基于有機納米載體的腦靶向藥物遞釋系統(tǒng)用于阿爾茨海默病治療新進展

謝家麗 李靜 盧新良 田杰 劉斯佳,3

(廣西醫(yī)科大學 1廣西生物醫(yī)藥協(xié)同創(chuàng)新中心，廣西 南寧 530021；2長壽與老年相關疾病教育部重點實驗室；3基礎醫(yī)學院)

阿爾茨海默病(AD)在老年人群中已成為繼心腦血管、腫瘤、外傷之后，位居第四位的死亡病因，截止2018年，AD在世界范圍內(nèi)已造成高達6.8萬億元人民幣(1萬億美元)的經(jīng)濟損失，嚴重阻礙了社會經(jīng)濟發(fā)展，因此它已成為一個全球性的重大健康問題，在人口與健康領域和科學研究工作中也日益被高度關注〔1，2〕。然而，目前尚無有效的治療手段可以阻止AD的進展或延遲其發(fā)作。當前AD治療所面臨的兩個主要挑戰(zhàn)是：一，AD發(fā)病機制尚不清楚，雖然科學家已經(jīng)提出不少AD發(fā)病機制的假說，例如β淀粉樣蛋白(Aβ)級聯(lián)假說、tau蛋白假說、膽堿能假說、氧化應激假說、金屬假說等〔3〕，但目前還沒有一個假說能很好地解釋AD的病因；二，血腦屏障(BBB)的存在顯著地阻礙了藥物通過外周循環(huán)進入腦內(nèi)，使其無法到達AD的病變區(qū)域發(fā)揮有效作用，與此同時外周臟器卻承擔了藥物的超負荷效應。隨著納米技術的迅速發(fā)展，科學家們發(fā)現(xiàn)許多有機納米材料自身可以有效穿過BBB，基于有機納米材料具備半衰期長、負載率高、生物相容性好、毒性低等優(yōu)點，既可通過掩蓋、包封、嵌入等方式裝載上親水或疏水性藥物從而促進藥物分子有效跨越BBB，又因有機納米材料的分子組成易于修飾、接枝，可實現(xiàn)安全靶向及可控釋放，以發(fā)揮積極作用〔4〕。因此，研究人員逐漸聚焦基于有機納米材料開發(fā)腦靶向性的藥物遞釋系統(tǒng)，尤其是針對AD的治療，如基于脂質(zhì)納米載體(包括納米乳、脂質(zhì)體、脂質(zhì)顆粒)、聚合物膠束和樹枝狀大分子等可穿越BBB的有機納米材料設計應用于AD治療的腦靶向納米遞釋系統(tǒng)，現(xiàn)就這些應用于AD治療的有機納米載體的研究現(xiàn)狀進行簡要綜述。

1 納米乳作為AD治療的藥物遞釋載體

納米乳是由10～100 nm納米級油滴組成的分散體系，可作為親水或疏水藥物載體，具有穩(wěn)定的表面活性劑異構系統(tǒng)，能通過增加藥物表面積與溶解速度而提高難溶性藥物的體內(nèi)生物利用度，組成一個高效的藥物遞送系統(tǒng)〔5〕。納米乳作藥物載體在體內(nèi)可增加藥物對BBB的滲透性，提高藥物相容性和生物利用度，有望在AD治療應用中發(fā)揮重要的作用。

