物加工制成的纳米粒，其粒径可能超过100 nm，但通常应小于500 nm。纳米药物的粒径使它具有特殊的表面效应和小尺寸效应，与常规药物相比，它颗粒小、表面反应活性高、活性中心多、催化效率高、吸附能力强。因此，纳米药物具有能够提高生物利用度，减少用药量，减轻或消除毒副作用的特点。倪中华等[19]结合了载药纳米颗粒和血管支架各自在治疗心血管再狭窄方面的优点，应用载药纳米颗粒与血管支架自组装的方法，制作出了新型的纳米颗粒载药涂层支架，并取得了初步的成果，为研制纳米药物涂层支架提供了新的可能方案。纳米药物涂层支架为药物涂层支架的研究开拓了新的思路，随着研究的不断深入，纳米药物涂层支架可能会给治疗血管内再狭窄带来更好的效果。
3 评 价
从目前的研究看,血管内药物（特别是抗增殖药物）涂层支架的初步临床实验的确取得了显著的效果,已成为当前最有希望降低再狭窄发生率的手段,但是ISR是一个多因素的复杂问题,药物涂层支架的研究和应用还处于探索阶段,正确地评价药物涂层支架将有赖于大样本的临床试验。例如,药物涂层支架的短期疗效已被肯定,但其长期疗效还未得到完全的肯定。另外就是对药物涂层支架安全性的肯定,长期应用后是否会导致血栓、动脉瘤、支架移位等并发症还需进一步观察。再就是大多数药物涂层支架的研究只是证明了药物涂层支架治疗简单新发病变的效果非常显著,但对于临床上较常见的复杂病变(如糖尿病、完全闭塞病变、血栓病变、长病变、小血管病变等)至今还没有充分的依据来证明其疗效。
综上所述,血管内药物涂层支架的使用应该建立在大规模、多中心、随机、对照的临床研究基础上,同时只有研制出更好的具有生物相容性和符合血管内皮修复特性的支架,才能进一步提高药物涂层支架治疗血管内再狭窄的疗效。
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