克服血腦屏障腦靶向給藥的研究和應(yīng)用*1

毛蕾蕾 孫保亮

(山東省高校腦微循環(huán)重點實驗室，泰山醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，山東 泰安 271000)

血腦屏障(blood-brain barrier, BBB)主要是由毛細血管內(nèi)皮細胞、基膜及神經(jīng)膠質(zhì)細胞的突起共同構(gòu)成的具有防御功能的結(jié)構(gòu)，使大腦有用的營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物可以自由通過，并防止外界有害物質(zhì)進入大腦。然而，在疾病狀態(tài)下，各種藥物尤其是蛋白質(zhì)和肽類藥物很難突破BBB進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)發(fā)揮其治療作用[1]。近年來，腦靶向給藥的研究取得了較大進展，實現(xiàn)了藥物有效通過BBB，達到治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的目的。

1 腦靶向給藥的化學(xué)方法

1.1 將藥物制成前藥 為了增加藥物的親脂性使其容易透過血腦屏障，將藥物的-OH, -NH2, -COOH 結(jié)構(gòu)進行酯化、酰胺化、氨甲基化、醚化、環(huán)化/開環(huán)化等制成前藥，進入CNS后，其親脂性基團被水解而釋放出有活性的藥物[2]。

1.2 化學(xué)給藥系統(tǒng)(chemical delivery system,CDS) CDS系統(tǒng)是一種前體藥物系統(tǒng)，它克服了前體藥物由于脂溶性強進入CNS后易被排除的缺點。如以二氫吡啶吡啶離子氧化還原反應(yīng)作為基礎(chǔ)，藥物與1, 4 -二氫吡啶部分相連接形成CDS，給藥后，不穩(wěn)定的二氫吡啶衍生物氧化成親水性的吡啶钅翁季銨鹽, 在許多組織中很快被消除, 但因其水溶性而無法穿過BBB, 仍保留于腦, 并在酶的作用下分解成藥物和N-甲煙酸內(nèi)鹽[2]。

1.3 營養(yǎng)受體介導(dǎo)的化學(xué)給藥系統(tǒng) 將母體藥物進行修飾,使其具有與體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)相似的結(jié)構(gòu), 利用營養(yǎng)物質(zhì)的載體介導(dǎo)轉(zhuǎn)運進入腦內(nèi)。如治療帕金森的左旋多巴是該種方法成功的應(yīng)用[3]。

2 腦靶向給藥的生物方法

2.1 免疫脂質(zhì)體法

2.1.1 脂質(zhì)體、長循環(huán)脂質(zhì)體及免疫脂質(zhì)體 脂質(zhì)體(Liposome)也稱為微脂粒，是利用磷脂雙分子層膜所形成的囊泡包裹藥物分子而形成的具有靶向給藥功能的新型藥物制劑。由于生物體質(zhì)膜的基本結(jié)構(gòu)也是磷脂雙分子層膜，因此脂質(zhì)體有很好的生物相容性。但進入人體后脂質(zhì)體主要被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)吞噬而激活機體的自身免疫功能，并改變被包封藥物的體內(nèi)分布，使藥物主要在肝、脾、肺和骨髓等組織器官中積蓄。經(jīng)過聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)修飾后，可避免被單核-巨噬細胞系統(tǒng)吞噬，同時減少了脂質(zhì)體脂膜與血漿蛋白的相互作用，延長循環(huán)時間，稱為長循環(huán)脂質(zhì)體(long-circulating liposome)。但PEG-脂質(zhì)體仍不能通過BBB，為了實現(xiàn)腦靶向，在PEG-脂質(zhì)體上結(jié)合OX26大鼠轉(zhuǎn)鐵蛋白受體單克隆抗體(OX26 MAb)或胰島素受體單克隆抗體(HIR MAb)等制成免疫脂質(zhì)體(PEGylated immunoliposome，PIL)，可使藥物通過BBB[4]。

近期研究表明經(jīng)RGD修飾的脂質(zhì)體(RGD-liposome)也可實現(xiàn)腦靶向，體外流動細胞記數(shù)可顯示RGD-脂質(zhì)體可有效的結(jié)合單核細胞和中性粒細胞，Jing Qin等向大鼠紋狀體內(nèi)注射人重組體IL-1β使產(chǎn)生炎癥反應(yīng)，并分別向不同組注射FA(阿魏酸)水溶液、FA普通脂質(zhì)體、經(jīng)RGD修飾的FA脂質(zhì)體，結(jié)果顯示經(jīng)RGD修飾的FA脂質(zhì)體透過BBB的量是FA水溶液的6倍，是FA普通脂質(zhì)體的3倍[5]。

