癌症是威胁人类健康和生命的重大疾病，21世纪以来，癌症总体发病率和死亡率呈明显上升趋势[1]。癌症的传统诊断往往具有滞后性，致使延误了最佳治疗时期[2]。因此，对癌症进行早期监测并实施有效的治疗已成为研究的热点。纳米材料又被称为超微颗粒材料，大小介于1～100nm之间，具有表面效应、宏观体积效应和量子尺寸效应等[3]。其中，纳米银的应用最为广泛，银被加工成纳米银后，原子排列表现为处于分子和固体之间的“介态”，比表面积大，具有强表面活性和强催化性能[4]，同时还具有良好的光学、电学和生物学性质。癌症区域血管与正常血管相比，结构完整性较差，血管内皮间隙更宽，加速了血浆蛋白和其他大分子的渗出，因此纳米粒子能够较好地通透血管壁并滞留在癌症组织中，有利于实现纳米药物对癌症组织的靶向治疗，降低对周围正常细胞的损伤[5]。此外，银本身就具有毒性，进入癌细胞后还能通过产生银离子进一步造成细胞毒性[6]，从而增加了纳米银对癌细胞的杀伤力。随着纳米技术的迅猛发展，基于纳米银的癌症诊断和靶向治疗技术随之兴起。纳米银的光学特性和抗癌活性已经在癌症诊疗的各个方面得以应用，且临床研究[7]已证实其在一定剂量下对人体相对安全，因此基于纳米银的纳米医学技术为癌症的早期诊疗提供了可能性。本文对纳米银的光学特性及其在癌症诊断、治疗中的应用进行介绍。

一、纳米银的光学特性

纳米银具有表面增强拉曼光谱的光学特性，拉曼光谱是指当光照射在物质上时，光子与物质分子相互作用，光在散射后频率发生改变而产生的光谱[8]。近年来，利用贵金属作为拉曼光谱衬底的表面增强拉曼散射技术受到人们的高度关注[9]。表面增强拉曼光谱不但具有灵敏度高的特点，还具有选择性好、抗干扰性强、样品无需特殊处理等优点[8]。在已发现能产生表面增强拉曼效应的少数贵金属（包括金、银、铜等）中银的拉曼信号增强效应最强[9]。当一些分子靠近或者吸附于纳米银表面时，其拉曼信号会得到极大增强，能够理想地解决普通拉曼散射敏感度低的问题，从而更易于分析目标分子的结构信息[10]。关于表面增强拉曼散射的机制说法众多，其中电磁场增强机制是最常见的一种，此外，化学模型、电荷转移模型和活性位模型也被研究者提出并广泛接受[8]。

纳米银表面增强拉曼散射的效果受多种因素的影响[11]。纳米银粒子的形貌不同，其表面增强拉曼散射的效果也不同。易早等[12]在玻璃基底表面制备了球形、薄片形、不规则多面体型以及不规则型等多种形貌的纳米银，研究发现，当活性基底由薄片形纳米银组成时，增强因子最大，表面增强拉曼散射效果最好。此外，纳米银沉积的基底不同，其表面增强拉曼散射的效果也不同。赵淑慧等[13]将纳米银溶胶沉积在硅片、玻璃和二氧化钛薄膜上制备出了3种不同的表面增强拉曼散射基底，考察这3种基底表面增强拉曼散射的效果。研究结果表明，沉积在硅片上的纳米银表面增强拉曼散射效果最好，且制备简单，均匀性和重复性好。外来酸碱、时间、温度等也是影响纳米银表面增强拉曼散射效果的重要因素，李秀明等[14]通过实验发现，低温环境下，纳米银溶胶两个月内能保持相对稳定，表面增强拉曼散射效果较好；两个月后，纳米银稳定性显著下降。在高温环境下，纳米银溶胶极易失活。加入酸碱后，纳米银颗粒凝聚，表面增强拉曼散射效果较差。由此可见，影响纳米银表面增强拉曼散射效果的因素有很多，在实际操作中应选取最佳的处理方案。

