腦靶向給藥方式及研究進(jìn)展

血腦屏障(BBB)是一層連續(xù)的、覆蓋在99％腦毛細(xì)血管表面的內(nèi)皮細(xì)胞膜，由三部分組成：最內(nèi)層是腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞及其之間的緊密連接，中間層為基質(zhì)和周細(xì)胞，最外層是星形膠質(zhì)細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)。腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞間的緊密連接和彼此間的互相重疊(物理性)、緊密連接的腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞間的高電阻性(電化學(xué)性)以及細(xì)胞膜上的高效外排系統(tǒng)(生理性)是構(gòu)成BBB的生理基礎(chǔ)。BBB的存在有效地保護(hù)了腦組織，但同時(shí)也使98％的對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)很有效的藥物很難在腦內(nèi)呈現(xiàn)有效濃度和治療效果。研究表明，脂溶性藥物且分子量＜400～500才能透過(guò)BBB。幾乎所有的大分子藥物如單克隆抗體、重組蛋白、反義因子或基因片段都不能透過(guò)BBB。

1 作用于腦部的給藥方式

對(duì)不具有良好的脂溶性、低分子量和正電荷等透過(guò)BBB必需的生化性質(zhì)的藥物，可以采取以下方式給藥。

1.1 破壞血腦屏障

破壞血腦屏障是通過(guò)向頸動(dòng)脈中注射甘露醇溶液來(lái)實(shí)現(xiàn)的。腦部毛細(xì)血管中的高濃度溶液會(huì)使內(nèi)皮細(xì)胞中的水分滲出，從而使原來(lái)緊密的連接處收縮、打開(kāi)并持續(xù)20～30min。在此時(shí)間段內(nèi)，那些不能透過(guò)BBB的藥物可以自由擴(kuò)散進(jìn)入腦部。這種方法可使患腦部淋巴瘤、惡性腦膠質(zhì)瘤的病人接受化療藥物的治療。生理應(yīng)激、顱內(nèi)壓的瞬變和抗腫瘤藥物向正常腦組織中的不必要擴(kuò)散是該方法的缺點(diǎn)。

1.2 腦室內(nèi)給藥

應(yīng)用一種植入頭皮內(nèi)的塑料貯庫(kù)式藥物，通過(guò)導(dǎo)管從腦部的開(kāi)口進(jìn)入腦室內(nèi)并釋放。通過(guò)注射進(jìn)入腦脊液(CSF)的藥物只在作用部位接近腦室時(shí)適用。

1.3 鼻腔內(nèi)給藥

當(dāng)經(jīng)鼻腔給藥的藥物到達(dá)呼吸道上皮細(xì)胞后，藥物可以被細(xì)胞旁路被動(dòng)吸收進(jìn)入體循環(huán)，通過(guò)載體轉(zhuǎn)運(yùn)然后被吸收。如經(jīng)鼻腔給予足夠量的藥物，藥物就可能通過(guò)嗅覺(jué)接收神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)入到大腦或CSF中。

2 目前應(yīng)用的藥物運(yùn)輸體系

2.1 膠態(tài)給藥系統(tǒng)

膠態(tài)給藥系統(tǒng)是由10～400nm的小顆粒組成的藥物轉(zhuǎn)運(yùn)體系，囊泡和液晶分散體以及納米粒分散體都屬于此給藥系統(tǒng)，目的是得到一種具有最優(yōu)的載藥量和釋放模型、及長(zhǎng)保質(zhì)期和低毒性的藥物。藥物顆?？赡軙?huì)通過(guò)分子間的交互作用相互影響，特別是當(dāng)藥物具有兩性時(shí)作用更加明顯。

2.2 聚合物膠束

聚合物膠束是在水溶液中通過(guò)自組裝形成的兩親嵌段共聚物(5～50nm)。藥物被包裹在聚合物膠束的核內(nèi)，并在外部濃度低于內(nèi)部濃度時(shí)釋放出來(lái)。此外，親水層可以在水相中形成氫鍵，從而在膠束核周圍形成一個(gè)緊密的殼。這個(gè)疏水殼可以有效地阻止核內(nèi)藥物的水解和酶降解。另外，電暈可能會(huì)阻礙網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的識(shí)別并因此導(dǎo)致膠束在血液中的初步消除。膠束的化學(xué)組成、分子量和嵌段長(zhǎng)度比可以任意改變，由此可以控制膠束的大小和形態(tài)。帶有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的嵌段共聚物可以增加相應(yīng)膠束的穩(wěn)定性并且提高其控釋能力。

