［摘要］ 血腦屏障（BBB）是中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病藥物治療面臨的主要瓶頸，它可保護大腦不受細菌、病毒等有害物質(zhì)侵害，但同時也限制了藥物進入腦組織發(fā)揮藥效。近年來，非侵入性穿透BBB的腦靶向藥物遞送技術(shù)發(fā)展迅速，并展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。該文綜述了基于細胞滲透肽、細胞載體、特異性受體以及納米材料等的非侵入性腦靶向藥物遞送系統(tǒng)的特點及其應(yīng)用，展望了其未來發(fā)展趨勢，為中樞神經(jīng)類疾病藥物治療提供借鑒。
中樞神經(jīng)類疾病具有極高發(fā)生率和致殘率，在全球范圍內(nèi)約有 1/6 人口受到相關(guān)疾病困擾，且預(yù)計在未來受其困擾患者數(shù)量還將呈現(xiàn)增長趨勢，因此對該類疾病的干預(yù)以防止其進一步惡化非常重要。藥物治療在這方面展現(xiàn)出巨大潛力，但目前其實際臨床療效仍亟待提高。中樞神經(jīng)類疾病治療難點在于血腦屏障（blood⁃brain barrier，BBB）的高度選擇滲透性，它阻止外源性藥物向腦組織滲透。
盡 管 中 樞 神 經(jīng) 系 統(tǒng)（central nervous system，CNS）疾病藥物遞送研究已取得飛速進展，但許多有治療潛力的大分子藥物仍難以穿透 BBB 到達腦組織，因此如何安全有效地遞送藥物進入腦組織仍是目前學(xué)界研究熱點。已報道的一些侵入性透 BBB遞送藥物技術(shù)包括利用超聲波或化學(xué)手段破壞BBB 緊密連接技術(shù)，基于開顱術(shù)后通過腦室、腦內(nèi)或鞘內(nèi)直接給藥的顱內(nèi)藥物輸送技術(shù)，對流增強給藥技術(shù)以及利用聚合物、微芯片的腦部植入技術(shù)等［1，2］。這些侵入式透 BBB 藥物遞送策略的優(yōu)勢在于可直接到達腦組織來發(fā)揮藥物作用，但易造成BBB 結(jié)構(gòu)破壞進而導(dǎo)致血漿蛋白泄漏到大腦中引起神經(jīng)毒性、神經(jīng)炎癥反應(yīng)等慢性神經(jīng)病理改變；此外，利用機械設(shè)備可能造成加重顱內(nèi)感染、腦組織損傷、血栓形成等一系列風(fēng)險。
非侵入性腦靶向藥物遞送是指利用 BBB 的內(nèi)源性轉(zhuǎn)運機制將藥物輸送進腦組織，特別是基于細胞載體、細胞穿透肽、特異性受體以及納米交叉材料藥物遞送等方式。這種策略因具有易操作、更好的安全性以及更高透 BBB 遞送效率等優(yōu)勢，在 CNS疾病治療領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。
1 細胞載藥的腦靶向遞送
細胞載藥遞送系統(tǒng)是指使用特定的細胞作為藥物遞送載體，通過細胞表面修飾或內(nèi)吞作用結(jié)合治療藥物并將其輸送到病變部位。20 世紀(jì) 70 年代人們首次將紅細胞包裹 β⁃半乳糖苷酶以治療戈謝�。�6］，此后以活細胞為載體的藥物遞送技術(shù)逐漸成為研究者關(guān)注熱點。這種以細胞為基礎(chǔ)的藥物遞送系統(tǒng)可跨越 BBB，同時具有較低免疫原性與較小毒副作用等優(yōu)勢，已應(yīng)用于腦部疾病的治療。目前作為中樞系統(tǒng)疾病藥物遞送載體研究較多的是干細胞、免疫細胞以及其他血細胞等。