二、纳米银在癌症诊断方面的应用

对抗癌症的关键是及时诊断并且有效治疗，然而患者早期大多无明显不适症状，起病原因也时常难以发现，且传统的影像技术难以捕捉极其微小的癌灶，致使延误了癌症的治疗[15]。纳米银可作为拉曼散射的衬底，具有表面增强拉曼散射的作用，利用这一光学效应可将纳米银用于癌症诊断[16]。有多项研究[17,18,19,20,21,22,23]报道，纳米银可用于结直肠癌、鼻咽癌、胃癌、宫颈癌、食管癌和前列腺癌等癌症的早期检查和临床诊断。

纳米银作为拉曼光谱的衬底具有3种存在形式[8]。纳米银可被制成胶体悬浮液以增强拉曼散射，胶体悬浮液可通过化学还原法、化学取代法、声分解法等方法制得。BROZEK等[10]将表面增强拉曼散射技术应用于人乳腺癌切片，分析纳米银胶体颗粒发现，通过记录纳米银有效增强的指纹振动，可得到清晰可辨的人乳腺癌组织的高强度拉曼光谱。纳米银还可以附着在基片上作为拉曼散射的衬底，封昭等[24]将经氟化氢处理过的硅片浸入硝酸银溶液，待银离子在硅表面还原生成岛状纳米膜后，滴加前列腺特异性抗体（anti-PSA）溶液，即制备得到链接anti-PSA分子的免疫基底。将探针、纳米银基底与前列腺特异性抗原（PSA）组合成为“三明治”结构，进行基于表面增强拉曼散射的免疫检测实验。结果表明，此法组成的“三明治”结构检测效果较好，PSA的检测灵敏度较低，可用于前列腺癌的早期检测和诊断。此外，还可以在固体基板上直接生成纳米银用于表面增强拉曼散射，有研究者优化了脉冲双电位法，利用电化学沉积法制备了银树枝状纳米结构薄膜并将其用于结直肠癌患者的血浆检测[17]。研究结果表明，此法制得的纳米银表面增强拉曼散射效果极佳，具有较高的灵敏度，为结直肠癌的检测提供了一种快速、廉价的方法。由此可见，纳米银在癌症诊断方面具有广阔的应用前景。

三、纳米银在癌症治疗方面的应用

1、纳米银的生物合成

与化学合成的纳米银相比，生物合成的纳米银生物相容性好，且其形状和尺寸能够得到较好的控制[25]，抗癌效果更佳，在癌症治疗方面潜力巨大。RIJUTA等[26]首次报道了利用石榴叶提取物合成纳米银的新方法，并证明了其对人肝癌细胞有抑制作用，且抗癌活性与纳米银的使用剂量相关。GUO等[27]以咖啡酸为还原剂和稳定剂合成纳米银，合成的纳米银具有体积小、分布窄、表面负电荷高、在水溶液中稳定等特点，能够有效抑制癌细胞的生长，可作为肝癌治疗的潜在替代药物。JEYARAJ等[28]以桔梗提取物为还原剂合成纳米银，研究表明其会对人乳腺癌细胞MCF-7造成不良影响，实验还观察到纳米银通过产生活性氧诱导DNA损伤，此法合成的纳米银对乳腺癌的治疗具有潜在价值。

2、纳米银的抗癌活性及其抗癌机制

纳米银的抗癌活性一直备受关注，大量的实验已经证实了纳米银的抗癌活性，其抗癌机制也在不断地探索中并趋于成熟，见图1。有研究[29,30]显示,纳米银主要通过内吞作用进入癌细胞，由于其体积微小，也能通过血脑屏障。它们通过降低线粒体功能、产生活性氧、释放乳酸脱氢酶、诱导细胞周期失调、诱导Bax等凋亡基因的上调、微核形成、染色体畸变和DNA损伤等途径对癌细胞产生毒性。在细胞形态上表现为细胞破裂、聚集、收缩、不贴壁、膜稳定性丧失等细胞死亡的特征[31]。

