經(jīng)鼻腦給藥途徑治療膠質母細胞瘤研究進展

李吻吻，賴睿，劉淇，趙海龍*

1遵義醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院病理生理學教研室，貴州遵義 563000；2遵義醫(yī)科大學第一臨床學院，貴州遵義563000；3遵義醫(yī)科大學口腔醫(yī)學院，貴州遵義 563000

膠質母細胞瘤(glioblastoma，GBM)是成人最常見、最致命的原發(fā)性惡性腦腫瘤，其發(fā)病率隨年齡增長而增高，75～84歲時達到峰值，但在85歲后下降，且男性發(fā)病率高于女性[1]。目前GBM的臨床治療手段主要為外科手術、放射療法(簡稱放療)和化學藥物療法(簡稱化療)，其中最大程度的手術切除是最有效的方法之一[2]。然而術后GBM患者的預后普遍較差，中位生存期僅15個月，且復發(fā)率高于90%[3]。目前，臨床上GBM最常用的化療藥物是替莫唑胺(temozolomide，TMZ)，其在體內自發(fā)水解為烷基化代謝物從而抑制腫瘤。臨床中使用放療聯(lián)合TMZ治療可使患者中位生存期延長2.5個月[4]，但TMZ易產(chǎn)生耐藥性，且入腦后靶向性較差，不良反應較多[5]。大部分抗癌藥物由于血腦屏障(blood brain barrier，BBB)的低通透性而不易入腦[6]，臨床上需要提高藥物劑量才能在腦中獲得有效治療濃度，從而限制了其臨床應用。雖然目前可使用聚焦超聲(BBB的機械破壞)、血管活性肽(BBB的化學破壞)等方式予以克服，但在一定程度上會對BBB造成破壞，且藥物療效不佳[6]。因此迫切需要一種新的給藥方法，既能跨過BBB的阻礙，又能保證藥物療效。最近一種新的非侵入性給藥方法，即鼻腦給藥途徑，可作為遞送藥物活性分子的替代途徑。經(jīng)鼻入腦的給藥方式可使藥物繞過BBB直接入腦，且能夠保證藥物到達腫瘤組織對具有有效濃度，是一種有效的新型藥物輸送策略。本文就鼻腦給藥途徑聯(lián)合不同抗癌藥物或方式在GBM治療中的應用研究進展進行綜述。

1 BBB

BBB是腦組織與血液之間的屏障，由內皮細胞、星形膠質細胞、周細胞、基底膜和細胞外基質組成，可阻止機體血液中的大分子、毒素和藥物進入腦組織，從而維持腦組織穩(wěn)態(tài)[7]。BBB通常只允許分子量小于400 ku的小親脂性分子通過[8]。因此，使用藥物治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)疾病時必須克服BBB的障礙。目前主要通過腦室內或鞘內注射來實現(xiàn)腦內直接給藥[9]，但腦室內或鞘內注射是侵入性方式，容易引發(fā)感染等并發(fā)癥。因此，如何跨過BBB實現(xiàn)腦內給藥是大部分CNS疾病(包括腦腫瘤)臨床治療最常見的障礙或困難[10]。

2 鼻腦給藥途徑

鼻腔由前庭區(qū)域、呼吸區(qū)域和嗅覺區(qū)域等三個區(qū)域組成[11]。前庭區(qū)域是鼻腔入口，主要由鱗狀上皮細胞組成；呼吸區(qū)域是鼻腔最大的區(qū)域，含有豐富的血管與神經(jīng)[12]，其中的三叉神經(jīng)與腦內CNS相連[13]；嗅覺區(qū)域由嗅上皮細胞組成，該處存在連接腦組織與外部環(huán)境的有孔毛細血管，是BBB最薄弱的部位，被認為是經(jīng)鼻途徑藥物的主要吸收部位[14]。