免疫細胞，如單核/巨噬細胞、中性粒細胞等介導(dǎo)的藥物遞送一般通過細胞旁和跨細胞運輸?shù)葯C制穿過 BBB 進入腦內(nèi)。單核/巨噬細胞是固有免疫系統(tǒng)的重要組成部分，具有天然的組織或器官趨向性，其獨特的吞噬能力使得細胞載體可以更易結(jié)合游離藥物或納米粒修飾后藥物。已有研究者利用單核/巨噬細胞攜帶經(jīng)脂質(zhì)體修飾的過氧化氫酶進入腦內(nèi)，通過減少活性氧的產(chǎn)生進而改善腦部炎癥［11］。中性粒細胞是人體含量最豐富的一種白細胞，作為固有免疫反應(yīng)的第一道防線在炎癥反應(yīng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。研究表明，中性粒細胞可用作載體攜帶治療藥物穿過 BBB，在炎性細胞因子的過度激活下釋放中性粒細胞外基質(zhì)及攜帶的藥物靶向腦炎性疾病和腦腫瘤等腦內(nèi)病變部位，具有高度的治療特異性。
血細胞，如紅細胞、血小板等可直接用作藥物遞送載體也可結(jié)合納米材料用于腦部給藥。紅細胞是血細胞的重要組成部分，具有易獲得、長效循環(huán)以及高壽命的優(yōu)勢，可改善免疫原性低的藥物和納米粒的血液循環(huán)狀況，已用于腦部藥物遞送。如Shi等［13］利用T7肽修飾后的紅細胞膜包裹四氧化二錳納米顆粒作為一種多功能的氧供體用于缺血性卒中的治療和防止缺血/再灌注損傷。血小板不僅參與免疫應(yīng)答、炎癥反應(yīng)與血栓的形成，具有天然的靶向和黏附能力，其作為藥物載體時還展現(xiàn)出高度的儲存和運輸能力，在腦缺血卒中等疾病的治療方面展現(xiàn)出巨大的潛力。
目前，細胞載藥遞送系統(tǒng)研究尚處于初級階段，以干細胞作為藥物遞送的載體其免疫抑制作用可能會促進原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性腫瘤的生長，免疫細胞在腫瘤微環(huán)境中容易分化成具有促進腫瘤生長的細胞亞型，從而限制了其在特定臨床環(huán)境中的應(yīng)用。此外，許多細胞的體內(nèi)提取過程復(fù)雜且體內(nèi)發(fā)揮作用時間有限，導(dǎo)致藥物的臨床治療效果不佳。因此該類藥物遞送系統(tǒng)的進一步優(yōu)化對于提高療效至關(guān)重要。
2 細胞滲透肽藥物遞送載體
自發(fā)現(xiàn)第一個細胞滲透肽（cell penetrating peptide，CPP）轉(zhuǎn)錄蛋白反式激活因子（transactivator of tran⁃scription，TAT）可穿過細胞膜［15］并可攜帶肽類物質(zhì)完整穿過 BBB［16］，CPP 作為藥物載體治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病得到廣泛關(guān)注。CPP 一般為 5~30 個氨基酸短肽序列，根據(jù) CPP氨基酸組成可將其分為陽離子型或兩親型。研究認(rèn)為，CPP主要以內(nèi)吞作用、直接穿透或多種機制遞送與其相結(jié)合的物質(zhì)進入細胞［17］。與其他藥物載體相比，CPP具有合成簡單、生物相容性佳、對細胞造成損害較小、完成入胞轉(zhuǎn)運后可降解、有效組織滲透和與其他給藥系統(tǒng)多種兼容性等優(yōu)勢，并能與生物活性蛋白直接融合重組表達。此外，一些 CPP具有抗氧化、抗菌及促愈合活性［18］，這種與抗菌肽成分類似的結(jié)構(gòu)和生物活性也使得它們成為藥物遞送理想載體。
陽離子型 CPP富含精氨酸、賴氨酸、組氨酸，最具代表性的是 TAT。在正常生理條件下，富含精氨酸和賴氨酸多肽鏈會產(chǎn)生正電荷。因此，陽離子CPP通過靜電相互作用與膜表面帶負電荷糖蛋白結(jié)合表現(xiàn)出較好的細胞膜親和力，從而通過跨細胞作用穿過細胞膜或生理屏障。