研究者们对肺癌细胞进行了大量实验，证实了纳米银的抗癌活性，且对纳米银的抗癌机制提出了较多见解。潘晓芳等[32]发现纳米银作用于肺癌A549细胞48h后，部分细胞的轮廓逐渐模糊并且皱缩，体积变小变圆，形成不规则形状，随着纳米银浓度的增加，凋亡的A549细胞增多。并且通过体外实验证实，纳米银能够使A549细胞的细胞周期阻滞于G2/M期，使P21、P53基因表达紊乱并诱导凋亡因子的表达，通过多靶点作用抑制癌细胞生长。与此类似，BLANCO等[33]发现在肺癌A549细胞中，每日低剂量的纳米银或单次高剂量的纳米银暴露72h，会降低P21、P53、MDM2和caspase-3等基因和蛋白的表达，增加活性氧的生成和造成DNA损伤，从而抑制癌细胞的增殖。HE等[34]采用MTT法和台盼蓝法对人肺癌细胞H1299进行体外毒性实验，发现纳米银对H1299细胞具有剂量依赖性毒性和促进细胞凋亡的作用，纳米银通过抑制H1299细胞相关核因子-κB的活性，减少bcl-2和增加caspase-3的表达来促进癌细胞的凋亡。该研究首次证实了绿色合成的纳米银对肺癌的体内外抗癌活性，且其抗癌活性受多种因素的影响，包括表面活性剂、反应物和反应条件等。

纳米银对人结直肠癌细胞的抗癌机制正在探索中，ROSHNI等[35]采用硝酸银为原料，利用植物提取物合成了纳米银，并对其进行一系列表征和抗癌活性评价。结果表明，纳米银能通过增加活性氧的生成对人结直肠癌细胞HT-29造成损伤。此外，活性氧的增加还能使基因毒性应激和P53基因上调，最终诱导癌细胞凋亡。SATAPATHY等[36]研究了植物源性纳米银诱导人结肠癌细胞凋亡的过程，证实了纳米银的抗癌活性，且发现植物源性纳米银比单一的纳米银具有更高的抗癌活性，在低剂量时就具有较高的抗癌潜力，其抗癌机制涉及应激活化蛋白激酶（JNK）的激活、细胞色素C的释放、活性氧的产生以及线粒体膜电位的降低等。

图1纳米银的抗癌机制[29]

纳米银对胃癌、肝癌以及前列腺癌等众多癌细胞的抗癌机制也在被科学家们不断发现，SIRONMANI等[37]采用体外侵袭实验测定纳米银对胃癌细胞的侵袭能力，发现纳米银的干预导致胃癌细胞的增殖能力显著降低，存活率降至5%～10%，证明纳米银具有较好的抗癌活性。氧化应激和活性氧在癌症中起着至关重要的作用，过氧化氢酶与超氧化物歧化酶还有谷胱甘肽过氧化物酶共同构成对抗氧化应激的主要防御机制。为了了解纳米银对氧化应激的影响，SIRONMANI等[37]测定了过氧化氢酶的活性，结果发现纳米银处理后的胃癌细胞中过氧化氢酶活性比未处理的对照组的胃癌细胞低，表明纳米银能通过增加氧化应激诱导癌细胞凋亡。此外，实验还表明纳米银能增加活性氧的生成，从而说明纳米银能通过调控氧化应激和活性氧的生成抑制癌细胞增殖。PRASANNARAJ等[38]评估了纳米银对人肝癌细胞HepG2和前列腺癌细胞PC3两种细胞株的抗癌活性，研究发现，纳米银能通过增加活性氧水平，降低线粒体膜电位以及损伤癌细胞基因组DNA导致癌细胞死亡。

