中藥及有效成分通過血腦屏障機制的研究進展

鄧欽瑩 董 軍 (暨南大學基礎(chǔ)醫(yī)學院，廣東 廣州 510632)

中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)疾病，如阿爾茲海默病，帕金森病，艾滋癡呆，腦膜炎已經(jīng)成為威脅人類健康的嚴重疾病，這些疾病致使患者的生活質(zhì)量下降，且給社會和家庭增添了巨大的負擔。而用于治療這類疾病的藥物，由于人體中血腦屏障(BBB)的存在，無法到達患病部位或到達后有效濃度不足導致治療效果不佳。據(jù)報告，美國食品與藥物管理局2006～2009年間批準上市的74種新藥中，僅有小部分新藥是針對老年癡呆癥、帕金森氏病、亨廷頓舞蹈病等CNS疾病的，且取得的療效并不理想。藥物無法有效通過BBB是CNS疾病新藥開發(fā)的主要制約因素，如何使藥物透過BBB或增大透過率成為人們治療CNS疾病所面臨的一道難題。傳統(tǒng)中藥因能調(diào)節(jié)人體生理功能且毒副作用較低，受到研究者越來越多的關(guān)注。本文將就血腦屏障的特性、跨BBB的幾類機制作簡要概括，并重點介紹中藥單體及其有效成分用于促進藥物跨BBB轉(zhuǎn)運的研究進展。

1 BBB的生理意義及轉(zhuǎn)運機制

1.1 BBB的解剖學基礎(chǔ) 1885年Ehvich通過動物靜脈注射染料觀察各臟器著色情況而腦中無染色的實驗，最早提出BBB的構(gòu)想;進入20世紀70年代以來，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，掃描式電子顯微鏡用于醫(yī)學研究后，人們對BBB的結(jié)構(gòu)和功能才有了進一步認識。

BBB的最基本解剖學結(jié)構(gòu)是腦毛細血管內(nèi)皮細胞、基膜和角質(zhì)細胞的足突。它并不是一個靜態(tài)的物理屏障，而是由腦毛細血管內(nèi)皮細胞與外周相連的星形膠質(zhì)細胞、周細胞、血管周的小膠質(zhì)神經(jīng)細胞和神經(jīng)元不斷相互作用形成的具有生理功能的動態(tài)調(diào)節(jié)屏障〔1〕。其中，構(gòu)成BBB作用的主要成分是腦毛細血管內(nèi)皮細胞。該內(nèi)皮細胞較外周其他組織器官中的內(nèi)皮細胞在形態(tài)、功能上存在差別，腦內(nèi)的毛細血管內(nèi)皮細胞連接緊密，具有胞飲作用的血管密度低，并且特殊的外排轉(zhuǎn)運蛋白可選擇性的將藥物從腦內(nèi)排出到血液中，使其療效得不到發(fā)揮〔2〕。而內(nèi)皮細胞外周的星形膠質(zhì)細胞和周細胞則保持腦微血管內(nèi)皮細胞的屏障特性〔3〕。

1.2 BBB存在的意義 BBB的存在，可以保證代謝物質(zhì)的自由通過，又可有效地阻止外來異物對腦的侵犯，從而有效的維持腦組織內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定性。

1.3 外源性物質(zhì)通過BBB的機制 外源性物質(zhì)從血液到大腦細胞之前均需經(jīng)過腦毛細血管的內(nèi)皮細胞，物質(zhì)透過BBB的主要途徑有三條〔4〕:小分子直接經(jīng)細胞間隙擴散;脂溶性分子的融膜擴散以及特異載體通道和酶系統(tǒng)的激活。

2 中藥及其有效成分通過BBB的可能方式

傳統(tǒng)中藥能調(diào)節(jié)人體生理功能且毒副作用較低，受到研究者越來越多的關(guān)注。目前，藥物促進BBB開放、改變BBB通透性的方式主要有兩種:即改變BBB內(nèi)皮細胞間形成的緊密連接，或改變BBB上特殊轉(zhuǎn)運體的功能。