由于鼻腔黏膜對小分子藥物和生物類藥物具有很好的吸收和滲透性，同時多肽等大分子物質及干細胞也能通過嗅覺區(qū)域進入腦內，因此鼻腔非常適合藥物輸送入腦[15]。藥物經(jīng)鼻入腦主要通過嗅覺神經(jīng)和三叉神經(jīng)通路[16]。當藥物從鼻腔到達嗅覺區(qū)域時，會通過嗅覺神經(jīng)和三叉神經(jīng)進入腦內的嗅球，然后進入腦脊液，進一步到達大腦的不同區(qū)域，從而達到繞過BBB的目的[17]。

雖然滴鼻劑、噴霧劑等形式已廣泛使用，并已被證實對鼻內給藥更有效[18]；但由于藥物會經(jīng)歷黏液纖毛清除、酶促降解過程，其生物利用度降低且停留時間短，可能會限制鼻內吸收[19]。同時，可噴入鼻腔的藥物量有限，長期接觸含有細胞毒性的制劑會導致纖毛毒性、鼻黏膜損傷和刺激，甚至引起過敏[20-21]。為克服這些障礙以提高鼻腔給藥的有效性，利用吸收促進劑、黏膜黏附劑、酶抑制劑和納米載體等方法延長鼻腔停留時間，降低黏膜纖毛清除率，可改善藥物的吸收情況[19,22-23]。新型藥物制劑主要包括納米顆粒、水凝膠、微球或基于脂質的納米制劑，藥物被封裝到適當?shù)妮d體系統(tǒng)中以控制釋放和增強藥物向CNS的靶向遞送，從而提高鼻黏膜對藥物的吸收利用[19,22-24]。

總之，鼻腦給藥途徑是利用連接大腦與外部環(huán)境之間的獨特解剖結構，從而繞過BBB的給藥方式。與其他CNS給藥方式相比，鼻腦給藥途徑作為一種簡單的、非侵入性給藥替代途徑，具有生物利用度高、創(chuàng)傷性小、不良反應少等優(yōu)勢，且可防止胃腸道反應和首過效應[19]。因此，鼻腦給藥途徑在GBM等腦部腫瘤的藥物治療中具有一定的應用前景[25]。長期鼻腔給藥會對鼻腔黏膜和纖毛產(chǎn)生毒副作用，而納米藥物遞送系統(tǒng)可控制釋放并增強藥物向CNS的靶向遞送，增強鼻黏膜對藥物的吸收，同時降低藥物對鼻腔的毒副作用。

3 經(jīng)鼻腦給藥途徑的GBM治療藥物

3.1 天然化合物姜黃素(curcumin，CC) CC是一類源自姜黃根狀莖的天然活性化合物，具有廣泛的抗癌、抗腫瘤、抗氧化和抗炎作用[26]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，CC可調節(jié)多種細胞信號通路及分子靶點如p53、磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(phosphatidylinositol 3 kinase/protein kinase B，P13K/Akt)、Janus激酶/信號轉導和轉錄激活因子(Janus kinase/signal transducer and activator of transcription，JAK/STAT)以及核轉錄因子κB (nuclear transcription factor-κB，NF-κB)等，從而抑制GBM腫瘤細胞的遷移、侵襲、增殖等[27-29]。此外，CC還可特異性抑制GBM腫瘤干細胞的增殖并選擇性誘導腫瘤細胞凋亡，從而保護正常腦組織[28,30]。Mukherjee等[31]發(fā)現(xiàn)，CC經(jīng)GBM特異性抗體耦聯(lián)修飾后，在GBM模型動物中經(jīng)鼻腔給藥，能夠靶向GBM細胞產(chǎn)生顯著的抑制效果，表明CC可通過鼻腦給藥途徑有效治療GBM。

3.2 5-氟尿嘧啶(5-fluorouracil，5-FU) 5-FU是天然尿嘧啶的類似物，在細胞內代謝活化生成靶向DNA和RNA等的核苷和核苷酸代謝物，可發(fā)揮細胞毒性作用，目前廣泛用于治療各種腫瘤[32]。