2.3 脂質(zhì)體

脂質(zhì)體最早是于1961年由英國(guó)的Alec D.Bangham研制。脂質(zhì)體分子的一端具水溶性而另一端呈水不溶性。水溶性藥物被包裹在疏水端聚合形成的殼中，脂溶性藥物則被填充在磷脂層中。在某些情況下，脂質(zhì)體接觸到細(xì)胞膜后會(huì)與細(xì)胞膜融合并將藥物釋放到細(xì)胞中。這時(shí)吞噬細(xì)胞就會(huì)將脂質(zhì)體包圍，磷脂層被細(xì)胞壁溶酶溶蝕從而使藥物釋放。脂質(zhì)體給藥體系仍然需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，以了解其更為精確的體內(nèi)作用機(jī)制，從而使藥物能夠靶向作用于病灶部位。

3 納米技術(shù)

3.1 納米粒腦靶向給藥

納米粒是一類直徑在1～1000nm之間的固態(tài)膠體顆粒，能夠轉(zhuǎn)運(yùn)藥物透過(guò)BBB。納米粒的載藥量高，并且能持續(xù)釋藥，適用于慢性腦病治療，是腦靶向給藥研究中的熱點(diǎn)之一。

聚氰基丙烯酸正丁酯(PBCA)納米粒是研究最廣泛的能透過(guò)BBB的納米粒。納米粒載體應(yīng)具備無(wú)毒性、生物相容性、無(wú)免疫原性和可降解等要求。但是載藥納米粒在體內(nèi)很容易被單核一巨噬細(xì)胞系統(tǒng)(RES)器官(如肝、脾)攝取，要到達(dá)非單核一巨噬細(xì)胞系統(tǒng)器官如腦等中就比較困難。通過(guò)對(duì)納米粒的修飾，如表面親水性修飾、中性電荷修飾等，即可達(dá)到主動(dòng)靶向的目的。其中以吐溫80包衣的納米?？梢院芎玫赝高^(guò)BBB，從而使一些易于分解的多肽和其它一些不能透過(guò)BBB的藥物能夠用于腦部疾病治療。

對(duì)于納米粒透過(guò)BBB的機(jī)制現(xiàn)在還存在爭(zhēng)議，其中細(xì)胞胞飲作用被大部分研究者認(rèn)可。研究表明，空白或載藥納米粒一般需2～4h后才能在腦內(nèi)或腦脊液中達(dá)到最高濃度，這與細(xì)胞胞飲需時(shí)較長(zhǎng)相吻合。此外，聚合物降解破壞BBB也是一種可能的機(jī)制。

3.2 嵌合肽技術(shù)

嵌合肽是在藥物不能通過(guò)BBB時(shí)使用的一種藥物腦靶向載體，其末端是一種可以經(jīng)過(guò)BBB內(nèi)源性受體快速代謝轉(zhuǎn)移(RMT)透過(guò)BBB的內(nèi)源性肽、修飾過(guò)的蛋白質(zhì)或者單克隆抗體，例如胰島素受體可以利用內(nèi)源性RMT體系的內(nèi)源性配體結(jié)合位點(diǎn)的代謝作用透過(guò)BBB。藥物可以通過(guò)單生物?；姆椒ㄅc一種載體一抗生物素蛋白或者載體一抗生蛋白鏈菌素(SA)融合蛋白結(jié)合。這種生物酰化藥物被儲(chǔ)存在一個(gè)瓶中，載體一抗生物素蛋白被儲(chǔ)存在另一個(gè)瓶中，兩者在給藥前混合后使用。

由于與生物素結(jié)合的抗生物素蛋白或抗生蛋白鏈菌素具有很高的親和力，使得載體一抗生物素蛋白或者載體-SA融合蛋白可以瞬間捕獲生物?；窠?jīng)治療藥物。單克隆抗體(mab)-抗生物素蛋白和mab/SA結(jié)合基因或者結(jié)合蛋白可以通過(guò)基因工程的方法制備。用于人體的腦靶向藥物能通過(guò)基因工程的方法與HIRmab嵌合。這些通過(guò)基因工程嵌合的HIRmab的活性與最初作用于小鼠的嵌合HIRmab一致，都可以進(jìn)入到腦部。腦組織可以吸收相當(dāng)于2％～4％獼猴注射劑量的HIRmab，這比腦部吸收像嗎啡一樣的小分子神經(jīng)興奮藥水平高出1～2個(gè)對(duì)數(shù)級(jí)。

