脊髓繼發(fā)性損傷的納米微粒藥物治療研究進展*

張峻季欣然唐佩福*

脊髓繼發(fā)性損傷的納米微粒藥物治療研究進展*

張峻1,2季欣然1唐佩福1*

由于脊髓原始損傷后發(fā)生的生物學級聯(lián)反應繼續(xù)損傷健康的神經(jīng)細胞會導致繼發(fā)性脊髓損傷，因此及時減輕級聯(lián)反應可能會減小脊髓進一步損傷。但是，藥物達到有效治療的運輸效率非常受限制。運用結合納米微粒提高運輸效率，降低副作用已經(jīng)成為醫(yī)療應用的主要探索領域。基于納米微粒的材料屬性，它可以通過運輸藥物到特定的組織治療脊髓損傷。將納米技術融入神經(jīng)損傷和神經(jīng)疾病的治療將會帶給脊髓損傷的治療帶來新的視野。

脊髓損傷；藥物治療；納米材料

神經(jīng)損傷可以是生物學損害引起，如多發(fā)性硬化癥；或者是機械性損害引起，如車禍傷，墜落傷，運動傷，壓迫導致的脊髓損傷[1]。由于感覺，運動和認知功能的不同程度的喪失，往往會降低病人的生活質(zhì)量[2]。交通傷大多會導致中樞神經(jīng)系統(tǒng)的嚴重損傷，除了可能的致死率外，通常導致不同程度的肢體癱瘓，皮膚感覺減退或過敏感。由于神經(jīng)損傷引起的疼痛，不僅會徹底地改變病人的生活質(zhì)量，而且造成巨大的社會負擔，如造成健康費用支出的增加和社會勞動力的喪失[3]。近年來，各種治療脊髓損傷的方法層出不窮，但治療效果也不盡相同[4-7]。物理治療不是治療脊髓損傷中嚴重組織損傷的唯一有效方法[8,9]。機械創(chuàng)傷引起的化學級聯(lián)反應會導致遲發(fā)的繼發(fā)性脊髓損傷，進一步加重了原始損傷的范圍和程度?；诶^發(fā)性損傷的病理過程的延時性，可以找到一個進行干預的時間窗口[9]。所以抑制脊髓繼發(fā)性損傷的進程已經(jīng)成為阻止脊髓變性，促進脊髓功能恢復的一種重要治療策略。因此，明確脊髓的繼發(fā)性損傷的病理過程并尋找關鍵的藥物治療靶點是研究的重點方向。

1 免疫抑制劑

盡管甲基強的松龍(Methylprednisolone,MP)是作為治療脊髓損傷的最常用藥物，但已經(jīng)備受詬病[10]。Hugenholtz等[10]根據(jù)不完全統(tǒng)計臨床數(shù)據(jù)得出MP治療花費高，未能普遍使用的結論。Bracken等[11]建議MP在脊髓損傷后8小時內(nèi)給藥才有效，對于有效治療時間窗較窄。但無論如何MP通過抑制免疫系統(tǒng)可達到減輕損傷部位周圍炎癥反應的目的。雖然它可能會減少氧化應激反應和免疫細胞釋放免疫因子，但它對瀕臨死亡細胞的病理進程仍然無法逆轉(zhuǎn)。MP是唯一應用于臨床治療的藥物，但作用機制和備受質(zhì)疑的治療效果需要重新評估，或者考慮選擇更好的治療方案。再者，選擇一種更好的全新治療方案或許有助于減輕藥物引起的不良副反應。同時，抑制繼發(fā)性脊髓損傷的治療主要體現(xiàn)在能夠及時預防體內(nèi)各種來源的應激打擊。因此，在尋找治療脊髓損傷更為有效的全新治療方面需要做更多的研究工作。

由于MP已經(jīng)用于治療脊髓損傷，各種研究試圖提高局部藥物聚集濃度同時達到提高治療效能和降低副作用的目的[12]。在多發(fā)性硬化癥和眼部炎癥的模型中，研究者使用脂質(zhì)共軛聚乙二醇，結合谷胱甘肽和磷脂酰膽堿構建脂質(zhì)體納米微粒，裝入MP形成藥物前體膠囊[6,13]。這種方法利用納米微粒的運送能力和藥物自身特性達到減輕炎癥的目的。谷胱甘肽作為一種靶向抗氧化劑，當靜脈注射時，谷胱甘肽形成共軛脂質(zhì)體后進入血腦屏障的效能會得以提升[13]。

