腦靶向鼻腔納米給藥系統(tǒng)的研究進(jìn)展

梁會(huì)敏，劉哲鵬，劉蕓雅

上海理工大學(xué) 醫(yī)療器械與食品學(xué)院 藥物制劑(設(shè)備與工藝)研究所 (上海，200093)

0 引言

盡管藥物輸送系統(tǒng)(DDS)在治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病(如神經(jīng)退行性疾病、精神病等)方面取得了巨大進(jìn)步，但仍需要新型腦靶向DDS。將藥物靶向大腦的主要障礙就是血腦屏障(BBB)。BBB是一種血管網(wǎng)絡(luò)，具有緊密堆積的內(nèi)皮細(xì)胞，將大腦與循環(huán)系統(tǒng)分開(kāi)。它可以保護(hù)大腦免受毒素和細(xì)菌等有害物質(zhì)的侵入。親水性物質(zhì)、帶電分子、蛋白質(zhì)和多肽不能穿過(guò)這種屏障，而抗抑郁藥、抗焦慮藥和許多激素等親脂性藥物很容易穿過(guò)內(nèi)皮細(xì)胞[1]。對(duì)于需要慢性治療的神經(jīng)性障礙和腦腫瘤，要將藥物非侵入性地遞送到腦部。為了治療腦部疾病，鼻腔給藥系統(tǒng)已經(jīng)越來(lái)越多地用于向大腦遞送藥物。鼻腔給藥主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：(1)BBB使幾乎100%的大分子藥物和98%以上的小分子藥物都無(wú)法通過(guò)[2],但鼻腔給藥可以繞過(guò)BBB將藥物直接遞送到大腦；(2)這種途徑避免胃腸道和肝臟的首過(guò)代謝，從而避免了大部分藥物失活。

1 鼻腔給藥機(jī)制

嗅覺(jué)途徑在經(jīng)鼻入腦機(jī)制中的作用至關(guān)重要。該途徑由嗅上皮、固有層和嗅球組成。嗅上皮包含三種緊密連接的細(xì)胞，分別為：神經(jīng)元細(xì)胞、祖細(xì)胞和支持細(xì)胞。神經(jīng)元細(xì)胞從嗅球開(kāi)始到嗅上皮，并為大腦提供信息?；准?xì)胞和神經(jīng)元細(xì)胞在不斷地運(yùn)動(dòng)，并且由于這種持續(xù)的運(yùn)動(dòng)，使得鼻粘膜變得可滲透，增強(qiáng)了藥物向腦部的遞送[3]。

鼻上皮中纖毛柱狀細(xì)胞控制纖毛的運(yùn)動(dòng)，藥物施用于鼻腔后，它必須通過(guò)纖毛的運(yùn)動(dòng)來(lái)穿過(guò)粘膜層，藥物通過(guò)細(xì)胞外或細(xì)胞旁轉(zhuǎn)運(yùn)通過(guò)鼻粘膜。受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用是分子通過(guò)不同BBB內(nèi)源性受體的轉(zhuǎn)運(yùn)途徑，網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞作用是受體介導(dǎo)的主要方式。粒徑、細(xì)胞類(lèi)型、表面電荷和應(yīng)用于細(xì)胞的顆粒濃度都是影響內(nèi)吞作用機(jī)制的因素。鼻上皮中，細(xì)胞通過(guò)不同的連接點(diǎn)(如緊密連接)相互連接，這些連接點(diǎn)對(duì)大分子藥物是不可滲透的，但由于神經(jīng)元和基底細(xì)胞的不斷運(yùn)動(dòng)變得可滲透[4]。因此，這些連接處的開(kāi)放促進(jìn)了細(xì)胞旁轉(zhuǎn)運(yùn)。有研究已經(jīng)報(bào)道，打開(kāi)這些連接點(diǎn)的各種藥物遞送系統(tǒng)能通過(guò)鼻粘膜快速轉(zhuǎn)運(yùn)到大腦。

呼吸區(qū)域占鼻腔的主要部分并受三叉神經(jīng)支配。三叉神經(jīng)是第五顱神經(jīng)，它有三個(gè)分支：眼神經(jīng)、上頜神經(jīng)和下頜神經(jīng)。眼神經(jīng)和上頜神經(jīng)主要支配鼻粘膜并從鼻腔攜帶必要的信息到中樞神經(jīng)系統(tǒng)。針對(duì)這兩個(gè)分支，各種藥物遞送系統(tǒng)將藥物運(yùn)輸?shù)酱竽X的不同部位[5]。藥物從三叉神經(jīng)通路通過(guò)篩板進(jìn)入前腦，從而促進(jìn)藥物進(jìn)入大腦的尾部和頭部，是藥物向大腦輸送的主要焦點(diǎn)。