CPP 電荷量、基本序列、肽鏈骨架、肽鏈長度和空間構(gòu)象等性質(zhì)決定了其穿越細胞膜能力。許多研究致力于通過對 CPP進行修飾或結(jié)構(gòu)替換，在插入特殊序列或獨特構(gòu)象區(qū)域后，新設(shè)計合成多肽可具有更高內(nèi)體轉(zhuǎn)運效率以及組織或器官選擇性。如 Guidotti 等［20］用胍基乙基胺修飾賴氨酸，修飾后肽鏈表現(xiàn)出更高膜親和力、穿透力、更好轉(zhuǎn)染效率和更低細胞毒性。Fu 等［21］用二硫化物取代 CPP 主鏈形成具有細胞穿透作用的聚二硫化物遞送工具，具有更低毒性。CPP與藥物偶聯(lián)物通常易被截留在內(nèi)體中，無法到達其腦內(nèi)治療位點。Kim等［22］證明，多聚體 CPP 相比單體 CPP 具有更高細胞攝取效率、抗蛋白水解特性以及更低內(nèi)體保留率，提高了藥物生物學(xué)活性。Yuan 等［23］用脂質(zhì)體材料修飾陽離子CPP 作為遞送載體，提高了阿霉素膠質(zhì)瘤細胞攝取率、降低了對細胞的損害，在中樞類疾病治療中具有較好應(yīng)用前景。CPP與藥物通過與不同官能化連接物結(jié)合，如氧化還原反應(yīng)敏感的二硫鍵連接鍵［24］、酸性環(huán)境敏感連接劑［25］等，在具有良好 BBB通透性的同時可在特定環(huán)境下選擇性釋放藥物，提高藥物治療靶向性。CPP結(jié)合納米粒子共同修飾藥物的設(shè)計也進一步提升了藥物遞送效率。如 TAT可促進納米粒子NR2B9C透過BBB來治療創(chuàng)傷性腦損傷、缺血后腦卒中，二者偶聯(lián)物多肽TAT⁃NR2B9c（也稱 NA⁃1或橙皮肽）已先后應(yīng)用非人類靈長類動物實驗以及Ⅱ期臨床試驗［26~28］；在此基礎(chǔ)上加入功能性肽基 CCAQK 修飾，這種氨基酸多肽與受損大腦部位細胞外基質(zhì)具有高親和力，使得修飾后藥物具有更強腦穿透性、靶向性以及更長血液循環(huán)時間［29］。
在大多數(shù)情況下，陽離子型 CPP 需要與標(biāo)記分子、蛋白質(zhì)或藥物共價連接，較為復(fù)雜，且這種連接方式可能改變連接藥物生物活性，降低藥物治療效果。此外，它們的正電荷有利于其與細胞膜和血漿中帶負電荷成分相互作用，當(dāng)這些 CPP與血漿相互作用時，易被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)迅速消除。
兩親型 CPP 具有明顯疏水性和親水性末端，包括 MPG、transportan、TP10、Pep ⁃1和 penetratin等［30］。兩親型 CPP 以其疏水端與溶液中物質(zhì)快速結(jié)合形成穩(wěn)定復(fù)合物，通過靜電作用直接穿透細胞膜或生理屏障［31］。除獨特的一級結(jié)構(gòu)外，對于 CPP構(gòu)象分析和細胞滲透性測試表明，空間結(jié)構(gòu) α⁃螺旋以及 β折疊有助于 CPP 攜帶藥物通過細胞膜以及腸黏膜屏障、BBB等各種生理屏障。
許多研究者設(shè)計合成的兩親型 CPP 顯示出低細胞毒性和高滲透能力［34］。如Morris等［35］基于天然來源兩親型CPP結(jié)構(gòu)特點設(shè)計了Pep⁃1，通過非共價結(jié)合藥物策略成功攜帶多肽或蛋白質(zhì)進入 HS⁃68、NIH⁃3T3、293T等多種細胞。Khafagy等［36］將兩親型penetratin 非共價結(jié)合蛋白通過鼻腔給藥將胰島素成功遞送至大鼠嗅球、大腦皮質(zhì)、下丘腦、海馬、腦干等腦組織。在此基礎(chǔ)上，Kamei等［37］用同樣鼻⁃腦遞送方式將蛋白藥物成功遞送入腦治療腦退行性疾病。CPP結(jié)合納米材料形成的聚合物納米載體已開發(fā)應(yīng)用于腦部治療藥物遞送。如 Goswami 等［38］將 penetratin 與疏水性鐵螯合劑自組裝形成納米膠束，并在疏水核心結(jié)合疏水藥物抗神經(jīng)退行性病變藥物姜黃素，成功進入體外BBB模型細胞。這種藥物與載體自組裝形成纖維狀結(jié)合物，具有更好的細胞穿透性以及在體循環(huán)穩(wěn)定性，在中樞類疾病藥物治療領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大治療潛力。