2.1.2 Cereport及其衍生物可促進脂質(zhì)體跨過BBB 將Cereport連接到脂質(zhì)體表面, Cereport 和脂質(zhì)體包封的藥物則可同時到達腦組織，從而能相對延長BBB 有效開放的時間，降低其有效開放時對機體的毒副作用，并顯著提高藥物進入腦組織的能力[6]。

2.1.3 免疫脂質(zhì)體的應(yīng)用 (1)將化學(xué)藥物遞釋至腦: Huwyler等[3]制備了具備腦靶向能力的平均粒徑為85 nm的柔紅霉素空間穩(wěn)定免疫脂質(zhì)體，發(fā)現(xiàn)游離柔紅霉素和普通載藥脂質(zhì)體很快從體循環(huán)中消失，包載柔紅霉素的PEG修飾的脂質(zhì)體幾乎沒有被腦攝取，而載藥的空間穩(wěn)定免疫脂質(zhì)體可以進入腦部。最近，Du J等[5]將他莫昔芳(TAM)混入免疫脂質(zhì)體的脂質(zhì)雙分子層內(nèi)，并在脂質(zhì)體表面結(jié)合麥胚凝集素(WGA)制成包載抗腫瘤藥托泊替康的免疫脂質(zhì)體，具有透過BBB并趨向腦腫瘤的雙重靶向作用。將其運用于移植了膠質(zhì)細胞瘤的動物模型，可檢測出瘤體明顯變小并且瘤體細胞凋亡明顯增加。(2)將治療基因遞釋至腦[10]：Pardridge將質(zhì)粒DNA 包裹在聚乙二醇化的免疫脂質(zhì)體內(nèi),將PEG與HIR MAb或OX226 MAb連接。這種質(zhì)粒免疫脂質(zhì)體通過細胞轉(zhuǎn)染技術(shù)和大腦特異的基因啟動子能使此質(zhì)粒在大腦特異性的表達。帕金森病大鼠模型在注射這種載質(zhì)粒的免疫脂質(zhì)體后紋狀體的酪氨酸活性可完全恢復(fù)正常。另外，實驗表明，通過免疫脂質(zhì)體介導(dǎo)的方法進行基因剔除和RNA干擾可以達到治療腦腫瘤的作用。

2.2 鈉米粒 載藥納米粒是粒徑10～500 nm 之間的固體膠態(tài)粒子, 活性組分( 藥物、生物活性材料等)通過溶解、包裹作用而位于粒子內(nèi)部, 或者通過吸附作用位于粒子表面。納米粒具有無免疫原性、無遺傳毒性、可緩慢釋放藥物、可靶向輸送藥物、可保護轉(zhuǎn)導(dǎo)基因不受機體血漿或組織細胞中各種補體和酶的破壞等優(yōu)點[11]。

2.2.1 載藥納米粒通過BBB的可能機制[11](1) 增強了腦毛細血管壁吸附作用,創(chuàng)造了更高的濃度梯度,因此增強了載體通過內(nèi)皮細胞層并且達到轉(zhuǎn)運入腦的效果; (2) 加入的表面活性劑具有溶解內(nèi)皮細胞膜脂質(zhì)的特性,可能導(dǎo)致細胞膜的流化作用并且增強了藥物穿過血腦屏障的通透性; (3)納米粒很可能具有使得緊密的內(nèi)皮細胞變得疏松的作用,藥物就可由于滲透作用穿過緊密連接的單體物質(zhì)或者以納米微粒連接體的形式穿過; (4) 納米?？赡芡ㄟ^內(nèi)吞作用通過內(nèi)皮細胞穿過血腦屏障并將藥物釋放; (5) 納米粒與藥物的連接體可能以細胞的轉(zhuǎn)運作用通過內(nèi)皮細胞層；(6)表面活性劑(如聚山梨酯80)被納米粒表面吸附后，可能抑制腦毛細血管內(nèi)皮細胞膜上P-糖蛋白的藥物外排功能；(7)載藥納米?？赡芘c血漿中ApoE結(jié)合后通過腦毛細血管內(nèi)皮細胞低密度脂蛋白受體介導(dǎo)的胞飲作用通過BBB。

2.2.2 載藥納米粒的實驗研究進展 兩性霉素B為抗真菌藥物，由于較難通過BBB且不良反應(yīng)嚴(yán)重，對隱球菌性腦膜炎的臨床療效較差。兩性霉素B脂質(zhì)體雖能降低毒性，但仍難以通過BBB。載有兩性霉素B的脂質(zhì)納米粒更能有效的透過BBB，而且具有緩釋作用。另外，顯著降低了藥物在肝、脾、腎等各臟器的藥物蓄積，降低了不良反應(yīng)。大多數(shù)抗癌藥(如阿霉素)都不能通過正常轉(zhuǎn)運通過BBB而發(fā)揮對腦瘤的治療作用。經(jīng)聚山梨醇80 修飾的阿霉素納米粒在靜脈注射后可有效的通過BBB，明顯延長腫瘤鼠的存活率，而且從組織學(xué)上也沒有發(fā)現(xiàn)此種載藥納米粒有神經(jīng)毒性指征。另外，納米粒還可將基因?qū)隒NS進行基因治療。

