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 (暨南大學基礎醫學院，廣東 廣州 510632)

中樞神經系統(CNS)疾病，如阿爾茲海默病，帕金森病，艾滋癡呆，腦膜炎已經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。傳統中藥因能調節人體生理功能且毒副作用較低，受到研究者越來越多的關注。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轉運的研究進展。

1 BBB的生理意義及轉運機制

1.1 BBB的解剖學基礎 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的構想;進入20世紀70年代以來，隨著科學技術的發展，掃描式電子顯微鏡用于醫學研究后，人們對BBB的結構和功能才有了進一步認識。

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

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

2 中藥及其有效成分通過BBB的可能方式

傳統中藥能調節人體生理功能且毒副作用較低，受到研究者越來越多的關注。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內皮細胞間形成的緊密連接，或改變BBB上特殊轉運體的功能。

2.1 中藥及其有效成分對腦血管內皮細胞的影響 腦微血管內皮細胞是BBB的主要基礎結構，是藥物直接作用的靶細胞，既是效應器，又具有強大的分泌功能。若內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的超微結構在石菖蒲灌胃給藥前后的變化，發現灌胃后大鼠BBB的內皮細胞之間的緊密連接更為疏松，胞質內吞飲小泡明顯增多。經測定腦內伊文思藍(EB)含量，并采用HPLC測定石菖蒲對CNS藥苯妥英鈉在腦內的蓄積程度的影響，結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運系統能向腦內輸送葡萄糖、氨基酸等營養物質，若藥物能被此類轉運系統識別，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，與其化學結構有關。天麻素是由天麻苷元與一分子葡萄糖構成，苷元部分結構簡單，可視為葡萄糖的取代基，因此，可能是通過腦毛細血管內的內皮細胞上特異性的葡萄糖載體轉運至腦內。

另一方面，外排轉運系統中的運載體如在內皮細胞腔膜上表達的P-糖蛋白(P-gp)等，能將腦內產生的代謝物和神經毒素排出到血液中。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，減少細胞內藥物的聚積，導致敏感度降低。它在體內多處組織上均有存在，1989年首次發現在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是體內一種重要的生物活性物質，血管內皮細胞和神經細胞等可合成并釋放內源性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BBB內皮細胞Na+和K+形成的高極化激活電流從而調節離子和其他分子的跨血腦屏障轉運的。

除NO之外，有研究表明〔8〕，神經遞質組胺(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5-HT的含量，結果顯示服藥組小鼠腦內5-HT含量比空白組顯著升高，結合文獻報道推測，石菖蒲的作用機制可能是上調5-HT的含量以增加微血管上5-HT受體的應答，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

許多醫藥公司在研發治療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，但是已發現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合，以開啟血腦屏障;或是通過改變藥物結構或設計藥物載體等方法，借助內源性轉運系統使血液循環中的藥物能穿過BBB進入腦內發揮療效，是活性藥物透過BBB進入腦內實現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現其具有“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。

現在冰片多作為中醫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，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，發現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，發揮其抗腫瘤的療效。

3.2 中藥與大分子物質合用 骨髓基質干細胞(BMSCs)進入腦內可轉化為神經細胞以治療神經系統疾病，但由于血腦屏障的存在，血管內注射的BMSCs透過BBB的數量非常有限〔13〕，難以充分發揮治療作用。若是灌服冰片，再將骨髓基質干細胞(BMSCs)動脈注射入大鼠體內，結果發現BMSCs+冰片組大鼠的神經功能顯著改善，提示了冰片能夠促進骨髓基質干細胞(BMSCs)透過BBB，就將改善血管內注射BMSCs透過BBB數量有限難以充分發揮療效的現狀〔14〕。

3.3 改變藥物傳統劑型 采用現代制劑技術，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合。已有研究表明，納米粒與藥物結合后，體內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揮治療癲癇的效果。

4 結語與展望

據世界衛生組織報告資料顯示，全球有超過10億人患有各種神經系統疾病。隨著人口老年齡化程度的不斷加劇，患CNS疾病的人數也在逐年增加。僅2009年全球用于癡呆的經濟花費就達到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階段排列前列的心血管藥物，發展勢頭看好。

目前國內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”協同其他藥物透過BBB，實現腦靶向給藥，這對拓寬具有促透作用的中藥應用范圍和防止腦組織疾病都將產生十分積極的作用。

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.神經藥理學〔M〕.北京:人民衛生出版社，2008:57.

5 胡 園，袁 默，劉 屏.石菖蒲對BBB超微結構及通透性的影響〔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，Fraser 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.中藥石菖蒲對腦內單胺類神經遞質5-羥色胺水平的影響〔J〕.中國藥物應用與檢測，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〕.亞太傳統醫藥，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.