腦靶向給藥方式及研究進展

血腦屏障(BBB)是一層連續的、覆蓋在99％腦毛細血管表面的內皮細胞膜，由三部分組成：最內層是腦毛細血管內皮細胞及其之間的緊密連接，中間層為基質和周細胞，最外層是星形膠質細胞和細胞外基質。腦毛細血管內皮細胞間的緊密連接和彼此間的互相重疊(物理性)、緊密連接的腦毛細血管內皮細胞間的高電阻性(電化學性)以及細胞膜上的高效外排系統(生理性)是構成BBB的生理基礎。BBB的存在有效地保護了腦組織，但同時也使98％的對中樞神經系統(CNS)很有效的藥物很難在腦內呈現有效濃度和治療效果。研究表明，脂溶性藥物且分子量＜400～500才能透過BBB。幾乎所有的大分子藥物如單克隆抗體、重組蛋白、反義因子或基因片段都不能透過BBB。

1 作用于腦部的給藥方式

對不具有良好的脂溶性、低分子量和正電荷等透過BBB必需的生化性質的藥物，可以采取以下方式給藥。

1.1 破壞血腦屏障

破壞血腦屏障是通過向頸動脈中注射甘露醇溶液來實現的。腦部毛細血管中的高濃度溶液會使內皮細胞中的水分滲出，從而使原來緊密的連接處收縮、打開并持續20～30min。在此時間段內，那些不能透過BBB的藥物可以自由擴散進入腦部。這種方法可使患腦部淋巴瘤、惡性腦膠質瘤的病人接受化療藥物的治療。生理應激、顱內壓的瞬變和抗腫瘤藥物向正常腦組織中的不必要擴散是該方法的缺點。

1.2 腦室內給藥

應用一種植入頭皮內的塑料貯庫式藥物，通過導管從腦部的開口進入腦室內并釋放。通過注射進入腦脊液(CSF)的藥物只在作用部位接近腦室時適用。

1.3 鼻腔內給藥

當經鼻腔給藥的藥物到達呼吸道上皮細胞后，藥物可以被細胞旁路被動吸收進入體循環，通過載體轉運然后被吸收。如經鼻腔給予足夠量的藥物，藥物就可能通過嗅覺接收神經細胞進入到大腦或CSF中。

2 目前應用的藥物運輸體系

2.1 膠態給藥系統

膠態給藥系統是由10～400nm的小顆粒組成的藥物轉運體系，囊泡和液晶分散體以及納米粒分散體都屬于此給藥系統，目的是得到一種具有最優的載藥量和釋放模型、及長保質期和低毒性的藥物。藥物顆粒可能會通過分子間的交互作用相互影響，特別是當藥物具有兩性時作用更加明顯。

2.2 聚合物膠束

聚合物膠束是在水溶液中通過自組裝形成的兩親嵌段共聚物(5～50nm)。藥物被包裹在聚合物膠束的核內，并在外部濃度低于內部濃度時釋放出來。此外，親水層可以在水相中形成氫鍵，從而在膠束核周圍形成一個緊密的殼。這個疏水殼可以有效地阻止核內藥物的水解和酶降解。另外，電暈可能會阻礙網狀內皮系統的識別并因此導致膠束在血液中的初步消除。膠束的化學組成、分子量和嵌段長度比可以任意改變，由此可以控制膠束的大小和形態。帶有交聯結構的嵌段共聚物可以增加相應膠束的穩定性并且提高其控釋能力。

2.3 脂質體

脂質體最早是于1961年由英國的Alec D.Bangham研制。脂質體分子的一端具水溶性而另一端呈水不溶性。水溶性藥物被包裹在疏水端聚合形成的殼中，脂溶性藥物則被填充在磷脂層中。在某些情況下，脂質體接觸到細胞膜后會與細胞膜融合并將藥物釋放到細胞中。這時吞噬細胞就會將脂質體包圍，磷脂層被細胞壁溶酶溶蝕從而使藥物釋放。脂質體給藥體系仍然需要進行大量的實驗，以了解其更為精確的體內作用機制，從而使藥物能夠靶向作用于病灶部位。