通過 CPP 與藥物共價連接方式比非共價連接方式具有更高的細胞內(nèi)吸收率，然而共價連接技術(shù)對于連接物質(zhì)有嚴(yán)格限制。非共價連接方式是使CPP與物質(zhì)按一定比例混合，依靠靜電相互作用、與特異性堿基形成氫鍵、生物素化⁃親和素相互作用等形成復(fù)合物將藥物遞送進腦內(nèi)，而不需化學(xué)交聯(lián)或化學(xué)修飾。CPP非共價結(jié)合藥物策略不改變藥物活性，且具有生物相容性優(yōu)異、操作簡單以及對于微環(huán)境高敏感性等優(yōu)勢；缺點在于整個跨細胞膜過程需要能量參與，穿過細胞膜后部分藥物存在隨機分布、缺乏腦組織選擇性及與內(nèi)皮損傷相關(guān)潛在毒性等問題。
3 特異性受體介導(dǎo)的腦靶向藥物遞送
受體介導(dǎo)細胞內(nèi)轉(zhuǎn)運是物質(zhì)跨 BBB 運輸入腦內(nèi)主要機制之一。腦毛細血管內(nèi)皮細胞上存在許多特異性受體，如乳鐵蛋白受體、轉(zhuǎn)鐵蛋白受體、低密度脂蛋白受體、胰島素受體、唾液酸受體、清道夫受體、白喉毒素受體、緩激肽受體等。通過將治療藥物與特異性配體或抗體結(jié)合，致使藥劑具有靶向BBB 上受體能力，提升藥物治療腦靶向性，降低治療劑量，減少治療不良反應(yīng)。許多研究者使用該技術(shù)成功將大分子蛋白質(zhì)藥物［39］，以及干細胞［40］、脂質(zhì)體、聚合物或納米粒子包載藥物遞送入腦，是實現(xiàn)腦靶向藥物遞送的有效途徑之一。
利用受體介導(dǎo)藥物遞送途徑可分為兩類，分別基于單抗修飾以及配體修飾實現(xiàn)。單抗修飾后藥物具有更高靶向BBB特異性，但抗體較大的相對分子質(zhì)量限制了其BBB通透性［44］；而經(jīng)過配體修飾藥物具有較好 BBB 通透性，如 Chen 等［45］發(fā)現(xiàn)，以轉(zhuǎn)鐵蛋白為靶向配體，對 α⁃M 脂質(zhì)體進行修飾后，通過與 BBB表面轉(zhuǎn)鐵蛋白受體結(jié)合，將大量 α⁃M脂質(zhì)體送入小鼠腦內(nèi)，改善藥物向腦內(nèi)滲透性差問題，然而非病變周圍組織上也可存在與配體或抗體特異性結(jié)合內(nèi)源性受體，以及競爭性內(nèi)源性配體均可能破壞其靶向BBB特異性。此外，一些更為復(fù)雜的雙抗體融合技術(shù)以及 BBB 通透性更高的單域抗體技術(shù)等也被設(shè)計用于腦部藥物遞送。
4 基于納米材料的腦靶向藥物遞送
一些不能穿透 BBB藥物可借助不同納米載體，如聚合物納米粒、固體脂質(zhì)納米粒、脂質(zhì)體、樹枝狀大分子、膠束、納米乳劑、納米凝膠、量子點等來靶向 BBB。納米材料作為藥物載體具有體積小、藥物裝載率高、釋放受控、生物相容性較好等多種優(yōu)勢，且與BBB特異性受體結(jié)合增強其BBB滲透性，提高靶向性和位點特異性［47］。近年來，大量研究應(yīng)用了包括聚乙烯乙二醇、聚乳酸、聚（DL⁃丙交酯⁃Co⁃乙交酯）和聚乙醇酸等在內(nèi)的聚合物納米粒子，并使用殼聚糖、凝集素和D⁃α⁃生育酚聚乙二醇1000琥珀酸酯等對聚合物納米粒子包裹［48，49］，使其不被體內(nèi)代謝酶、單核巨噬細胞系統(tǒng)消化吞噬，同時具有更好定點靶向能力。