2 經(jīng)鼻入腦藥物載體

2.1 聚合物納米粒

各種制劑中，納米粒子能防止藥物流失，為藥物直接遞送到腦中提供了一個(gè)極好的平臺(tái)。納米粒子的轉(zhuǎn)運(yùn)取決于其形態(tài)和表面特征，親水性的納米粒子通過(guò)細(xì)胞旁路轉(zhuǎn)運(yùn)，疏水性的納米粒子細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)[6]。

各種可生物降解和生物相容的聚合物能避免產(chǎn)生毒副作用，同時(shí)又達(dá)到緩控釋目的被廣泛研究。殼聚糖在納米給藥系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，它能夠增加藥物在嗅覺(jué)區(qū)域的停留時(shí)間，減少粘液清除，同時(shí)能夠打開(kāi)上皮細(xì)胞之間的緊密連接，從而增強(qiáng)藥物通過(guò)粘膜的滲透。Woensel等[7]利用殼聚糖納米粒子向小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)遞送小干擾RNA (siRNA)，研究其對(duì)治療多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的作用，通過(guò)鼻腔給藥在后腦中檢測(cè)到siRNA。Mittal等[8]將雷莎吉蘭-殼聚糖谷氨酸納米粒子(RAS-CG-NPs)通過(guò)鼻腔給藥以遞送至腦，結(jié)果表明RAS-CG-NPs在腦中的藥物濃度明顯高于游離藥物濃度。除此之外，聚乳酸-乙醇酸(PLGA)也是一種生物相容且可生物降解的聚合物，對(duì)提高藥物穩(wěn)定性非常重要。PLGA納米粒子通過(guò)鼻腔給藥可以改善藥物的腦攝取量，奧氮平通過(guò)鼻腔給藥后經(jīng)歷酶促降解并且由于P-糖蛋白的流出而導(dǎo)致藥物腦攝取量少，Wen等[9]制備的奧氮平-PLGA納米粒子，與游離藥物溶液相比，施用奧氮平納米粒子的腦攝取量增加了10.86倍。Bi等[10]制備PEG-PLGA納米粒子，用乳鐵蛋白進(jìn)行表面修飾，鼻內(nèi)遞送羅替戈汀治療帕金森，結(jié)果表明，乳鐵蛋白修飾后的納米粒子腦攝取量濃度較高。

2.2 脂質(zhì)體納米粒

脂質(zhì)體作為藥物遞送載體已經(jīng)研究了多年，近年來(lái)，脂質(zhì)體正在快速發(fā)展以通過(guò)鼻腔給藥靶向大腦。脂質(zhì)體包裹蛋白質(zhì)能改善其親脂特性，防止酶促降解并增加細(xì)胞攝取。此外，陽(yáng)離子脂質(zhì)體能增加鼻腔中的停留時(shí)間，并促進(jìn)蛋白質(zhì)在鼻粘膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)。Narayan等[11]利用薄膜水合法制備利培酮脂質(zhì)體，并用硬脂胺和MPEG-DSPE修飾表面以有效滲透到腦中。與靜脈注射(iv)相比，脂質(zhì)體遞送在腦中有更高的藥物濃度。硬脂胺脂質(zhì)體延長(zhǎng)了藥物的釋放，聚乙二醇脂質(zhì)體提高了生物利用度。聚乙二醇化脂質(zhì)體腦部攝取量更大，其高的腦靶向效率指數(shù)表明，藥物可繞過(guò)BBB直接轉(zhuǎn)運(yùn)至腦部。固體脂質(zhì)納米粒是生物相容且可降解的，對(duì)鼻粘膜沒(méi)有毒性，這些納米粒具有控釋性質(zhì)并增加包封藥物的穩(wěn)定性。Shah等[12]通過(guò)均質(zhì)化和超聲方法制備親水性藥物利凡斯的明(RHT)固體脂質(zhì)納米顆粒(SLN)，最終納米粒粒徑為82.5±4.07 nm，體外滲透研究表明，與藥物溶液相比，RHT SLN顯示出有更高的藥物擴(kuò)散，并沒(méi)有觀察到鼻腔損傷或細(xì)胞壞死，這說(shuō)明 RHT SLN用于鼻粘膜給藥的安全性。

