闕中有（綜述），王 萍（審校）

（1.中國醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)五年制，沈陽 110001;2.中國醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)教研室，沈陽 110001）

近一個(gè)世紀(jì)以來，神經(jīng)科學(xué)的研究已經(jīng)取得了一系列重大進(jìn)展，人們對中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的認(rèn)識也取得了長足的進(jìn)步。但中樞神經(jīng)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)與功能上的復(fù)雜性導(dǎo)致了中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的臨床治療進(jìn)展緩慢，中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病依然是威脅人類健康的重要疾患。血腦屏障的存在使得治療藥物難以到達(dá)病變的腦組織發(fā)揮治療作用。納米給藥系統(tǒng)有望克服這一障礙，已經(jīng)成為了研究的熱點(diǎn)。

1 血腦屏障的基本結(jié)構(gòu)與功能

血腦屏障是位于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的毛細(xì)血管與神經(jīng)組織之間的有動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)功能的界面，是維持大腦內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的重要生理元件。血腦屏障最重要的功能就是屏障功能，其屏障作用不僅僅是被動(dòng)性保護(hù)，還能選擇性地泵出腦內(nèi)的代謝廢物和有害物質(zhì)（包括藥物）。血腦屏障的屏障功能主要是由腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞及其細(xì)胞間緊密連接所承擔(dān)的。其結(jié)構(gòu)分為三層:內(nèi)層為無孔毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞及其之間的緊密連接，中層為基膜和周細(xì)胞，外層為星形膠質(zhì)細(xì)胞足突和極為狹小的細(xì)胞外間隙共同組成的細(xì)胞復(fù)合體［1］。由于其特有的結(jié)構(gòu)特征，腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞的透過性遠(yuǎn)低于其他內(nèi)皮細(xì)胞。實(shí)驗(yàn)表明，其他組織的跨內(nèi)皮電阻只有3～33 Ω/cm2，而腦血管內(nèi)皮細(xì)胞可產(chǎn)生1500～2000 Ω/cm2跨內(nèi)皮高電阻，這使得基于水溶液的細(xì)胞旁擴(kuò)散減低［2］。

除此之外，內(nèi)皮細(xì)胞表面的載體、相關(guān)受體介導(dǎo)的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)和酶屏障高度協(xié)同進(jìn)一步完善了血腦屏障的屏障功能。例如，P-糖蛋白是位于腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，許多藥物分子在進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)之前就被這種功能強(qiáng)大的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白從內(nèi)皮細(xì)胞胞質(zhì)中清除［3］。在血腦屏障表面，包括單胺氧化酶、γ谷胱甘肽轉(zhuǎn)肽酶、芳香氨酸脫羧酶等在內(nèi)的酶類也發(fā)揮了重要的屏障作用，它們參與了腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)的降解過程［4］。例如，腦血管內(nèi)皮細(xì)胞胞質(zhì)中的單胺氧化酶和芳香氨酸脫羧酶有效地阻止了單胺類神經(jīng)遞質(zhì)及其前體通過血腦屏障。

研究表明，藥物通過血腦屏障的能力高度依賴于藥物分子的大小、脂溶性、親水性、解離度等性質(zhì)。大部分藥物無法透過血腦屏障，只有脂溶性高且相對分子質(zhì)量＜400的小分子藥物可以通過血腦屏障［5］，這嚴(yán)重阻礙了腦腫瘤、帕金森、阿爾茨海默病等嚴(yán)重威脅人類健康的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的臨床藥物治療。因此，血腦屏障成為了中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病藥物治療的瓶頸，轉(zhuǎn)運(yùn)藥物通過血腦屏障的研究受到了廣泛的關(guān)注。