3 新型的靶向給藥途徑

3.1 經(jīng)鼻腔給藥

3.1.1 藥物經(jīng)鼻腔進入腦組織的途徑 根據(jù)功能及組織結(jié)構(gòu)的不同將鼻腔分為3個區(qū)域，即鼻前庭、嗅區(qū)和呼吸區(qū)。鼻前庭幾乎無吸收功能;呼吸區(qū)是鼻腔中最大的部分,其黏膜富含毛細血管,藥物由此吸收進入體循環(huán);嗅區(qū)位于上鼻甲,面積約10 cm2,緊貼篩板之下,藥物可由此吸收進入腦脊液,從而進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)。藥物經(jīng)鼻腔進入腦組織的途徑為[14]：(1)嗅神經(jīng)通路：大多數(shù)親神經(jīng)的病毒、金屬離子、甾體激素與蛋白質(zhì)經(jīng)嗅神經(jīng)通路入腦。(2)黏膜上皮通路：此通路又有經(jīng)細胞轉(zhuǎn)運通路和細胞旁通路兩種方式。許多藥物如利多卡因、多巴胺、頭孢氨芐、雙氫麥角胺、胰島素、舒血管腸肽等可通過鼻黏膜上皮吸收入腦。(3)血液循環(huán)通路：因為呼吸區(qū)黏膜含有豐富的毛細血管及血流豐富,所以藥物分子可通過呼吸區(qū)黏膜吸收進入毛細血管從而進入血液循環(huán)。此外,也可通過嗅區(qū)的固有層進入血液循環(huán)。

3.1.2 與鼻腔吸收藥物能力有關(guān)的主要因素[15](1)藥物的相對分子質(zhì)量:對于大分子藥物，Bron等研究顯示，不同相對分子質(zhì)量的神經(jīng)肽類藥物鼻腔給藥后CSF的藥物累積與相對分子質(zhì)量成反比。而對于小分子藥物，脂溶性為更重要的影響因素。(2)藥物的脂溶性：近年來研究顯示，在一定范圍內(nèi)，經(jīng)鼻黏膜吸收入腦的藥物濃度隨著其脂溶性的增加而增高。(3)藥物的分子解離度：Sakane發(fā)現(xiàn)非解離型的藥物比例增加時，從鼻腔吸收進入CSF中的藥物增加，藥物從鼻腔向CSF的轉(zhuǎn)運服從pH分配理論。(4)對藥物進行修飾：為了促進鼻腔對藥物的吸收，近年來主要從加入吸收促進劑、酶抑制劑、生物黏附劑、結(jié)構(gòu)修飾以及改變藥物劑型等方面對藥物進行加工修飾的研究。目前，較常用的吸收促進劑有陰離子表面活性劑(如硬脂酸、月桂酸、月桂醇硫酸鈉、磺酸化物等) 和非離子表面活性劑(聚山梨酯、芐澤等)。加入酶抑制劑的作用主要是抑制吸收部位的酶對藥物的降解，間接增加藥物的鼻腔吸收。為延長藥物滯留時間而增加吸收量，常用生物黏附劑包括明膠、清蛋白、脫乙酰殼多糖、卡波普、纖維素的衍生物等。常用于腦靶向的藥物劑型主要有溶液劑、復(fù)乳、微球、納米粒等。

3.1.3 某些藥物經(jīng)鼻給藥的研究進展 目前經(jīng)鼻腔已經(jīng)實現(xiàn)諸多藥物的腦靶向，如神經(jīng)營養(yǎng)因子(NGF和IGF-1)、神經(jīng)肽(下丘腦分泌素- 1等)、細胞因子(干擾素β - 1b和 促紅細胞生成素)、多聚核苷酸(DNA的質(zhì)粒和基因)和小分子藥物(化療藥和卡馬西平)。

神經(jīng)生長因子(NGF)對損傷的神經(jīng)元具有保護和修復(fù)作用，是治療阿爾茨海默氏病的理想蛋白多肽類藥物，但其很難透過BBB。Covaceuszach S等[16]的研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)鼻應(yīng)用人重組NGF能夠顯著減輕阿爾茨海默氏病小鼠行為學(xué)異常，并優(yōu)于經(jīng)眼給予人重組NGF。Reger等[17]實驗證明胰島素鼻腔給藥(21天)，可提高記憶力和注意力，可用于AD的早期治療，且不增加胰島素的血漿濃度。