2 抗氧化劑

補充谷胱甘肽是提高體內(nèi)抗氧化劑含量的一種簡便易行的方法。谷胱甘肽由半胱氨酸，甘氨酸，谷氨酸組成，它的抗氧化作用源于半胱氨酸親核巰基[14]。它通過自身被氧化防止細胞主要結構被氧化而實現(xiàn)抗氧化的作用，但口服谷胱甘肽吸收效率不高。關于體內(nèi)谷胱甘肽水平的研究證實通過體內(nèi)谷胱甘肽的合成和半胱氨酸的攝取，形成一個平衡的氨基酸組分的狀態(tài)[15]。因此，為了提高體內(nèi)谷胱甘肽的水平，可以通過增加氨基酸的吸收將平衡向合成谷胱甘肽的方向轉(zhuǎn)移[16]。由于其有限的生物利用度，直接有效地運送谷胱甘肽到達損傷部位有助于增加細胞的抗氧化能力進而避免脊髓繼發(fā)性損傷的發(fā)生。因為谷胱甘肽發(fā)揮作用是細胞的原始防御反應，所以這種防御反應的效率更高而副作用較小[17]。正常人體細胞本身存在一個加工，使用和清除還原型谷胱甘肽的系統(tǒng)。臨床中口服谷胱甘肽作為一個補充治療[18]。

許多抗氧化劑在體外實驗中表現(xiàn)出令人滿意的結果，但在體內(nèi)由于較短的半衰期，有限的治療作用和自身代謝使其治療效力受到了限制[19]。納米技術的主要優(yōu)勢就是提高療效有限的藥物的運輸效力。通過納米技術將一種有限治療效力的藥物重新包裝后成為一種有治療前景的藥物。

3 鈣蛋白酶抑制劑

基于鈣蛋白酶抑制劑在神經(jīng)損傷中的作用，一些研究團隊已經(jīng)將其應用到靶向治療神經(jīng)細胞凋亡和壞死的各種疾病模型中。在靜脈注射和腹腔內(nèi)注射藥物的體內(nèi)研究中，Yu和Geddes發(fā)現(xiàn)只有當兩種給藥方式結合起來時，神經(jīng)損傷的病理學表現(xiàn)才會顯著改變[20]，否則，初始受損病灶將會繼續(xù)擴大并且會出現(xiàn)與對照組相似的組織死亡率。研究者認為如果抑制劑有更好的運輸效率和生物利用性，實驗結果差異性會更加顯著，但缺乏組織體外實驗。在體外實驗中，目標實驗的細胞常常直接被用來實驗而忽略了在體內(nèi)受到治療性分子運輸效率的眾多其它因素影響[20]。雖然實驗組在體內(nèi)取得了陽性治療結果，受損病灶的擴大可能是因為其它繼發(fā)性損傷因子所致，而且并沒有通過鈣蛋白酶抑制劑得到解決。RaySK曾嘗試將MP和鈣蛋白酶抑制劑治療結合起來，但最終結論表明這種方法對固有的氧化應激反應引起的繼發(fā)性損傷級聯(lián)反應無有效作用[21]。鈣蛋白酶抑制劑通過抑制細胞壞死性死亡可以延緩損傷向未損傷組織蔓延。和大多數(shù)治療一樣，對于小分子的特異性治療很難取得療效，仿生治療一般需要通過降解得到保護。

4 丙烯醛清除劑

肼屈嗪已經(jīng)被證實可作為丙烯醛和其它氧化產(chǎn)物的“清道夫”[22]。一旦丙烯醛與蛋白質(zhì)相互作用，肼屈嗪就會對丙烯醛進行攻擊，丙烯醛的羰基基團不會受到親核進攻[23]。這種相互作用會形成希夫基亞胺復合體，它作為氨基酸合成的原料。當肼屈嗪與自由的丙烯醛作用時，丙烯醛數(shù)量會下降進而出現(xiàn)脂質(zhì)過氧化。最終這一過程會終止并使細胞更加有效地恢復。

目前肼屈嗪用于治療高血壓。它通過激活平滑肌里的G蛋白偶聯(lián)受體，鳥苷酸環(huán)化酶，進而產(chǎn)生下游信號松弛平滑肌[24]?；谶@一機制，利用肼屈嗪清除丙烯醛會顯著降低患者的血壓。但肼屈嗪在體內(nèi)半衰期很短，遺傳因素會影響藥物代謝及其副作用[24]。一些代謝肼屈嗪速度較快的病人會出現(xiàn)狼瘡樣癥狀[25]。因此，一種能夠?qū)㈦虑簼舛燃性诓∽兙植恐委熂顾钃p傷的治療方法有待于研究，這不僅會避免血壓的降低，也會避免其它組織受到損害。

軸突再生是脊髓損傷后重要的生理過程，但氧化應激和蛋白水解作用直接導致細胞凋亡和壞死。因此，在受損組織能夠自身修復之前控制和預防細胞死亡顯得極其重要。另外，炎癥中最主要的問題是細胞因子誘導的氧化應激。最佳治療是控制局部炎癥和氧化應激，而不是抑制病人的全身免疫系統(tǒng)。