柚皮素是一種生物類黃酮，具有抗氧化和抗炎的神經(jīng)保護作用，但由于其BBB轉(zhuǎn)運效率低，臨床應用受到限制。因此，Md等〔6〕在研究中通過采用O/W乳液法合成并優(yōu)化柚皮素納米乳，其尺寸為(113.83±3.35)nm，可穿過BBB，減少Aβ生成，并降低tau蛋白過磷酸化，從而對神經(jīng)發(fā)揮保護作用，表明柚皮素納米乳是一個治療AD的潛在新藥。此外，黑孜然籽提取的活性化合物胸腺醌(TQ)具有保護神經(jīng)的藥理學特性，Ismail等〔7〕采用超臨界流體萃取系統(tǒng)提取TQ納米乳(TQRFNE)，其尺寸為85～110 nm，通過淀粉樣前蛋白(APP)調(diào)節(jié)作用，上調(diào)胰島素降解酶和低密度脂蛋白受體相關蛋白1受體(LRP1)表達，下調(diào)β位點APP切割酶(BACE)1和晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(RAGE)表達，從而降低Aβ40和Aβ42水平；TQRFNE能減少Aβ積聚，對AD起到了一定的治療效果。還有臨床研究表明，銀杏葉提取的銀杏內(nèi)酯B(GB)可治療神經(jīng)退行性疾病，其對輕中度癡呆有效，但因其水溶性差、半衰期極短、生物利用度低，而被限制發(fā)揮有效藥理作用。Yang等〔8〕通過采用O/O乳液法制備的GB油體納米乳(GB-ONE)，尺寸為80～100 nm，能穿過BBB進入大腦，半衰期增長兩倍，并證實可有效改善認知障礙大鼠的記憶水平，因此成為具有AD臨床應用潛力的新型載藥系統(tǒng)。Spuch等〔9〕研究表明含膽固醇的支鏈淀粉(CHP)的多糖淀粉合成蛋白，具有抑制淀粉樣蛋白活性和β蛋白形成的作用；且CHP納米乳化進一步氨基改性合成的CHPNH2納米乳，尺寸為20～30 nm，提高了生物相容性，實驗表明CHPNH2納米乳與β蛋白之間有靜電相互作用，可抑制Aβ纖維形成，進而防止與AD相關的蛋白質(zhì)聚集。上述納米乳化的藥物在一定程度上控制AD動物模型病程，有望臨床開發(fā)使用。

2 脂質(zhì)體作為AD治療的藥物遞釋載體

脂質(zhì)體是由磷脂分子和膽固醇分子構成的納米系統(tǒng),直徑50 nm～5 μm，具有與細胞膜類似的雙層結構，可將親水性藥物包封于中間親水的空腔中，而將疏水性藥物包封于脂質(zhì)雙分子層中，從而提高了藥物的穩(wěn)定性和生物相容性〔10〕。因此，用脂質(zhì)體作為藥物載體可增加藥物對BBB的滲透性，提高藥物生物利用度，減少不良反應，對AD也有潛在的治療價值。

最近，Tanifum等〔11〕研究制備了一種加載特異性識別Aβ的甲氧基XO4和熒光標記作用的鄰苯二酚(羅丹明)的靶向Aβ熒光脂質(zhì)體，1,2-二硬脂酰sn-甘油-3磷酸乙醇胺-〔甲氧基-XO4-(聚乙烯乙二醇-3400)〕鈉鹽(DSPE-PEG3400-XO4)，其尺寸為(100±10)nm，對AD轉(zhuǎn)基因小鼠予以靜脈給藥，結果顯示其不但可高效通過BBB,選擇性地識別并結合Aβ斑塊；而且藥物半衰期長，作用時間更久，這為AD的診斷提供了一種有效的示蹤新方法。作為一種AD的治療藥物，氫溴酸加蘭他敏(GH)通過口服或注射會引起患者胃腸道等嚴重的不良反應，影響了其治療AD的效果，因此尋找更有效的GH給藥方式對增強其藥效顯得非常重要。為了解決這個需求，Li等〔12〕使用改良的薄膜均勻化方法，以丙烯乙二醇(PG)作為邊緣活化劑，制備了負載GH的柔性脂質(zhì)體，尺寸為(112±8)nm；實驗顯示，該脂質(zhì)體經(jīng)鼻內(nèi)給藥，與口服給藥相比，藥峰濃度提高了3.52倍，血藥濃度最大時間縮短1/2，基本無不良反應，可穿過BBB迅速將GH運輸?shù)侥X組織中，進而通過抑制乙酰膽堿酯酶活性，有效地緩解AD模型小鼠的癥狀。這說明，鼻內(nèi)給藥負載GH的柔性脂質(zhì)體未來可以作為治療AD的一種新型技術應用到臨床實踐中。另外，姜黃素(CUR)是一種天然多酚類藥物，具有良好的神經(jīng)保護作用，但由于其體內(nèi)吸收不佳、半衰期短和BBB通透性有限等缺陷，而不能很好地發(fā)揮作用，所以需要使用新的手段提高其生物利用度。Tiwari等〔13〕則采用乳化-溶劑揮發(fā)法，制備出CUR可生物降解聚乳酸脂質(zhì)體(CUR PLGANP)，尺寸為(35±7)nm，可順利通過BBB，在腦中以恒定速率持續(xù)地釋放CUR；實驗發(fā)現(xiàn)，其通過激活典型的Wnt/β-catenin信號通路促進海馬神經(jīng)元修復和神經(jīng)再生，并有效改善了AD大鼠的學習記憶能力。因此脂質(zhì)體作為藥物遞釋載體可在AD治療中發(fā)揮積極作用。