轉(zhuǎn)化因子-β1(TGF-β1)能夠保護神經(jīng)元避免如缺血、缺氧、興奮和神經(jīng)毒素等帶來的損傷,但由于其分子量大(5～30 kDa)很難透過BBB，Ma M等[18]鼻腔給予TGF-β1于成年大鼠腦缺血模型，結(jié)果顯示鼻腔給予TGF-β1可有效改善神經(jīng)功能，減少中腦動脈閉塞后腦梗死面積以及細胞壞死數(shù)量。

葉酸拮抗劑甲氨蝶呤對頭頸部癌、CNS 腫瘤有效，但不易透過BBB。研究發(fā)現(xiàn)，甲氨蝶呤經(jīng)鼻用藥具有良好的腦靶向性[19]。

尼莫地平對老年癡呆癥和腦血管痙攣有效，但人口服生物利用度低。Zhang等[20]對大鼠分別靜注、灌胃和鼻腔灌注尼莫地平溶液，以HPLC法測定腦脊液、血和腦組織中的藥物含量。結(jié)果鼻腔灌注組腦脊液、嗅球、嗅束、大腦、小腦和血中生物利用度分別為靜注的125.7%、138.9%、86.1%、88.2%、96.3%和67.4%，表明尼莫地平經(jīng)大鼠鼻腔給藥后通過鼻-腦通路進入CNS。

另外諸多中藥制劑經(jīng)鼻給藥后對中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病取得了良好的治療效果[21]。如石杉堿甲是一種高效可逆的乙酰膽堿酶抑制劑，通過抑制腦皮層和海馬區(qū)的乙酰膽堿脂酶發(fā)揮療效，但其缺乏腦選擇性，從中草藥千層塔中提取石杉堿甲(HupA)并制備成鼻用原位凝膠，實驗結(jié)果顯示石杉堿甲原位凝膠鼻腔給藥較靜注和灌胃顯著增加了藥物在腦內(nèi),特別在其改善記憶障礙作用的靶部位——大腦和海馬的分布,提高了藥物的腦靶向性；用川穹、白芷、冰片、麻黃、細辛等做原料制成的滴鼻液用于治療偏頭痛獲得了顯著療效；楊開清等用石菖蒲、川芎、郁金、白僵蠶等制成腦醒噴鼻劑用于治療AIS患者與腦梗死患者，療效肯定；徐慧聰用芎冰噴霧劑治療椎-基底動脈供血不足，并與安慰劑噴鼻對照，發(fā)現(xiàn)給藥后，治療組眩暈分值、癥狀總分自身比較及與對照組比較均明顯下降，基底動脈及椎動脈的血流速度較給藥前明顯升高；談燕飛等用“復(fù)聰香液”( 銀杏葉、石菖蒲、淫羊藿等)混合低流量氧經(jīng)鼻腔吸入配合口服該藥治療血管性癡呆，結(jié)果顯示其療效優(yōu)于西藥對照組。

藥理實驗表明，開竅藥對其它藥物鼻腔吸收具有促進作用，如冰片具有提高血腦屏障的通透性，促進藥物進入腦組織的作用，而且冰片對川芎嗪的鼻腔吸收有促進作用；薄荷醇對胰島素鼻腔吸收有顯著的促進作用，能使胰島素鼻腔吸收的生物利用度增加；水蛭素等中藥揮發(fā)油能促進鼻黏膜對蛋白/多肽類藥的吸收。

3.2 經(jīng)內(nèi)耳途徑給藥

臨床上已采用的鼓室給藥方法可避開血-外淋巴屏障,將治療藥物直接穿過圓窗膜到達內(nèi)耳。圓窗膜是中耳和內(nèi)耳的重要界面，藥物及1 μm微球均能通過,從而進入內(nèi)耳外淋巴液。不少學(xué)者認(rèn)為，內(nèi)耳的外淋巴液通過耳蝸小管和腦脊液相連。所以經(jīng)內(nèi)耳途徑給藥成為腦靶向給藥的新思路。Cheng G等制備醋酸地塞米松(DA)固體脂質(zhì)納米粒( SLN)，經(jīng)靜脈和鼓室注射DA-SLN,并與地塞米松磷酸鈉(DSP)溶液相比較,測定藥物在腦脊液(CSF)和內(nèi)耳外淋巴液( PL)中的濃度及藥代動力學(xué)參數(shù)。結(jié)果表明,與靜脈注射比較,鼓室注射藥物在CSF的局部生物利用度顯著提高,鼓室注射DA-SLN比靜脈注射高2.5倍，鼓室注射DSP溶液比靜脈注射高4.3倍[22]。

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