無機納米材料因其具有修飾藥物容易、生物相容性良好、比表面積和封裝效率高等優(yōu)勢而受到越來越多關(guān)注，目前也廣泛設(shè)計用于藥物遞送，如磁性納米顆粒、金納米顆粒、釕納米顆粒等。新近研究表明，石墨烯、富勒烯以及碳納米管等碳納米顆�？梢怨矁r或非共價方式結(jié)合藥物，其作為載體具有較強BBB穿透能力、良好生物相容性以及較好促神經(jīng)再生活性與抗淀粉樣蛋白作用［50，51］，在神經(jīng)退行性疾病藥物治療方面展現(xiàn)出的巨大優(yōu)勢［52，53］。盡管如此，無機納米材料不可降解性和潛在毒性極大地限制了其作為藥物遞送載體在臨床上的廣泛應(yīng)用。
基于仿生納米材料設(shè)計載體，包括外泌體和仿生細胞膜等納米載體規(guī)避了合成材料功能化修飾帶來的一些不利因素，展現(xiàn)出良好生物相容性。Johnstone 等［54］將形成于細胞內(nèi)且包裹內(nèi)容物并將其釋放到細胞外的小泡描述為“外泌體”。外泌體具有與人體自身細胞相似結(jié)構(gòu)，呈 40~100 nm 雙層膜“納米球”結(jié)構(gòu)，其在本質(zhì)上是非免疫原性的，作為藥物載體攜帶小分子物質(zhì)［55］以及蛋白等大分子［56］穿過 BBB 進入腦內(nèi)。2011 年，Hu 等［57］利用完整紅細胞膜包裹并遞送納米粒子，延長了其在體內(nèi)半衰期。這種技術(shù)引起研究者廣泛關(guān)注，此后對于其研究主要集中在基于紅細胞膜包裹納米粒子和血小板膜包裹納米粒子。仿生納米藥物載體設(shè)計將納米顆粒尺寸與非細胞毒性效應(yīng)相結(jié)合，減少單核巨噬細胞系統(tǒng)對于大分子活性藥物清除的同時增加藥物向大腦轉(zhuǎn)運，延長了循環(huán)時間且保留了藥物治療活性，具有較高載藥能力和較低免疫原性。然而，現(xiàn)階段在仿生納米載體提取與分離、藥物裝載及藥物遞送等方面仍存在諸多挑戰(zhàn)。
5 展望
BBB對藥物遞送阻礙以及復(fù)雜腦部結(jié)構(gòu)是CNS疾病藥物治療面臨的主要難點。因此，高效BBB通透性和精準(zhǔn)給藥靶向性是該類藥物研發(fā)亟待解決的瓶頸。目前，腦部納米靶向給藥技術(shù)最新進展為解決這一瓶頸帶來了巨大希望，主要以使用納米藥物或含納米載體藥物治療疾病。可結(jié)合目前先進給藥系統(tǒng)，如超聲引導(dǎo)或放射成像引導(dǎo)藥物輸送到病變部位，基于配體主動靶向，利用生物技術(shù)和先進成像技術(shù)來識別新靶點，通過鼻腔途徑等多種方法提升臨床上藥物治療效率。
此外，尋找更好復(fù)合材料應(yīng)用于腦靶向藥物遞送系統(tǒng)是目前發(fā)展趨勢，材料科學(xué)迅猛發(fā)展為新型藥物遞送系統(tǒng)研發(fā)提供了支撐，如碳基、脂基、陶瓷、金屬、半導(dǎo)體、磁性及水凝膠等納米復(fù)合材料等均展現(xiàn)了良好應(yīng)用前景。受自然界啟發(fā)，生物體許多特殊功能源于其具有的特殊結(jié)構(gòu)，這也為藥物遞送系統(tǒng)研發(fā)提供了新思路。如由神經(jīng)遞質(zhì)衍生類脂廣泛應(yīng)用于不同藥物遞送系統(tǒng)，且均展現(xiàn)出類似BBB通透性。今后可使用能穿過 BBB物質(zhì)，或模擬其微觀結(jié)構(gòu)構(gòu)建具有與其相似 BBB 穿透能力的新材料，提高藥物遞送效率并提升療效。相信在仿生技術(shù)快速發(fā)展及多學(xué)科交叉融合推動下，制約中樞神經(jīng)類疾病治療藥物遞送瓶頸將被打破。
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