3 納米技術

3.1 納米粒腦靶向給藥

納米粒是一類直徑在1～1000nm之間的固態膠體顆粒，能夠轉運藥物透過BBB。納米粒的載藥量高，并且能持續釋藥，適用于慢性腦病治療，是腦靶向給藥研究中的熱點之一。

聚氰基丙烯酸正丁酯(PBCA)納米粒是研究最廣泛的能透過BBB的納米粒。納米粒載體應具備無毒性、生物相容性、無免疫原性和可降解等要求。但是載藥納米粒在體內很容易被單核一巨噬細胞系統(RES)器官(如肝、脾)攝取，要到達非單核一巨噬細胞系統器官如腦等中就比較困難。通過對納米粒的修飾，如表面親水性修飾、中性電荷修飾等，即可達到主動靶向的目的。其中以吐溫80包衣的納米粒可以很好地透過BBB，從而使一些易于分解的多肽和其它一些不能透過BBB的藥物能夠用于腦部疾病治療。

對于納米粒透過BBB的機制現在還存在爭議，其中細胞胞飲作用被大部分研究者認可。研究表明，空白或載藥納米粒一般需2～4h后才能在腦內或腦脊液中達到最高濃度，這與細胞胞飲需時較長相吻合。此外，聚合物降解破壞BBB也是一種可能的機制。

3.2 嵌合肽技術

嵌合肽是在藥物不能通過BBB時使用的一種藥物腦靶向載體，其末端是一種可以經過BBB內源性受體快速代謝轉移(RMT)透過BBB的內源性肽、修飾過的蛋白質或者單克隆抗體，例如胰島素受體可以利用內源性RMT體系的內源性配體結合位點的代謝作用透過BBB。藥物可以通過單生物酰化的方法與一種載體一抗生物素蛋白或者載體一抗生蛋白鏈菌素(SA)融合蛋白結合。這種生物酰化藥物被儲存在一個瓶中，載體一抗生物素蛋白被儲存在另一個瓶中，兩者在給藥前混合后使用。

由于與生物素結合的抗生物素蛋白或抗生蛋白鏈菌素具有很高的親和力，使得載體一抗生物素蛋白或者載體-SA融合蛋白可以瞬間捕獲生物酰化神經治療藥物。單克隆抗體(mab)-抗生物素蛋白和mab/SA結合基因或者結合蛋白可以通過基因工程的方法制備。用于人體的腦靶向藥物能通過基因工程的方法與HIRmab嵌合。這些通過基因工程嵌合的HIRmab的活性與最初作用于小鼠的嵌合HIRmab一致，都可以進入到腦部。腦組織可以吸收相當于2％～4％獼猴注射劑量的HIRmab，這比腦部吸收像嗎啡一樣的小分子神經興奮藥水平高出1～2個對數級。

3.3 起神經保護作用的肽類放射性藥物

腦影像學的應用是通過將小分子放射性化合物連接到單胺類或氨基酸類神經元遞質上實現的。然而只有很少的單胺類或氨基酸類神經元遞質系統，更多的是肽類神經遞質系統。因此，肽類放射性藥物的使用可以大大提高神經影像技術的潛力。潛在的神經影像學上的應用包括表皮細胞生長因子(EGF)肽類放射性藥物(用于早期腦腫瘤的診斷)和用于Alzheimer病腦部掃描診斷的肽類放射性藥物。許多惡性神經膠質瘤都可能通過EGF受體表現出來，因此一些潛在的EGF肽類放射性藥物都可以應用于影像學來診斷腦腫瘤。

3.4 蛋白質類神經治療藥物及在中風治療中的神經保護作用

事實上，由于幾乎所有小分子神經保護劑分子都不具有藥物安全性或者不能透過BBB，這使它們不能應用于臨床中風治療。神經保護劑的治療窗出現在中風發生后的3h內，在此期間BBB是完整的。BBB在中風后的后期階段被破壞，但此時已經錯過了神經保護的時機。因此，要開發用于中風的神經保護劑，其本身應該具有良好的藥物安全性和透過BBB的能力。一種腦源性神經營養因子(BDNF)在被修飾以后可以透過BBB，這種BDNF嵌合肽可以通過延時靜脈給藥，在局部或全腦缺血時起到神經保護作用。