近期研究發(fā)現(xiàn)，嗅鞘細胞(olfactory ensheathing cell，OEC)具有遷移到損傷部位的能力和抗炎特性，經(jīng)鼻腦給藥途徑入腦后可以靶向腦腫瘤[33]。Carvalho等[33]研究發(fā)現(xiàn)，體外培養(yǎng)的OEC可過表達酵母胞嘧啶脫氨酶(cytosine deaminase，CD)和尿嘧啶磷酸核糖轉移酶(uracil phosphoribosyltransferase，UPRT)，然后利用其自身對腦腫瘤的靶向性，在腦腫瘤部位特異地將前藥5-氟胞嘧啶(5-fluorocytosine，5-FC)轉化為細胞毒劑5-FU，進而抑制腫瘤細胞的核苷酸合成并誘導其死亡。該研究結果表明，利用OEC載體可實現(xiàn)5-FU經(jīng)鼻腦給藥途徑靶向殺傷GBM細胞的目的。

3.3 TM Z TM Z具有一定的脂溶性，可跨越BBB，是目前臨床治療GBM的常規(guī)性化療藥物。TMZ可在DNA的嘌呤和嘧啶中添加一個甲基，從而導致堿基錯配、細胞損傷及細胞凋亡[34]。但在臨床上，TMZ的使用以口服為主，在藥物生效過程中需要克服酶降解、首過效應和BBB等障礙，容易產(chǎn)生耐藥性。近年來有研究發(fā)現(xiàn)，在使用TMZ對GBM模型動物進行治療的過程中，相較靜脈注射和灌胃，鼻腦給藥途徑能夠顯著抑制GBM的生長、減小腫瘤體積并延長動物中位生存期。Li等[35]研究發(fā)現(xiàn)，TMZ經(jīng)鼻腦給藥能夠有效治療GBM，且有效藥物劑量較小，可作為新的GBM治療策略。

3.4 紫蘇醇(perillyl alcohol，POH) POH是一種從香菜、薰衣草、薄荷、芹菜籽等植物精油中分離出來的天然單環(huán)萜烯[36]。由于POH半衰期較短，臨床上常通過口服膠囊的方式治療GBM，但需要每天連續(xù)多次給藥，易導致消化系統(tǒng)不良反應，如惡心、疲倦和嘔吐等[37]。

目前研究發(fā)現(xiàn)，POH經(jīng)鼻腦給藥可有效延長患者生存期，且不良反應少[38]。Sch?nthal等[38]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)鼻腦途徑給予不同劑量的POH均具有良好的耐受性，未報告嚴重不良事件。同時，6個月無進展生存率(progression free survival-6，PFS-6)為33%，12個月總生存率(overall survival-12，OS-12)為55%，中位總生存期為15個月。該研究結果表明，POH經(jīng)鼻腦給藥治療GBM具有一定的安全性，且可有效降低復發(fā)率。

此外，Rieger等[39]發(fā)現(xiàn)，在POH鼻腦給藥的基礎上，給予生酮飲食可有效治療復發(fā)性GBM。酮體會抑制GBM細胞的活力，但不會影響正常細胞的活力[40]，因此，利用低碳水化合物、高脂肪的生酮飲食聯(lián)合鼻腦給藥POH可增加血酮體水平以治療GBM，且能夠降低藥物毒性、保證療效[41]。相較于單純鼻腦給藥POH，結合生酮飲食可明顯降低GBM的復發(fā)率，這可能與患者的血脂和低密度脂蛋白膽固醇水平降低有關[42]。因此，POH經(jīng)鼻腦給藥能夠有效治療GBM，且與生酮飲食結合可明顯提高療效，具有巨大的潛在臨床應用前景[43]。

總之，CC、5-FU、TMZ、POH等抗癌藥物可通過鼻腦給藥途徑直接進入大腦，從而治療GBM。

4 治療GBM的鼻腦給藥系統(tǒng)

治療GBM的新型藥物遞送系統(tǒng)正在開發(fā)中，最近納米顆粒(nanoparticles，NP)受到了極大的關注，NP、納米乳劑和基于脂質的納米制劑等主要用于鼻腦遞送研究[44]。