2.1 中藥及其有效成分對腦血管內(nèi)皮細胞的影響 腦微血管內(nèi)皮細胞是BBB的主要基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，是藥物直接作用的靶細胞，既是效應(yīng)器，又具有強大的分泌功能。若內(nèi)皮細胞之間的緊密連接松弛，才可導致BBB通透性的增加。

胡園〔5〕等用電鏡觀察大鼠大腦皮層BBB的超微結(jié)構(gòu)在石菖蒲灌胃給藥前后的變化，發(fā)現(xiàn)灌胃后大鼠BBB的內(nèi)皮細胞之間的緊密連接更為疏松，胞質(zhì)內(nèi)吞飲小泡明顯增多。經(jīng)測定腦內(nèi)伊文思藍(EB)含量，并采用HPLC測定石菖蒲對CNS藥苯妥英鈉在腦內(nèi)的蓄積程度的影響，結(jié)果顯示石菖蒲可增加伊文思藍透過BBB的含量，促進苯妥英鈉在腦內(nèi)的蓄積，證明了石菖蒲有開啟BBB的效用。

2.2 中藥及其有效成分對蛋白載體的影響 一些載體介導及受體介導的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)能向腦內(nèi)輸送葡萄糖、氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)，若藥物能被此類轉(zhuǎn)運系統(tǒng)識別，將能大大提高藥物對BBB的滲透性。

蔡錚〔6〕認為，水溶性的天麻素能直接入腦，并迅速代謝為天麻苷元，與其化學結(jié)構(gòu)有關(guān)。天麻素是由天麻苷元與一分子葡萄糖構(gòu)成，苷元部分結(jié)構(gòu)簡單，可視為葡萄糖的取代基，因此，可能是通過腦毛細血管內(nèi)的內(nèi)皮細胞上特異性的葡萄糖載體轉(zhuǎn)運至腦內(nèi)。

另一方面，外排轉(zhuǎn)運系統(tǒng)中的運載體如在內(nèi)皮細胞腔膜上表達的P-糖蛋白(P-gp)等，能將腦內(nèi)產(chǎn)生的代謝物和神經(jīng)毒素排出到血液中。P糖蛋白是一種ATP依賴型的生物外排泵，通過消耗ATP可將藥物主動泵出細胞外，減少細胞內(nèi)藥物的聚積，導致敏感度降低。它在體內(nèi)多處組織上均有存在，1989年首次發(fā)現(xiàn)在BBB上也有表達。若抑制P-糖蛋白的外排作用，則可提高藥物對BBB的滲透性和在腦內(nèi)的濃度〔7〕。

2.3 中藥及其有效成分通過其他方式對BBB通透性的影響

NO是體內(nèi)一種重要的生物活性物質(zhì)，血管內(nèi)皮細胞和神經(jīng)細胞等可合成并釋放內(nèi)源性NO，如果用NOS的抑制劑抑制NO的合成，BBB的通透性將會降低。NO是通過影響B(tài)BB內(nèi)皮細胞Na+和K+形成的高極化激活電流從而調(diào)節(jié)離子和其他分子的跨血腦屏障轉(zhuǎn)運的。

除NO之外，有研究表明〔8〕，神經(jīng)遞質(zhì)組胺(HA)和5-羥色胺(5-HT)含量的變化對于改變BBB的通透性也具有影響。謝婷婷〔9〕等用高效液相色譜-電化學檢測法測定小鼠大腦內(nèi)5-HT的含量，結(jié)果顯示服藥組小鼠腦內(nèi)5-HT含量比空白組顯著升高，結(jié)合文獻報道推測，石菖蒲的作用機制可能是上調(diào)5-HT的含量以增加微血管上5-HT受體的應(yīng)答，暫時性增加BBB的通透能力。

3 中藥及其有效成分促進其他藥物通過BBB的研究

許多醫(yī)藥公司在研發(fā)治療CNS疾病的藥物時，一般偏好選用相對分子量小于400小分子藥物為研究對象，但是已發(fā)現(xiàn)的許多有前景的治療CNS的藥物多為一些分子量遠遠大于400大分子(如一些新型大分子藥物多肽、重組蛋白等)，這部分具有潛在治療疾病的藥物卻無法穿越BBB〔10〕。