2 目前藥物通過血腦屏障的方法

長久以來，人們經(jīng)過大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)與臨床研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多有臨床應(yīng)用潛力的能夠開放血腦屏障的藥物，以及給藥方法。例如，有研究表明，甘露醇的應(yīng)用可以暫時(shí)性地開放血腦屏障。其機(jī)制依賴于甘露醇注射后對滲透性的影響。甘露醇影響血腦屏障開放的因素有甘露醇的濃度、給藥速度、時(shí)間以及藥物注入后的保留時(shí)間。甘露醇開放機(jī)制主要是通過收縮血管內(nèi)皮細(xì)胞，增加血腦屏障通透性，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)不會(huì)造成不可逆的損傷［6］。在動(dòng)物試驗(yàn)中，遠(yuǎn)端靜脈輸注甘露醇以后的10～30 min指示劑通過血腦屏障的效果明顯，60 min后效果減弱，120 min后幾乎無作用，提示甘露醇對血腦屏障的開放作用是暫時(shí)性的。另外，罌粟堿作為一種阿片類的生物堿，可以通過抑制血管平滑肌的收縮使腦血管舒張，還可以通過抑制環(huán)磷酸鳥苷磷酸二酯酶或環(huán)磷酸腺苷磷酸二酯酶的活性來增加環(huán)磷酸鳥苷或環(huán)磷酸腺苷的水平，增加血腦屏障的通透性，而一些炎性因子的產(chǎn)生則促進(jìn)了這一過程［7］。血管緊張素Ⅰ和血管緊張素Ⅱ?qū)ρX屏障的通透性也有重要的影響。血管緊張素可以通過多種途徑影響血腦屏障的通透性，既可以通過直接作用于受體改變血腦屏障通透性，也可以通過其他因素共同影響處于病理狀態(tài)下的血腦屏障，因此血管緊張素也成為研究改變血腦屏障通透性的重要方向［8］。除此之外，能改變血腦屏障通透性的方法還有使用中藥冰片、癸酸鹽及超聲波等［9］。

但是，由于上述改變血腦屏障通透性的方法都是在全腦范圍內(nèi)調(diào)節(jié)血腦屏障通透性，可能會(huì)導(dǎo)致各種嚴(yán)重不良反應(yīng)的發(fā)生率大大提高，如感染、血壓升高等，限制了上述方法的臨床應(yīng)用。然而，隨著納米技術(shù)的誕生，具有靶向性的納米藥物載體從根本上改變了這一現(xiàn)狀。

3 納米藥物載體通過血腦屏障

納米藥物載體作為一種生物納米材料，由納米粒子（或納米結(jié)構(gòu)單元）組成。納米粒子一般是指尺寸在0.1～100 nm之間的微粒，處于原子簇和宏觀物體的過渡區(qū)域，屬于典型的介觀系統(tǒng)。納米材料由于其極細(xì)微的晶粒，大量處于晶界與晶粒內(nèi)缺陷中心的原子，以及其本身具有的小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)、表面效應(yīng)等，而擁有很多既不同于微觀的原子，又不同于宏觀物體的理化特性，在光學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)以及化學(xué)性質(zhì)方面與大塊固體相比有顯著不同。

3.1 納米藥物載體的特點(diǎn) 與傳統(tǒng)藥物載體相比，納米藥物載體具有靶向性、可控釋放性、生物相容性與生物可降解性的特點(diǎn)。

靶向性:納米藥物載體具有可以改變藥物體內(nèi)分布、藥物釋放速率、生物利用度、膜透過性與局部滯留等特點(diǎn)，體現(xiàn)了體內(nèi)分布的靶向性。脂質(zhì)體的表面還可通過修飾，通過抗原-抗體特異性親和作用，使之具有主動(dòng)靶向性。

可控釋放性:可控釋放性即控制釋放給藥系統(tǒng)（controlled release drug delivery system，CRDDS）是指通過改變制劑結(jié)構(gòu)使藥物在一定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)按恒定速率釋放于靶組織，使藥物濃度在較長時(shí)間維持在有效濃度內(nèi)。

生物相容性與生物可降解性:生物相容性指材料對機(jī)體無毒，與機(jī)體的組織血液系統(tǒng)無反應(yīng)，不會(huì)引起炎癥、凝血等變化，對機(jī)體無損傷。與之類似的是，可降解意味著納米聚合物會(huì)在體內(nèi)最終降解為無毒的產(chǎn)物，不會(huì)引起積累中毒。

3.2 納米藥物載體通過血腦屏障的可能機(jī)制 納米藥物載體透過血腦屏障的機(jī)制尚未完全闡明，但是相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究已經(jīng)提出了許多可能的藥理機(jī)制。