4 鼻腔內給藥

4.1 鼻腔內給藥轉運途徑

在經鼻腔給藥的藥物到達呼吸道以后，藥物可以象在身體其它部位一樣，通過上皮細胞吸收進入體循環：T細胞和P細胞的被動吸收、載體轉運，最后被吸收。但經鼻腔給藥的藥物能否透過BBB到達腦部發揮治療作用卻是一個亟待解決的問題。下面介紹藥物通過鼻腔內上皮細胞到達CNS的方法。

當一種鼻腔給藥藥物在鼻腔內達到足夠量并且足夠深入以后，就可能到達鼻黏膜并通過嗅覺接收神經細胞進入到大腦或者CSF中。這個吸收過程大體上有兩種可能機制：嗅覺神經通路途徑(軸突輸送)和呼吸道上皮細胞途徑。

軸突輸送相對緩慢，藥物通過胞飲機制進入到嗅覺神經細胞中，運輸到嗅球，然后利用相同的順向軸突輸送機制運送到大腦。受所給藥物的影響，軸突輸送速率可以在0.1～4mm/d至20～400mm/d之間變化。上皮細胞途徑是一個值得關注的快速鼻－腦運輸系統，藥物可以從細胞旁路通過呼吸道上皮細胞進入神經周隙，這里因與蛛網膜下空間相連并可以直接與CSF相接觸，所以藥物可以擴散進入腦組織或者被CSF清除進入淋巴管，隨后進入體循環。

4.2 影響藥物轉運的因素

藥物分子大小是決定藥物是否可以被吸收進入呼吸道上皮細胞或者嗅覺神經通路的主要因素。Fisher等研究發現，水溶性藥物的分子量log值和藥物吸收百分比log值幾乎呈線性關系。其它影響藥物向腦部轉運的因素包括藥物的解離度和親脂性(脂溶性越高，運輸性越好)。一旦藥物進入大腦，可以進一步受到象P-糖蛋白(P-gp)一樣的BBB外排轉運蛋白體系的影響。Graft等發現，當藥物與P-gp外排抑制劑如利福平結合時，藥物在腦部的攝入量就會增加。

4.3 鼻-腦給藥系統研究進展

藥物的鼻-腦給藥系統是給藥方式研究的一個重要領域，其主要原因就在于它可以通過對外科手術期間測量腦脊液中的藥物濃度和簡單檢測藥物對CNS的影響來間接顯示藥物的轉運過程。許多研究表明，藥物可以通過這種方式被運送到腦部，但是尚無這種傳送方式的直接證據。受此局限，藥物通過嗅神經通路向CNS轉運的研究主要用在與人類具有不同的嗅覺一呼吸道上皮細胞比的動物身上。但因人體也可能具有這種轉運機制，所以仍然值得深入研究。目前有50多種藥物和藥物相關化合物被報道可以在經鼻腔給藥后進入到CNS中。

近來有許多報道都顯示，神經保護作用藥物經鼻腔給藥可以有效降低缺血性腦損傷程度。例如，2007年Ying報道，通過鼻腔內給藥NAD⁺治療鼠類暫時性腦缺血，結果發現NAD⁺可以顯著降低腦缺血對腦部的損傷程度。同年，Wei等經鼻腔內給藥PARG抑制劑沒食子單寧，結果也見可以降低腦缺血對鼠類大腦的損傷程度。這些藥物都是通過抑制聚(ADP核糖)聚合酶-1(PARP-1)的活性來達到神經保護作用的，而PARP-1被認為在缺血性腦損傷中起著關鍵作用。研究表明，NAD⁺在腦缺血發作后2h給藥降低腦梗死程度的平均有效率為86％。由于PARP-1的活化可以促使腦缺血的發生，其對于鼻腔內給藥的神經保護藥物如去極化或NMDA受體阻斷劑的研究也有很高的價值。

5 結語

由于可以治療CNS疾病，腦靶向給藥日益受到人們的重視。但是只有極少數藥物可以透過BBB到達CNS，故人們開發了多種給藥體系。納米技術和鼻腔內給藥技術都可以使藥物有效地透過BBB，聚合物膠束和脂質體也被用作腦靶向給藥載體。腦靶向給藥在臨床上表現為給藥量較低、毒副作用較少和順應性較好的特點。但它們仍然存在一些缺陷，需要開發更好的腦靶向給藥系統。