3、纳米银在癌症治疗中的应用

纳米银可作为一种抗增殖药物直接应用于癌症治疗，由于癌细胞具有高通透性和滞留效应，再加上纳米银本身对细胞膜具有一定的破坏作用，纳米银较容易进入靶细胞，并且在癌细胞中富集，但可能会对正常细胞产生细胞毒性，因此有研究者将纳米银固定到载体上以减少其对正常细胞的毒性。HAN等[39]利用AgNPs@UiO-66(DMF）作为溶剂和还原剂，在基于锆（Zr）的UiO-66金属有机框架（MOFs）中捕获银离子并将其还原为活性纳米银。实验数据表明，UiO-66可以固定游离纳米银，并作为纳米银的储层释放到溶液中。此复合物对肝癌细胞SMCC-7721和子宫颈癌细胞HeLa两种癌细胞的生长均具有较强的抑制作用，能够诱导癌细胞的凋亡。UiO-66具有优异的化学稳定性和生物相容性，提高了纳米银的生物利用率，不仅保持了纳米银对癌细胞的治疗效果，还降低了化疗中游离纳米银的用量，进而减少对周围正常细胞的损伤，这预示着纳米银-载体复合物在癌症治疗中的应用前景广阔。

纳米银也可以和药物结合用于癌症治疗，增加药效，从而减少药物的需求量，降低化疗药物的副作用。喜树碱及其衍生物作为拓扑异构酶的抑制剂对多种癌症具有治疗作用，YUAN等[40]研究了喜树碱和纳米银在人宫颈癌细胞中的协同组合效应，结果发现纳米银和喜树碱联合应用可显著抑制宫颈癌细胞的增殖。顺铂是一种癌症化疗药物，能有效抑制癌细胞的增长。RAMEZANI等[41]首次提出了纳米银增强顺铂诱导癌细胞凋亡的新策略，研究结果表明，纳米银作为顺铂的化学增敏剂，与顺铂联合使用时，副作用更少，效率更高，比单独使用顺铂或纳米银具有更强的诱导癌细胞凋亡的作用。YUAN等[42]以白藜芦醇为还原剂和稳定剂合成了纳米银，然后将吉西他滨和纳米银联合作用于人卵巢癌细胞A2870，发现吉西他滨和纳米银具有协同作用。通过一系列细胞实验评估了吉西他滨和纳米银联合应用的效果，结果发现吉西他滨和纳米银的联合使用可以有效抑制A2870的增长，此项研究对卵巢癌的综合治疗有着指导性意义。组蛋白去乙酰化酶抑制剂被认为是一种新型的癌症治疗药物，可以诱导多种癌细胞周期阻滞和凋亡。IGAZ等[43]研究了组蛋白去乙酰化酶抑制剂和纳米银在子宫颈癌细胞HeLa中的组合效应，发现两者联用对癌细胞的生长和迁移具有协同抑制作用，证明了组蛋白去乙酰化酶抑制剂和纳米银联合应用于子宫颈癌治疗的潜在优势。ZHANG等[44]用克劳西杆菌合成纳米银，并将其与盐霉素联合应用于卵巢癌细胞，实验结果表明，纳米银和盐霉素对卵巢癌细胞的凋亡和自噬有较强的协同作用，表明联合应用可提高卵巢癌的治疗潜力。BHANUMATHI等[45]研究了纳米银-盐酸小檗碱复合物对乳腺癌细胞的作用，发现盐酸小檗碱可以很容易地加载到纳米银中并作为乳腺癌的潜在抗癌药物。小结随着纳米技术的发展，纳米银在生物医学方面的研究越来越深入，应用也越来越广泛。纳米银具有优异的光学特性，利用其表面增强拉曼光谱的性质可以探测到极其微小的癌灶，对癌症的早期诊断有指导性意义。生物合成的纳米银生物相容性和可调控性好，在癌症治疗中应用前景广阔。纳米银的抗癌活性已在大量实验中得到证实，纳米银与药物的联用能够增加药效，有效杀伤癌细胞，进而减少药物的使用量以减少对周围细胞的损伤。随着以纳米银为核心的高效癌症诊疗方法的成熟，纳米银将为纳米医学的发展做出更大的贡献。

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基金:江西省科技计划项目(20151BBG70077)