研究表明，納米藥物載體在血管內(nèi)滯留時(shí)間長，并且可以被血管內(nèi)皮細(xì)胞吸收。增高的濃度梯度能夠增強(qiáng)納米顆粒通過血腦屏障進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，而且經(jīng)過修飾的納米顆粒的表面活性劑能夠?qū)е旅?xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞膜脂質(zhì)流動(dòng)性增大，使藥物滲透血腦屏障的能力進(jìn)一步增強(qiáng)。由于內(nèi)皮細(xì)胞之間的緊密連接承擔(dān)了血腦屏障的主要機(jī)械屏障功能，而納米微?？梢源蜷_內(nèi)皮細(xì)胞間的緊密連接，使得藥物分子能夠通過血腦屏障［10］。另外，血液中的蛋白載脂蛋白B和載脂蛋白E可以吸附納米微粒，之后再被內(nèi)皮細(xì)胞通過受體調(diào)節(jié)的胞吞方式攝?。?1］。更為關(guān)鍵的是納米藥物載體表面的包被劑（如聚山梨酯80）可以阻礙血腦屏障上的以P-糖蛋白為代表的泵出系統(tǒng)［12］。盡管納米藥物載體透過血腦屏障的機(jī)制尚未完全闡明，但可以肯定的是多種機(jī)制共同參與了納米藥物載體通過血腦屏障的過程。

3.3 幾種重要納米藥物載體通過血腦屏障的研究進(jìn)展

3.3.1 以生物降解的聚合物類納米微粒透過血腦屏障 能夠以確定的速率轉(zhuǎn)運(yùn)藥物分子的聚合物類納米藥物載體的誕生，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的臨床藥物治療產(chǎn)生巨大的影響。將化療藥物結(jié)合到水溶性的大分子聚合物上可以提高藥物通過血腦屏障的能力，延長在腦內(nèi)的駐留時(shí)間。聚合物納米顆?？梢蕴岣叽蟛糠炙幬锏闹委熜Ч⑶医档推涠拘?。靜脈注射包被聚山梨酯80的載有阿霉素的納米微粒可以提高顱內(nèi)植入膠質(zhì)母細(xì)胞瘤大鼠的生存率［13］。另一項(xiàng)研究表明，聚乙二醇化的聚十六烷基氰基丙烯酸酯顆粒在通過血腦屏障方面表現(xiàn)更佳，且還不改變血腦屏障的滲透性。還有，在不減少藥物治療必需劑量的前提下，載有丙戊酸的納米微粒能通過阻礙有毒代謝產(chǎn)物的生成而降低藥物的不良反應(yīng)［14］。

早在20世紀(jì)90年代，就有研究表明聚合物納米顆?？梢宰鳛槎嚯念愃幬锏霓D(zhuǎn)運(yùn)載體。Kreuter等［15］就證實(shí)了多種藥物可以通過聚山梨醇酯（吐溫類表面活性劑）包被的聚丁基氰基丙烯酸酯（polybu-tylcyanoacrylate，PBCA）納米粒而在腦組織中發(fā)揮靶向作用。實(shí)驗(yàn)通過將氚標(biāo)記的亮啡肽類藥達(dá)拉根（Dalargin）裝載到聚山梨酯80修飾的PBCA上，給小鼠靜脈注射，通過測定不同組織的放射性，發(fā)現(xiàn)腦中的達(dá)拉根含量有顯著提高，起到了鎮(zhèn)痛作用。但如果直接給小鼠靜脈注射達(dá)拉根或者僅裝載達(dá)拉根的PBCA，均不易通過血腦屏障［16］。由聚山梨酯80包被的PBCA納米藥物載體也能夠使得替莫唑胺通過血腦屏障的能力大幅提高［17］，并且研究指出聚山梨酯80包被的PBCA納米藥物載體不會(huì)使血腦屏障的完整性受到破壞［18］。另外，納米微粒所帶的電荷極性以及親脂性對于納米藥物透過血腦屏障的能力也有重大影響。相關(guān)研究表明，脂質(zhì)雙分子層包裹的陰性納米顆粒透過血腦屏障的能力比未包裹脂質(zhì)雙分子層的陰性納米粒子高3～4倍，脂質(zhì)雙分子層包裹的陽性納米顆粒透過血腦屏障的能力比未包裹脂質(zhì)雙分子層的陽性納米粒子高27倍，而中性納米粒子無顯著變化。