3.3 起神經(jīng)保護(hù)作用的肽類放射性藥物

腦影像學(xué)的應(yīng)用是通過(guò)將小分子放射性化合物連接到單胺類或氨基酸類神經(jīng)元遞質(zhì)上實(shí)現(xiàn)的。然而只有很少的單胺類或氨基酸類神經(jīng)元遞質(zhì)系統(tǒng)，更多的是肽類神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)。因此，肽類放射性藥物的使用可以大大提高神經(jīng)影像技術(shù)的潛力。潛在的神經(jīng)影像學(xué)上的應(yīng)用包括表皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子(EGF)肽類放射性藥物(用于早期腦腫瘤的診斷)和用于Alzheimer病腦部掃描診斷的肽類放射性藥物。許多惡性神經(jīng)膠質(zhì)瘤都可能通過(guò)EGF受體表現(xiàn)出來(lái)，因此一些潛在的EGF肽類放射性藥物都可以應(yīng)用于影像學(xué)來(lái)診斷腦腫瘤。

3.4 蛋白質(zhì)類神經(jīng)治療藥物及在中風(fēng)治療中的神經(jīng)保護(hù)作用

事實(shí)上，由于幾乎所有小分子神經(jīng)保護(hù)劑分子都不具有藥物安全性或者不能透過(guò)BBB，這使它們不能應(yīng)用于臨床中風(fēng)治療。神經(jīng)保護(hù)劑的治療窗出現(xiàn)在中風(fēng)發(fā)生后的3h內(nèi)，在此期間BBB是完整的。BBB在中風(fēng)后的后期階段被破壞，但此時(shí)已經(jīng)錯(cuò)過(guò)了神經(jīng)保護(hù)的時(shí)機(jī)。因此，要開(kāi)發(fā)用于中風(fēng)的神經(jīng)保護(hù)劑，其本身應(yīng)該具有良好的藥物安全性和透過(guò)BBB的能力。一種腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)在被修飾以后可以透過(guò)BBB，這種BDNF嵌合肽可以通過(guò)延時(shí)靜脈給藥，在局部或全腦缺血時(shí)起到神經(jīng)保護(hù)作用。

4 鼻腔內(nèi)給藥

4.1 鼻腔內(nèi)給藥轉(zhuǎn)運(yùn)途徑

在經(jīng)鼻腔給藥的藥物到達(dá)呼吸道以后，藥物可以象在身體其它部位一樣，通過(guò)上皮細(xì)胞吸收進(jìn)入體循環(huán)：T細(xì)胞和P細(xì)胞的被動(dòng)吸收、載體轉(zhuǎn)運(yùn)，最后被吸收。但經(jīng)鼻腔給藥的藥物能否透過(guò)BBB到達(dá)腦部發(fā)揮治療作用卻是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。下面介紹藥物通過(guò)鼻腔內(nèi)上皮細(xì)胞到達(dá)CNS的方法。

當(dāng)一種鼻腔給藥藥物在鼻腔內(nèi)達(dá)到足夠量并且足夠深入以后，就可能到達(dá)鼻黏膜并通過(guò)嗅覺(jué)接收神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)入到大腦或者CSF中。這個(gè)吸收過(guò)程大體上有兩種可能機(jī)制：嗅覺(jué)神經(jīng)通路途徑(軸突輸送)和呼吸道上皮細(xì)胞途徑。

軸突輸送相對(duì)緩慢，藥物通過(guò)胞飲機(jī)制進(jìn)入到嗅覺(jué)神經(jīng)細(xì)胞中，運(yùn)輸?shù)叫崆?，然后利用相同的順向軸突輸送機(jī)制運(yùn)送到大腦。受所給藥物的影響，軸突輸送速率可以在0.1～4mm/d至20～400mm/d之間變化。上皮細(xì)胞途徑是一個(gè)值得關(guān)注的快速鼻－腦運(yùn)輸系統(tǒng)，藥物可以從細(xì)胞旁路通過(guò)呼吸道上皮細(xì)胞進(jìn)入神經(jīng)周隙，這里因與蛛網(wǎng)膜下空間相連并可以直接與CSF相接觸，所以藥物可以擴(kuò)散進(jìn)入腦組織或者被CSF清除進(jìn)入淋巴管，隨后進(jìn)入體循環(huán)。