盡管抗氧化劑可以幫助減輕體內(nèi)氧化應激反應，一些研究者也進行了清除體內(nèi)丙烯醛的研究。Cho等[26]運用人工合成納米顆粒運輸肼屈嗪至受到丙烯醛作用的健康細胞。他們運用二氧化硅納米顆粒作為模板，另外植入硅氧層和聚乙二醇涂層最終形成直徑為126 nm的微球顆粒。體外研究連續(xù)追蹤5天可觀察到它可以將肼屈嗪運輸至小鼠神經(jīng)細胞內(nèi)，藥物可在進入細胞內(nèi)前幾個小時大量釋放?；跍y量細胞活力和治療效果觀察做大量細胞試驗后，他們最后認為納米微?？梢酝炀壬窠?jīng)細胞受到進一步毒性損傷。另一項研究中，他們體外建立脊髓損傷模型后運用相似的納米微粒進行治療，雖然微粒并沒有包含肼屈嗪，但觀察到神經(jīng)細胞動作電位可恢復到脊髓受傷之前的水平，進而可以推測出是納米微粒外面的聚乙二醇涂層起到了作用。

之后，Cho等嘗試使用殼聚糖納米微粒研究丙烯醛的清除。肼屈嗪封裝在人工合成的直徑約350nm的納米微粒里。研究者發(fā)現(xiàn)殼聚糖納米微粒封裝效率較低，但仍然可以降低健康細胞暴露于丙烯醛的死亡率[27]。Tysseling-Mattiace等[28]自身合成多肽促進脊髓損傷后軸突再生，研究結果發(fā)現(xiàn)在小鼠脊髓損傷部位周圍細胞凋亡下降，小鼠的運動功能得到恢復。

5 展望

憑借納米材料發(fā)明一種合適的脊髓損傷治療策略，首先就是將藥物有效運輸?shù)缴窠?jīng)損傷部位。使用納米材料使藥物完整地通過血-腦、血-脊髓屏障將會是一種比較理想的方法。其次，一般情況下，對于治療效力有限的藥物來說可以增加藥物治療作用的生物利用度。了解脊髓損傷的病理過程有助于將壓力感受器開關整合到納米粒子中進而保證將負載的藥物輸送到靶細胞[12,29]。

由于脊髓原始損傷后發(fā)生的生物學級聯(lián)反應繼續(xù)損傷健康的神經(jīng)細胞會導致繼發(fā)性脊髓損傷。所以，即使病人脊髓在受到原始損傷的情況下，及時減輕級聯(lián)反應可能會減小脊髓健康細胞進一步損傷，也可以爭取使機體盡快得到恢復的機會。但是，藥物達到有效治療的運輸效率非常受限制。由于治療藥物低效的運輸，結合納米微粒提高運輸效率，降低副作用已經(jīng)成為醫(yī)療應用的主要探索領域[29]?；诩{米微粒的材料屬性，它可以通過運輸藥物到特定的組織幫助治療疾病[30,31]。將納米醫(yī)學融入神經(jīng)損傷和神經(jīng)疾病的治療將會帶給納米醫(yī)學新的視野[29,32]。

許多關于脊髓繼發(fā)性損傷病理過程的問題已經(jīng)被認識，但是并沒有制定出最佳的治療策略。利用納米顆粒治療脊髓繼發(fā)損傷證明應用納米醫(yī)學治療的廣闊前景，但是藥物的運輸系統(tǒng)和治療方法需要改進。就MP而言，即使MP藥物本身有副作用和治療的局限性，它也是臨床上唯一專門用來治療脊髓損傷的藥物。慶幸的是利用納米醫(yī)學緩解治療的副作用有明顯的優(yōu)勢。目前，實施未經(jīng)批準的憑借納米醫(yī)學來治療的研究方法有一定困難，但是臨床轉(zhuǎn)化還是比較有前景。

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Advances in the Nano particle medicine treatment of secondary spinal cord injury

ZhangJun1,2,JiXinran1,TangPeifu1.1Departmentof Orthopaedics,ChinesePLAGeneral Hospital,Beijing 100853; 2 Department of Orthopaedics,the Affiliated Hospital of Innermongolia Medical University,Huhot Innermongolia, 010010,China

The biological cascade occurs after primary spinal cord injury which damaging original healthy nerve cells leads to secondary spinal cord injury,timely relieving cascade may reduce further damage to the spinal cord.However, the efficiency of drug transport to achieve effective treatment is very limited.Using the combination of nanoparticles to improve transport efficiency and reduce the side effects has become the main research field of medical application.Based on the material properties of nanoparticles,it can be transported to a specific tissue for treatment of spinal cord injury. Integrating nanotechnology into nerve injury and nerve disease treatment will bring the treatment of spinal cord injury a new vision.

Spinal cord injury;Drug therapy;Nano materials

R681.5

A

10.3969/j.issn.1672-5972.2017.04.016

swgk2016-05-00097

張峻（1985-）男，在讀博士。研究方向：脊柱外科，創(chuàng)傷骨科。

北京市科委重大項目（課題編號：D161100002816005）；

1解放軍總醫(yī)院骨科，北京100853；2內(nèi)蒙古醫(yī)科大學附屬醫(yī)院骨科，內(nèi)蒙古呼和浩特010010