3 脂質(zhì)納米粒子作為AD治療的藥物遞釋載體

脂質(zhì)納米粒子是粒徑為150～300 nm的膠態(tài)給藥載體材料，可分為藥脂結合物(LDC)、固體脂質(zhì)納米粒(SLN)和納米結構脂質(zhì)載體(NLC)。由于其載藥量高、穩(wěn)定性好、緩釋能力強，可增大載藥量，能穿過BBB，而被作為一種理想的藥物載體〔14〕應用于AD診療研究。

乙酰膽堿酯酶(AChE)抑制劑如多奈哌齊，卡巴拉汀和加蘭他敏等已被美國FDA批準為治療AD的一線藥物，主要通過提高大腦中M1毒蕈堿受體的內(nèi)源性乙酰膽堿(ACh)而發(fā)揮藥物作用。然而，這些藥物都會產(chǎn)生惡心、嘔吐和心率改變等系列的不良反應。因此，開發(fā)具有M1受體選擇性的激動劑是很有必要的。Chintamaneni等〔15〕制備出了表面修飾M1受體的變構調(diào)節(jié)劑(PAMs)的低密度脂蛋白(LDCNP)脂質(zhì)納米粒子，以改善其在腦中的生物利用度；當它們與AChE抑制劑共同施用時，能以較低的治療劑量就達到較高的療效，很好地降低了藥物的毒副作用。Gobbi等〔16〕研究針對β淀粉樣肽聚集這一AD靶點，采用O/W溫微乳法制備SLN，尺寸為(56±5)nm，可高度靶向性親和Aβ1～42，有利于使用成像探針并通過BBB的配體功能化脂質(zhì)顆粒，實現(xiàn)對AD的靶向診斷與治療。此外，白藜蘆醇是用于AD治療的一種天然黃酮類化合藥物，一樣具有很低的生物利用度，而限制了其藥理作用；Loureiro 等〔17〕則利用SLNs與抗轉(zhuǎn)鐵蛋白受體單克隆抗體(OX26-mAb)高效封裝轉(zhuǎn)載白藜蘆醇，尺寸為(142±10)nm，使得白藜蘆醇能夠有效通過BBB轉(zhuǎn)運進大腦，有效地抑制了Aβ1～42纖維的形成，預防和減緩了AD的進展。由此可見脂質(zhì)納米粒子是AD治療中理想的藥物遞釋載體。