4.2 影響藥物轉(zhuǎn)運(yùn)的因素

藥物分子大小是決定藥物是否可以被吸收進(jìn)入呼吸道上皮細(xì)胞或者嗅覺(jué)神經(jīng)通路的主要因素。Fisher等研究發(fā)現(xiàn)，水溶性藥物的分子量log值和藥物吸收百分比log值幾乎呈線性關(guān)系。其它影響藥物向腦部轉(zhuǎn)運(yùn)的因素包括藥物的解離度和親脂性(脂溶性越高，運(yùn)輸性越好)。一旦藥物進(jìn)入大腦，可以進(jìn)一步受到象P-糖蛋白(P-gp)一樣的BBB外排轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白體系的影響。Graft等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)藥物與P-gp外排抑制劑如利福平結(jié)合時(shí)，藥物在腦部的攝入量就會(huì)增加。

4.3 鼻-腦給藥系統(tǒng)研究進(jìn)展

藥物的鼻-腦給藥系統(tǒng)是給藥方式研究的一個(gè)重要領(lǐng)域，其主要原因就在于它可以通過(guò)對(duì)外科手術(shù)期間測(cè)量腦脊液中的藥物濃度和簡(jiǎn)單檢測(cè)藥物對(duì)CNS的影響來(lái)間接顯示藥物的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程。許多研究表明，藥物可以通過(guò)這種方式被運(yùn)送到腦部，但是尚無(wú)這種傳送方式的直接證據(jù)。受此局限，藥物通過(guò)嗅神經(jīng)通路向CNS轉(zhuǎn)運(yùn)的研究主要用在與人類具有不同的嗅覺(jué)一呼吸道上皮細(xì)胞比的動(dòng)物身上。但因人體也可能具有這種轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，所以仍然值得深入研究。目前有50多種藥物和藥物相關(guān)化合物被報(bào)道可以在經(jīng)鼻腔給藥后進(jìn)入到CNS中。

近來(lái)有許多報(bào)道都顯示，神經(jīng)保護(hù)作用藥物經(jīng)鼻腔給藥可以有效降低缺血性腦損傷程度。例如，2007年Ying報(bào)道，通過(guò)鼻腔內(nèi)給藥NAD⁺治療鼠類暫時(shí)性腦缺血，結(jié)果發(fā)現(xiàn)NAD⁺可以顯著降低腦缺血對(duì)腦部的損傷程度。同年，Wei等經(jīng)鼻腔內(nèi)給藥PARG抑制劑沒(méi)食子單寧，結(jié)果也見(jiàn)可以降低腦缺血對(duì)鼠類大腦的損傷程度。這些藥物都是通過(guò)抑制聚(ADP核糖)聚合酶-1(PARP-1)的活性來(lái)達(dá)到神經(jīng)保護(hù)作用的，而PARP-1被認(rèn)為在缺血性腦損傷中起著關(guān)鍵作用。研究表明，NAD⁺在腦缺血發(fā)作后2h給藥降低腦梗死程度的平均有效率為86％。由于PARP-1的活化可以促使腦缺血的發(fā)生，其對(duì)于鼻腔內(nèi)給藥的神經(jīng)保護(hù)藥物如去極化或NMDA受體阻斷劑的研究也有很高的價(jià)值。

5 結(jié)語(yǔ)

由于可以治療CNS疾病，腦靶向給藥日益受到人們的重視。但是只有極少數(shù)藥物可以透過(guò)BBB到達(dá)CNS，故人們開(kāi)發(fā)了多種給藥體系。納米技術(shù)和鼻腔內(nèi)給藥技術(shù)都可以使藥物有效地透過(guò)BBB，聚合物膠束和脂質(zhì)體也被用作腦靶向給藥載體。腦靶向給藥在臨床上表現(xiàn)為給藥量較低、毒副作用較少和順應(yīng)性較好的特點(diǎn)。但它們?nèi)匀淮嬖谝恍┤毕?，需要開(kāi)發(fā)更好的腦靶向給藥系統(tǒng)。