聚合物NP在藥物傳遞方面顯示出了巨大的潛力。最近有學者提出了用于鼻內給藥治療GBM的負載褪黑素聚己內酯納米顆粒(MLT-NP)[23]。褪黑素(melatonin，MLT)是一種由松果體合成和分泌的吲哚類激素[45]，具有抗炎和抗氧化活性，可調節(jié)生物節(jié)律并抑制GBM細胞的增殖[46]。但MLT半衰期短、口服生物利用度低、溶解性差、首過效應明顯，從而較難達到治療濃度，限制了其臨床應用[23]。de Oliveira Junior等[23]研究發(fā)現(xiàn)，MLT-NP制劑對GBM細胞具有很強的細胞毒性作用，與鼻內或口服途徑給藥的游離MLT相比，由于NP可從鼻腔直接到達大腦，因此MLT-NP鼻內給藥增加了大腦中MLT的濃度，一定程度上提高了GBM的治療效果[23]。

研究發(fā)現(xiàn)，與游離姜黃素(CM)相比，姜黃素負載納米顆粒(CM-NP)對腦腫瘤切除后GBM干細胞(GSCs)的增殖、遷移和侵襲具有明顯抑制作用，同時可誘導GSCs細胞周期阻滯和凋亡的發(fā)生[29]。該研究結果表明，CM-NP可有效地靶向GSCs，發(fā)揮較強的抗腫瘤作用。

目前TMZ雖然是GBM臨床治療的一線藥物，但存在靶向性差、不良反應多和易產(chǎn)生耐藥性等問題，限制了其在臨床的應用。Wang等[47]研究發(fā)現(xiàn)，采用EphA3抗體和NP對TMZ進行修飾(抗EphA3-TMZ@GNPs)后，輔以鼻腦給藥方式能夠有效治療GBM。與游離TMZ相比，抗EphA3-TMZ@GNPs可繞過BBB并靶向GBM細胞，產(chǎn)生較強的細胞毒性作用誘導凋亡發(fā)生，最終提高在GBM模型動物中的抗GBM效果，延長其生存期。

紫杉醇(paclitaxel，PTX)也是臨床治療GBM的常用藥物，但由于其溶解度低并具有脫靶細胞毒性，臨床應用時可能會引起多種不良反應[48]。Ullah等[22]研究發(fā)現(xiàn)，PTX結合NP并經(jīng)過精氨酸-甘氨酰-天冬氨酸三肽(RGD)修飾(RGD-NP-PTX)后，能夠通過鼻腦給藥途徑靶向進入GBM區(qū)域，并抑制腫瘤細胞的生長。此外，RGD-NP-PTX治療僅對快速分裂的GBM有效，而對無法分裂的正常腦細胞沒有明顯傷害作用。因此，RGD-NP-PTX在治療GBM方面具有良好的臨床價值和應用前景。

5 干細胞治療GBM

由于干細胞對腫瘤組織具有特異傾向性且能夠穿過BBB，目前臨床上已嘗試使用干細胞治療GBM[49-51]。此外，干細胞對損傷區(qū)域具有傾向性。有研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)干細胞(neural stem cells，NSCs)可遷移到神經(jīng)系統(tǒng)的損傷部位，從而改善患者的認知功能，促進認知恢復[52]；人臍帶間充質干細胞(mesenchymal stem cells，MSCs)具有恢復神經(jīng)細胞數(shù)量和減輕腦炎癥的神經(jīng)保護作用[53]。Portnow等[54]研究發(fā)現(xiàn)，NSCs本身具有較好的GBM治療作用和安全性；Coccè等[55]研究發(fā)現(xiàn)，MSCs在體外可通過促進腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體(tumor necrosis factor related apoptosis inducing ligand，TRAIL)的過表達而誘導GBM細胞凋亡。目前臨床上常用的干細胞主要為具有自我更新能力的多能干細胞，如NSCs和MSCs等[56]。