目前對中藥及其有效成分促進BBB通透性的研究多集中于單味中藥的療效功能方面，利用傳統(tǒng)中藥這一特點，將其與其他藥物合用，乃至與新型大分子藥物相結(jié)合，以開啟血腦屏障;或是通過改變藥物結(jié)構(gòu)或設(shè)計藥物載體等方法，借助內(nèi)源性轉(zhuǎn)運系統(tǒng)使血液循環(huán)中的藥物能穿過BBB進入腦內(nèi)發(fā)揮療效，是活性藥物透過BBB進入腦內(nèi)實現(xiàn)腦靶向給藥的研究熱點。

3.1 中藥與其他藥物合用 冰片很早就被古代人民發(fā)現(xiàn)其具有“通諸竅，散郁火”的功效，《本草衍義》稱其“獨行則勢弱，佐使則有功”，則是對冰片可促進其他藥物通過BBB的作用進行的精辟總結(jié)。

現(xiàn)在冰片多作為中醫(yī)方劑配伍中的促透藥。高晨〔11〕采用給實驗組日本大耳兔冰片灌胃，經(jīng)耳緣靜脈注射甲氨蝶呤(Methotrexate，抗葉酸類抗腫瘤藥)的方法，用高效液相色譜法測定腦脊液的甲氨蝶呤濃度，比較實驗組和未用冰片灌胃的對照組腦脊液的藥代動力學參數(shù)，實驗組的CMAX(血藥峰濃度)和AUC0-t(血藥濃度時間曲線從時間0到t的曲線下面積)，AUC0-∞(血藥濃度時間曲線從時間0到無窮遠的曲線下面積)均明顯高于對照組，BBB的透過率由4.86%提高到8.85%，說明冰片可促進甲氨蝶呤透過BBB。肖玉強〔12〕用冰片對大鼠灌胃給藥后，經(jīng)股動脈注射亞砷酸，用原子吸收光譜儀測定腦和血清中砷的濃度，發(fā)現(xiàn)勻漿中的砷劑濃度明顯高于對照組，提示冰片可促進三氧化二砷透過BBB，發(fā)揮其抗腫瘤的療效。

3.2 中藥與大分子物質(zhì)合用 骨髓基質(zhì)干細胞(BMSCs)進入腦內(nèi)可轉(zhuǎn)化為神經(jīng)細胞以治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病，但由于血腦屏障的存在，血管內(nèi)注射的BMSCs透過BBB的數(shù)量非常有限〔13〕，難以充分發(fā)揮治療作用。若是灌服冰片，再將骨髓基質(zhì)干細胞(BMSCs)動脈注射入大鼠體內(nèi)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)BMSCs+冰片組大鼠的神經(jīng)功能顯著改善，提示了冰片能夠促進骨髓基質(zhì)干細胞(BMSCs)透過BBB，就將改善血管內(nèi)注射BMSCs透過BBB數(shù)量有限難以充分發(fā)揮療效的現(xiàn)狀〔14〕。

3.3 改變藥物傳統(tǒng)劑型 采用現(xiàn)代制劑技術(shù)，對藥物進行修飾，也可有助于藥物透過BBB，提高藥物在腦組織中的生物利用度及腦部靶向性。納米粒是一種新型的藥物載體，藥物可通過溶解、包裹或吸附作用與納米粒結(jié)合。已有研究表明，納米粒與藥物結(jié)合后，體內(nèi)靶向性和生物利用度提高，藥效增強。桂卉〔15〕將細辛制成α-細辛腦聚氰基丙烯酸正丁酯納米粒后，α-細辛腦納米粒組小鼠腦組織中的α-細辛腦濃度在各時間點均明顯高于α-細辛腦膠囊組，結(jié)果提示納米化能增強α-細辛腦的BBB透過率，使進入腦組織α-細辛腦的量增加，提高腦組織中α-細辛腦的濃度進而更好地發(fā)揮治療癲癇的效果。