2.3 納米膠束

嵌段共聚物的聚合物膠束作為經(jīng)鼻入腦藥物遞送途徑，能增加藥物的腦攝取量，這些膠束納米載體，能夠加入包括蛋白質(zhì)多肽等多種藥物，具有很好的應(yīng)用前景。Jain等[13]利用納米膠束載體，入腦遞送佐米曲普坦，其尺寸約為23 nm，體內(nèi)生物分布研究表明，與靜脈注射和鼻腔水溶液相比，納米膠束載體對(duì)于腦靶向具有顯著的優(yōu)越性。喜樹(shù)堿(CPT)，一種抗癌藥物，被包裹在TAT肽修飾的膠束中并鼻內(nèi)給予大鼠。與未修飾的膠束相比，TAT肽修飾的膠束顯著增加了在攜帶顱內(nèi)神經(jīng)膠質(zhì)瘤大鼠中的存活時(shí)間。納米載體通過(guò)嗅覺(jué)和三叉神經(jīng)傳遞給嗅球，但對(duì)于中腦和小腦，納米載體僅通過(guò)三叉神經(jīng)通路運(yùn)輸。

2.4 納米凝膠

經(jīng)鼻入腦制劑中，通過(guò)增加粘度來(lái)增強(qiáng)藥物在鼻上皮細(xì)胞中的沉積是改善腦攝取量的通用方法，具有三維結(jié)構(gòu)的凝膠能通過(guò)提高粘度來(lái)增加藥物在鼻腔中的停留時(shí)間，有利于藥物向腦部的遞送。鹽酸那拉曲坦能是抗偏頭痛的藥物，但由于肝臟代謝，生物利用度低，需要頻繁給藥。Shelke[14]制備一種熱可逆的鼻內(nèi)凝膠，將藥物直接靶向至腦部，從而提高生物利用度。通過(guò)使用泊洛沙姆407作為熱可逆聚合物和卡波姆934作為粘膜粘附聚合物來(lái)制備凝膠，體外和離體藥物釋放研究表明，釋放速率與卡波姆934的濃度成正比。

2.5 納米乳劑

納米乳劑具有脂質(zhì)體和乳液的特性，由于其獨(dú)特性質(zhì)和較小尺寸，納米乳劑經(jīng)鼻入腦給藥是輸送難溶性藥物很好的選擇[15]。為了避免口服奧卡西平(OX)的外周毒性，El-Zaafarany[16]研究OX乳劑作為腦靶向的納米載體。使用不同比例的甘油三酯核心和大豆磷脂酰膽堿制備乳劑并鼻內(nèi)給予大鼠。藥代動(dòng)力學(xué)研究表明，乳劑通過(guò)嗅覺(jué)途徑直接將藥物遞送到大腦。

3 經(jīng)鼻入腦給藥影響因素

鼻腔給藥中影響藥物吸收的因素有很多，藥物有效地從鼻腔遞送到大腦中是各個(gè)因素共同作用影響的。

3.1 藥物自身因素

藥物的理化性質(zhì)決定其在鼻粘膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)。低分子量藥物遷移不受其理化特征影響，而分子量超過(guò)400 Da的藥物運(yùn)輸則取決于它們的理化性質(zhì)[17]，大分子藥物如蛋白質(zhì)和多肽由于高分子量和疏水性，它們?cè)谀X中達(dá)到的藥物濃度水平十分低。脂溶性也是影響藥物經(jīng)鼻吸收的因素，鼻粘膜性質(zhì)與多數(shù)生物膜類(lèi)似，它能促進(jìn)親脂性和低分子量藥物的遷移，而高分子量和親水性藥物很容易通過(guò)粘膜纖毛間隙清除。

3.2 處方因素

處方不同也會(huì)影響藥物經(jīng)鼻入腦的遞送，與粉末形式相比，液體制劑更容易被粘膜纖毛清除，而粉末制劑在鼻粘膜潮濕的表面滯留時(shí)間更長(zhǎng)。另外需要考慮的是鼻粘膜的pH，藥物pH在4.5～6.5時(shí)，可有效防止鼻腔刺激、粘膜損傷和細(xì)菌生長(zhǎng)[18]。制劑張力是粘膜滲透的促進(jìn)因素，高滲溶液使鼻上皮細(xì)胞收縮并促進(jìn)鼻粘膜滲透，高滲溶液和較低pH值可防止纖毛移動(dòng)，并通過(guò)減少粘膜纖毛清除來(lái)增強(qiáng)透粘膜遞送。

3.3 鼻粘膜生理因素

鼻腔內(nèi)部覆蓋有呼吸上皮，呼吸上皮位于鼻瓣內(nèi)部，鼻瓣是鼻腔中的狹窄開(kāi)口，它距離鼻孔2～3 cm，橫截面積為0.5～0.6 cm2，是藥物向大腦輸送的屏障[19]。鼻腔后部與腦神經(jīng)連接，為了將藥物遞送至腦部，需要將藥物靶向至鼻腔的后部。