膠質瘤模型小鼠在放療后經(jīng)鼻腦遞送MSCs可延長小鼠的壽命。Soria等[57]研究證實，鼻腦遞送hMSCs可促進輻射誘導的腦損傷修復，改善神經(jīng)功能。此外，MSCs治療可防止機體炎癥、氧化應激的發(fā)生，促進輻射后腦損傷修復并改善小鼠的神經(jīng)功能，繼而保證小鼠正常的生物學功能和主要器官的組織結構完整[58]。此外，鼻腦遞送MSCs能夠向顱內GBM區(qū)域遷移，并通過表達TRAIL促進GBM細胞凋亡，最終明顯延長GBM模型動物的存活時間；同時配合放療，可使CXC趨化因子配體12(CXC chemokine ligand 12，CXCL12)表達上調，增強MSCs向顱內腫瘤部位遷移的能力[59]。Reitz等[60]研究發(fā)現(xiàn)，通過鼻腦給藥途徑輸送NSCs入腦可有效治療GBM，且不良反應少、創(chuàng)傷性小；滴鼻6h后，NSCs通過嗅覺途徑遷移入腦，并在GBM腫瘤部位發(fā)生特異性聚集，24 h細胞數(shù)量到達頂峰，表明NSCs對GBM腫瘤有一定的傾向性。

在干細胞通過鼻腦給藥途徑治療GBM的過程中，應用纖維蛋白膠或甲巰咪唑(methimazole，MT)可以顯著延長干細胞在鼻腔中的停留時間，從而提高干細胞的靶向治療效果。例如，在NSCs鼻腦給藥過程中應用MT可顯著提高GBM模型小鼠的存活率[61]。

總之，干細胞對腫瘤的生長具有抑制作用，可誘導腫瘤消退。干細胞經(jīng)鼻腦給藥途徑治療GBM是一種安全、簡單且有效的非侵入性方式，可最大程度地減輕放療引起的不良反應，且干細胞對腫瘤組織的傾向性可提高治療的靶向性，因此干細胞經(jīng)鼻腦給藥途徑治療GBM具有一定的臨床應用價值。

6 總結與展望

由于GBM具有浸潤生長的特性，手術不能完全切除腫瘤組織，同時由于BBB會限制大部分藥物入腦，化療藥物的治療效果不佳，最終導致GBM患者預后較差，生存率較低。通常情況下，口服給藥被認為是一種最方便的治療方式。然而，治療GBM的藥物(如TMZ)要以其生物活性形式到達大腦必須通過BBB，在此過程中藥效降低。

目前，在GBM的治療中，鼻腦途徑是可繞過BBB的一種非侵入性給藥方法，較其他方法具有潛在的優(yōu)勢。本文主要探討了通過鼻腦途徑給予抗癌藥物CC、5-FU、TMZ和POH等對GBM的治療作用。鼻腦給藥后藥物具有更好的生物分布和更高的治療效果(圖1)。鼻腦給藥POH在臨床試驗中表現(xiàn)出較好的耐受性和較高的患者依從性。臨床應用的干細胞(如NSCs和MSCs等)對GBM具有傾向性，使其通過鼻腦給藥途徑能夠保證較強的靶向性且不良反應較少。在鼻腦給藥遞送方面，已經(jīng)設計和研究了包裹在納米結構載體(納米乳液、微乳、聚合物和脂質納米粒)中的藥物，以提高鼻腔到大腦的藥物輸送效率。其中新型制劑提供了表面修飾的納米載體，能夠靶向GBM細胞輸送特定藥物，同時減輕對鼻黏膜的毒副作用。盡管目前針對GBM的鼻腦給藥方式研究較少，但該給藥方式已在臨床上配合部分新型藥物或成熟藥物用于GBM的初期治療，未來可為GBM患者帶來新的治療選擇。

圖1 鼻腦給藥途徑治療膠質母細胞瘤(GBM)Fig. 1 The nose-to-brain drug delivery approaches for treatment of glioblastoma (GBM)