近年來，還誕生了載有白細(xì)胞介素2的可降解聚合物納米微球用于細(xì)胞因子的局部給藥方法，用于腦腫瘤的免疫治療。由聚合物運(yùn)載細(xì)胞因子的方式具有轉(zhuǎn)染細(xì)胞運(yùn)載方式不具備的諸多優(yōu)點(diǎn)，如無需轉(zhuǎn)染細(xì)胞因子的基因，體內(nèi)細(xì)胞因子釋放時(shí)間長，可產(chǎn)生更多的可再生的細(xì)胞因子釋放。聚合物納米微球還可以通過腦立體定向的方法在不傷及腦組織的情況下植入到腦內(nèi)精細(xì)的功能區(qū)域，從而避免了手術(shù)［19］。

聚合物類納米藥物載體通過血腦屏障的機(jī)制與其能夠在血漿中吸附載脂蛋白E的性質(zhì)有關(guān)。吸附了載脂蛋白E的藥物很可能具有類似脂蛋白顆粒的性質(zhì)，以內(nèi)吞的方式透過了血腦屏障。Muller等［20］通過聚丙烯酰胺2D電泳觀察到，當(dāng)納米顆粒聚山梨醇酯80與人血漿共同孵育后，納米顆粒表面富集載脂蛋白E，而其他表面活性劑則未發(fā)現(xiàn)有載脂蛋白E的吸附。因此，輸送藥物入腦的效率取決于表面活性劑的性質(zhì)。聚山梨醇酯80或20以及泊洛沙姆類的表面活性劑有增大藥物顆粒在腦內(nèi)的效果［21］。目前借助納米藥物載體通過血腦屏障的藥物還包括洛哌丁胺、阿霉素與筒箭毒堿等［22］。

3.3.2 配體介導(dǎo)的納米藥物載體透過血腦屏障分子生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，腦血管內(nèi)皮細(xì)胞上存在至少50種受體與載體，包括ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)體、轉(zhuǎn)鐵蛋白受體以及一些基本營養(yǎng)因子的轉(zhuǎn)運(yùn)體，如葡萄糖、氨基酸、膽堿等［23］。由于血腦屏障高表達(dá)這些營養(yǎng)因子轉(zhuǎn)運(yùn)體，因此這些載體蛋白常常作為藥物輸送入腦的靶點(diǎn)以克服血腦屏障的阻礙作用［24］，經(jīng)過特定配體修飾的納米藥物載體成為了一個(gè)重要的研究方向。

例如，水溶性的硫胺是細(xì)胞生長發(fā)育所需的基本微量營養(yǎng)物質(zhì)，所有的真核細(xì)胞都具有特異的硫胺轉(zhuǎn)運(yùn)體，因此可以考慮以硫胺作為細(xì)胞特異性配體的靶向納米藥物載體。事實(shí)上硫胺配體在腫瘤靶向治療中早有研究。研究表明，硫胺包被的釓納米微粒能與表達(dá)硫胺轉(zhuǎn)運(yùn)體和人乳腺癌細(xì)胞特異結(jié)合［25］?；谘X屏障硫胺配體的特異性結(jié)合能力，硫胺配體也可以應(yīng)用在納米藥物載體上，協(xié)助藥物通過血腦屏障。其機(jī)制包括通過促進(jìn)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制或提高被動(dòng)擴(kuò)散，其次是結(jié)合血腦屏障上的硫胺轉(zhuǎn)運(yùn)體使藥物在血腦屏障界面的濃度梯度增加。兩方面協(xié)同作用共同促進(jìn)藥物通過血腦屏障。硫胺配體與血腦屏障的硫胺轉(zhuǎn)運(yùn)體結(jié)合后，可以通過轉(zhuǎn)運(yùn)體的主動(dòng)運(yùn)輸和后續(xù)的被動(dòng)擴(kuò)散提高細(xì)胞對納米粒的攝取，Lockman等［26］發(fā)現(xiàn)硫胺配體修飾的納米粒在大腦中的滯留量提高了2倍。