4 聚合物膠束作為AD治療的藥物遞釋載體

聚合物膠束是分散在液相中的兩親性、尺寸為10～100 nm的聚集體，可分為聚離子復合物膠束和聚合物絡合物膠束〔18〕。通過膠束的疏水性內(nèi)核包載疏水性或難溶性藥物，既可保證藥物的穩(wěn)定性，又可避免網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)吞噬。聚合物膠束作為藥物載體，可增強藥物穿透BBB能力，提高藥代動力學，降低藥物不良反應，也有很大的前景可應用于AD的診療。

人們研究發(fā)現(xiàn)，抑制Rho關聯(lián)卷曲螺旋蛋白激酶(ROCK)可促進軸突再生，而抑制ROCK-Ⅱ可降低Aβ形成，因此ROCK可能是治療AD的一個潛在靶標。Liu等〔19〕研究制備出聚乙二醇(PEG)-聚乙烯亞胺共聚物(PEI)/ROCK-Ⅱ-siRNA聚合物膠束，尺寸為(104.1±1.4)nm，轉(zhuǎn)染C17.2神經(jīng)干細胞后表現(xiàn)出了低細胞毒性和高轉(zhuǎn)染效率，動物實驗表明其可順利穿過BBB進入大腦，有效地抑制ROCK-Ⅱ mRNA的表達，阻礙了Aβ形成，也促進了腦內(nèi)的軸突再生，對AD的癥狀發(fā)揮了較好的治療效果。同時，以多奈哌齊為治療AD的可逆性膽堿酯酶抑制劑，半衰期短，胃腸道不良反應大。Md等〔20〕采用溶劑乳化-擴散-蒸發(fā)法制備了多奈哌齊的聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)聚合物膠束給藥系統(tǒng)，其尺寸為(89.67±6.43)nm，可持續(xù)釋放，能通過BBB顯著地轉(zhuǎn)運多奈哌齊到大腦，也可應用于AD的治療。研究還發(fā)現(xiàn)雌激素減少會增加AD風險，而雌激素在體內(nèi)易消化分解；因此Eatemadi 等〔21〕研究通過溶劑乳化-擴散-蒸發(fā)法制備聚合物膠束PLGA包封17 β-雌二醇，其尺寸為(90.2±5.1)nm，順利通過BBB，使得17 β-雌二醇的生物利用度進一步提高，增強其與雌激素受體結合，有效起到了神經(jīng)保護因子的作用，進而保護了大腦免受AD的侵害?？傊?，在AD治療研究中聚合物膠束作為藥物遞釋載體前景廣闊。

5 殼交聯(lián)納米顆粒作為AD治療的藥物遞釋載體

殼交聯(lián)納米顆粒是由雙親嵌段共聚物自組裝形成，尺寸為80～150 nm，是一種高穩(wěn)定性的核殼仿球形蛋白結構納米顆粒，其內(nèi)核大分子鏈間不存在化學鍵，可通過殼表面交聯(lián)和殼內(nèi)交聯(lián)獲得較高的可塑性。這樣，其既賦予納米粒足夠的穩(wěn)定性，又提高了藥物的傳輸效率〔22〕，可通過提高藥物的負載量增強穿過BBB能力，有望應用于AD的治療。