纖毛和粘液的運(yùn)動(dòng)是保護(hù)呼吸系統(tǒng)免受異物侵入的天然防御機(jī)制，纖毛的運(yùn)動(dòng)周期約為12～15 min，藥物顆粒在粘液的粘性作用下被連續(xù)運(yùn)動(dòng)的纖毛清除，纖毛的清除作用減少了藥物與粘膜的接觸時(shí)間，最終導(dǎo)致藥物向腦部遞送量減少。另外，鼻腔中存在能降解藥物的各種酶，這些酶限制了基于多肽和蛋白質(zhì)藥物向腦部的遞送[20]。這些酶的代謝活性低于肝酶，但它們?cè)诟淖兯幬锏乃幋鷦?dòng)力學(xué)和藥效學(xué)特征方面的重要性不容忽視。

4 促進(jìn)經(jīng)鼻入腦吸收的方法

4.1 受體-配體

為了增加納米尺寸的藥物經(jīng)鼻入腦遞送，使用生物識(shí)別配體是很好的選擇。最常用的靶向配體是在嗅覺(jué)區(qū)域具有受體的蛋白質(zhì)，即乳鐵蛋白(Lf)或糖蛋白。乳鐵蛋白受體(LfR)在呼吸道上皮細(xì)胞和神經(jīng)元中高度表達(dá)，Liu[21]將Lf綴合在PEG-PCL納米粒表面，使用神經(jīng)保護(hù)八肽(NAP)作為藥物，結(jié)果表明Lf功能化的納米粒在各腦區(qū)域中表達(dá)量是未修飾納米粒的2倍。小麥胚芽凝集素(WGA)、馬鈴薯凝集素(STL)等幾種凝集素也被用來(lái)促進(jìn)藥物經(jīng)鼻入腦遞送。PEG-PLGA納米粒用STL功能化[22]，所得到的腦靶向效率(AUC Brain/AUC Blood)是其未經(jīng)修飾NPs的2.5倍。

4.2 細(xì)胞穿膜肽

細(xì)胞穿膜肽(CPPs)是含有精氨酸和賴(lài)氨酸殘基、帶正電的寡肽，它通過(guò)不同的內(nèi)吞途徑或直接細(xì)胞質(zhì)易位實(shí)現(xiàn)生物大分子的有效細(xì)胞攝取。人類(lèi)免疫缺陷病毒TAT肽(transactivator of transcription peptide)是比較常用的細(xì)胞穿膜肽[23]，TAT肽的細(xì)胞穿透特性與其中精氨酸胍基相關(guān)，精氨酸可誘導(dǎo)靜電和氫鍵結(jié)合。Yan[24]使用陽(yáng)離子TAT肽修飾的PLGA NPs，用以將胰島素遞送至腦部，與未經(jīng)修飾的NPs相比，修飾后藥物在嗅球中的量是其6.5倍。另一種常用的CPPs是由酶促降解產(chǎn)生的魚(yú)精蛋白的短肽片段，稱(chēng)為低分子量魚(yú)精蛋白(LMWP)，這些鏈縮短肽的優(yōu)點(diǎn)是它們比其親本蛋白具有更低的毒性和免疫原性。Xia[25]將LMWP附著在PEG-PLGA納米粒表面，經(jīng)鼻入腦給藥使香豆素的藥物遞送量顯著增加。

5 展望

因此，經(jīng)鼻腦靶向給藥是一種極具吸引力的途徑。納米載體的表面修飾和特定配體的引入提供了新的方法，用CPPs對(duì)載體進(jìn)行表面修飾開(kāi)啟了藥物遞送系統(tǒng)的新時(shí)代，特別是基于多肽和蛋白質(zhì)藥物。目前，大多數(shù)研究集中在神經(jīng)系統(tǒng)疾病，但鼻內(nèi)給予TAT修飾的膠束和殼聚糖NPs已經(jīng)顯示出針對(duì)不同類(lèi)型腦腫瘤治療的潛力，因此，需要更多的努力探索腦腫瘤靶向的新型DDS。

最近，許多藥物已經(jīng)通過(guò)鼻腔給藥成功地遞送到大腦，并且基于腦靶向的新型鼻用納米制劑的產(chǎn)品在市場(chǎng)上也可獲得，預(yù)計(jì)該途徑在將來(lái)不僅用于治療目的還可用于診斷目的[26]。