4 結(jié)語與展望

據(jù)世界衛(wèi)生組織報告資料顯示，全球有超過10億人患有各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病。隨著人口老年齡化程度的不斷加劇，患CNS疾病的人數(shù)也在逐年增加。僅2009年全球用于癡呆的經(jīng)濟花費就達到3 150億美元。用于治療CNS癡呆類藥物的銷售額有可能超過現(xiàn)階段排列前列的心血管藥物，發(fā)展勢頭看好。

目前國內(nèi)對開竅促透藥的研究主要集中在單味中藥的藥效上，故筆者認為，今后的研究重點不局限于對單味中藥進入BBB的機制的考察，更可使其作為“佐藥”協(xié)同其他藥物透過BBB，實現(xiàn)腦靶向給藥，這對拓寬具有促透作用的中藥應(yīng)用范圍和防止腦組織疾病都將產(chǎn)生十分積極的作用。

1 Haseloff RF，Blasig IE，Bauer.In search of the astrocytic factor(s)modulating blood-brain barrier functions in brain capillary endothelial cells in vitro cell〔J〕.Mol Neurobiol，2005;25:25-39.

2 Kuresh A，Youdim，Barbara Shukitt-Hale，et al.Flavonoids and the brain:interactions at the blood-brain barrier and their physiological effects on the central nervous system〔J〕.Free Radical Biol＆ Med，2004;37(11):683-93.

3 Kim S.Microbial translocation of the blood-brain barrier〔J〕.Int J Parasitology，2006;36(5):607-14.

4 張均田，張慶柱，張永祥.神經(jīng)藥理學〔M〕.北京:人民衛(wèi)生出版社，2008:57.

5 胡 園，袁 默，劉 屏.石菖蒲對BBB超微結(jié)構(gòu)及通透性的影響〔J〕. 中國中藥雜志，2009;34(3):349-51.

6 蔡 錚，侯世祥，劉中秋.灌胃天麻素小鼠腦組織中天麻苷元的藥動學研究〔J〕.中草藥，2009;40(3):389-91.

7 Allen DD，Geldenhuys WJ.Molecular modeling of blood-brain barrier nutrient transporter:in silico basis for evaluation of potential drug delivery to the central nervous system〔J〕.Life Sciences，2006;78:1029-33.

8 Sarker MH，F(xiàn)raser PA.The role of guanylyl cyclases in the permeability response to inflammatory mediators in pial venular capillaries in the rat〔J〕.J Physiol，2002;540(Pt1):209-18.

9 謝婷婷，王 虹，劉 屏.中藥石菖蒲對腦內(nèi)單胺類神經(jīng)遞質(zhì)5-羥色胺水平的影響〔J〕.中國藥物應(yīng)用與檢測，2007;3(1):15-7.

10 William M，Pardridge.Blood-brain barrier drug targeting:the future of brain drug development〔J〕.Mol Interv，2003;3(2):90-105.

11 高 晨，高 旻，史衛(wèi)忠.冰片對甲氨蝶呤透過BBB影響的實驗研究〔J〕.中國臨床藥理學雜志，2009;25(2):134-7.

12 肖玉強，張良玉，唐海濤.冰片促進砷劑透過BBB實驗研究〔J〕.中華神經(jīng)外科疾病研究雜志，2007;6(3):244-6.

13 Chen J，Li Y，Wang L.Therapeutic benefit of intravenous administration of bone marrow stromal cells after cerebral ischemia in rats〔J〕.J Neurol，2001;189(1):49-57.

14 劉煜德，孫丹邈，黃小洵.冰片對BMSCs透過BBB的影響〔J〕.亞太傳統(tǒng)醫(yī)藥，2007;3(7):46-8.

15 桂 卉，鄒 龍，郭錦明.α-細辛腦納米粒透過小鼠血腦屏的實驗研究〔J〕.解放軍藥學學報，2008;24(4):314-6.