其中，三甲酰化殼聚糖(TMC)是一種永久季銨化殼聚糖，是生理條件下帶正電荷的殼聚糖衍生物。Wang等〔23〕首先采用納米沉淀法制備了聚PLGA-納米顆粒(NP)，與TMC通過碳二亞胺鍵構建可生物降解納米載體TMC/PLGA-NP，其尺寸為(100±10)nm，負載香豆素6穿越BBB；實驗表明，靜脈注射后藥物可有效穿過BBB，腦攝取藥物能力明顯增強，顯著改善了AD轉(zhuǎn)基因小鼠的空間記憶能力。此外，Aβ的FITC-IF-A片段可保護神經(jīng)元對AD的侵襲，Zhang等〔24〕就采用機械攪拌乳化法結合化學交聯(lián)法制備殼聚糖微球交聯(lián)不完全弗氏熒光素異硫氰酸酯(FITC-IF-A)，得到尺寸為(15.23±10.97)nm 的NP-FITC-IF-A，其順利通過了BBB，高效地靶向到Aβ抗原，發(fā)揮了對AD動物學習記憶癥狀的改善作用。殼聚糖(CS)納米載體有望開發(fā)為一種靶向Aβ新型納米疫苗傳遞系統(tǒng)，例如Z-DEVD-FMK肽是一種特異性天冬氨酸蛋白酶(caspase)-3抑制劑，可提高神經(jīng)元細胞活性，但無法穿越BBB。針對這個問題，Akat等〔25〕采用生物素耦聯(lián)技術，將CS納米球與攜帶OX26單克隆抗體的PEG結合，形成CS納米粒子，再與肽Z-DEVD-FMK結合，得到尺寸為(40±6)nm 的CS-PEG-BIOOX26/SA納米粒子；實驗證明，靜脈給藥后藥物能通過BBB有效地轉(zhuǎn)移到腦組織中。這些實驗證明，殼交聯(lián)納米顆粒能夠增強藥物BBB的運輸能力，是理想的AD靶向藥物遞釋系統(tǒng)。

6 樹枝狀聚合物作為AD治療的藥物遞釋載體

樹枝狀聚合物是組織性能良好的納米級大分子，具有分支多和三維結構豐富等特點，尤其三維結構賦予了其獨特的性質(zhì)，可在表面修飾官能團、球狀型納米結構、內(nèi)部具備親水或疏水性空腔及低多分散性指數(shù)性質(zhì)，使其具有很大的潛在應用價值〔26〕。樹枝狀聚合物的內(nèi)部空腔和結合點可包封藥物分子、肽鏈、基因等物質(zhì)，能作為藥物靶向載體，通過修飾外表面高度密集的可控基團，改善藥物的水溶性和靶向性，實現(xiàn)藥物分子的可控釋放，也是AD治療藥物的一種理想遞釋方式。

Kumari等〔27〕研究表明，制備合成超支化樹枝狀聚合物，如聚氰基丙烯酸烷基酯(PACA)、聚酯如聚丙交酯(PLA)、PLGA，都可抑制纖維形成，能對AD產(chǎn)生一定的治療效果。Klajnert 等〔28〕在研究中發(fā)現(xiàn)聚酰胺-胺(PAMAM)樹枝狀聚合物可以干擾AD腦內(nèi)Aβ1～28蛋白的形成，并破壞已存在的原纖維，從而延緩AD病情的進展。Klementieva 等〔29〕研究也發(fā)現(xiàn)，麥芽糖(MAL)修飾聚丙亞胺(PPI)樹枝狀大分子具有干擾AD Aβ1～40纖維化的能力，其中PPI-G5-MAL阻斷淀粉樣纖維的形成、PPI-G4-MAL通過將纖維聚集在一起降低淀粉樣蛋白毒性，說明這些樹枝狀大分子在AD診療研究中也會有良好的應用前景〔30〕。

綜上，有機納米材料具備生物相容性高、生物降解性強的特點，基于有機納米材料的藥物遞釋系統(tǒng)可控釋放藥物，藥物毒性低，并可通過表面修飾獲得靶向穿透BBB的能力，是一種治療AD的理想的新策略，在臨床實踐中具有廣闊的應用前景。不過，目前有機納米材料靶向遞釋藥物的研究仍處于基礎研究階段，還存在一些問題，如材料泄漏、生物利用率、穿過BBB效率尤其在精準靶向治療方面，需要進行更為深入、透徹的探索，并進一步有效地轉(zhuǎn)化為臨床應用。同時交叉學科的合作研究將有機納米材料構建的新型藥物遞釋系統(tǒng)應用于AD的有效治療，將對未來AD的治療工作起到巨大的推動作用，也有望很快取得新的突破。