乳鐵蛋白屬于轉(zhuǎn)鐵蛋白家族。Hu等［27］發(fā)現(xiàn)，將60 mg/kg的經(jīng)乳鐵蛋白修飾的納米粒子經(jīng)過小鼠尾靜脈輸入小鼠體內(nèi)，24 h后與未經(jīng)修飾的納米粒子相比，乳鐵蛋白納米粒子在大腦皮質(zhì)、紋狀體、腦室等部位的含量是未經(jīng)修飾的納米粒子的2.98倍。而且，研究還表明乳鐵蛋白納米粒子具有生物可降解性，生物毒性較低。

3.3.3 可用于基因治療的納米藥物載體 隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，人們對于基因的認(rèn)識也日益深入?？蓱?yīng)用于臨床的基因治療也成為了藥物研發(fā)的熱門領(lǐng)域?；蛑委熇锰囟ǖ倪\(yùn)載工具將目的基因轉(zhuǎn)錄到相關(guān)的組織當(dāng)中，使其可以表達(dá)大量有益于疾病治療的蛋白。而納米藥物載體則因其靶向性、可降解性被用于基因治療當(dāng)中，充當(dāng)高效且安全的藥物載體。目前，作為基因載體的納米病毒顆粒在基因治療中應(yīng)用最為廣泛。

例如，在體內(nèi)轉(zhuǎn)染單純皰疹病毒胸腺激酶基因進(jìn)入腫瘤，然后使用抗皰疹藥物更昔洛韋治療。由于瘤內(nèi)注射轉(zhuǎn)染了反轉(zhuǎn)錄病毒載體，該載體含有胸腺激酶基因，使腫瘤對更昔洛韋更加敏感［28］。國內(nèi)曾報(bào)道用含單純皰疹病毒胸苷激酶基因的反轉(zhuǎn)錄病毒載體生產(chǎn)細(xì)胞注入和羥甲基無環(huán)鳥苷全身給藥的方法治療25例腦膠質(zhì)細(xì)胞瘤患者，經(jīng)2～5年隨訪證實(shí)，腦膠質(zhì)瘤基因治療的近期療效要優(yōu)于常規(guī)治療療效［29］。

其他用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)基因治療方法的納米藥物載體還包括有反轉(zhuǎn)錄病毒、腺病毒。雖然這些方法在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的藥物治療上有很大的潛力，但是由于血腦屏障的存在、宿主細(xì)胞的無效轉(zhuǎn)染以及目的基因的非選擇性表達(dá)與有害調(diào)控等不利因素限制了它的應(yīng)用。

另外，作為非病毒介導(dǎo)的基因治療載體，陽離子納米微粒在基因藥物載體方面的研究也廣受重視。Lu等［30］研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過共價(jià)修飾的聚乙二醇清蛋白陽離子納米微粒（cationic albumin-conjugated pegylated nanoparticles，CBSA-NP-hTRAIL）注射植入了膠質(zhì)瘤細(xì)胞的小鼠體內(nèi)，24 h后腦皮質(zhì)以及腫瘤組織均可發(fā)現(xiàn)hTRAIL-mRNA，而且在膠質(zhì)瘤細(xì)胞中表達(dá)水平更高。當(dāng)前，納米技術(shù)蓬勃發(fā)展，各種新型的納米藥物載體不斷涌現(xiàn)，還誕生了像磁性納米微粒、固體脂質(zhì)納米粒、納米膠囊等生物納米材料［31］。關(guān)于其在體內(nèi)產(chǎn)生的藥理、毒理等方面的研究也在廣泛開展，相信在不久的將來，納米藥物載體必將在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的臨床治療中發(fā)揮巨大的作用［32］。

4 問題與展望

隨著納米技術(shù)的突飛猛進(jìn)，藥用生物納米材料取得了空前的進(jìn)步。納米藥物載體在透過血腦屏障用藥物治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面顯示出了巨大的應(yīng)用前景。盡管人們已經(jīng)取得了豐碩的研究成果，但是，目前大部分納米藥物載體還處于實(shí)驗(yàn)階段，距離真正的臨床應(yīng)用為時(shí)尚早。在納米材料的制備、生物毒性、穩(wěn)定性、可控性等方面有更多的研究工作尚待開發(fā)和完成。

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