脑靶向给药方式及研究进展

血脑屏障(BBB)是一层连续的、覆盖在99％脑毛细血管表面的内皮细胞膜，由三部分组成：最内层是脑毛细血管内皮细胞及其之间的紧密连接，中间层为基质和周细胞，最外层是星形胶质细胞和细胞外基质。脑毛细血管内皮细胞间的紧密连接和彼此间的互相重叠(物理性)、紧密连接的脑毛细血管内皮细胞间的高电阻性(电化学性)以及细胞膜上的高效外排系统(生理性)是构成BBB的生理基础。BBB的存在有效地保护了脑组织，但同时也使98％的对中枢神经系统(CNS)很有效的药物很难在脑内呈现有效浓度和治疗效果。研究表明，脂溶性药物且分子量＜400～500才能透过BBB。几乎所有的大分子药物如单克隆抗体、重组蛋白、反义因子或基因片段都不能透过BBB。

1　作用于脑部的给药方式

对不具有良好的脂溶性、低分子量和正电荷等透过BBB必需的生化性质的药物，可以采取以下方式给药。

1.1　破坏血脑屏障

破坏血脑屏障是通过向颈动脉中注射甘露醇溶液来实现的。脑部毛细血管中的高浓度溶液会使内皮细胞中的水分渗出，从而使原来紧密的连接处收缩、打开并持续20～30min。在此时间段内，那些不能透过BBB的药物可以自由扩散进入脑部。这种方法可使患脑部淋巴瘤、恶性脑胶质瘤的病人接受化疗药物的治疗。生理应激、颅内压的瞬变和抗肿瘤药物向正常脑组织中的不必要扩散是该方法的缺点。

1.2　脑室内给药

应用一种植入头皮内的塑料贮库式药物，通过导管从脑部的开口进入脑室内并释放。通过注射进入脑脊液(CSF)的药物只在作用部位接近脑室时适用。

1.3　鼻腔内给药

当经鼻腔给药的药物到达呼吸道上皮细胞后，药物可以被细胞旁路被动吸收进入体循环，通过载体转运然后被吸收。如经鼻腔给予足够量的药物，药物就可能通过嗅觉接收神经细胞进入到大脑或CSF中。

2　目前应用的药物运输体系

2.1　胶态给药系统

胶态给药系统是由10～400nm的小颗粒组成的药物转运体系，囊泡和液晶分散体以及纳米粒分散体都属于此给药系统，目的是得到一种具有最优的载药量和释放模型、及长保质期和低毒性的药物。药物颗粒可能会通过分子间的交互作用相互影响，特别是当药物具有两性时作用更加明显。

2.2　聚合物胶束

聚合物胶束是在水溶液中通过自组装形成的两亲嵌段共聚物(5～50nm)。药物被包裹在聚合物胶束的核内，并在外部浓度低于内部浓度时释放出来。此外，亲水层可以在水相中形成氢键，从而在胶束核周围形成一个紧密的壳。这个疏水壳可以有效地阻止核内药物的水解和酶降解。另外，电晕可能会阻碍网状内皮系统的识别并因此导致胶束在血液中的初步消除。胶束的化学组成、分子量和嵌段长度比可以任意改变，由此可以控制胶束的大小和形态。带有交联结构的嵌段共聚物可以增加相应胶束的稳定性并且提高其控释能力。

2.3　脂质体

脂质体最早是于1961年由英国的Alec D.Bangham研制。脂质体分子的一端具水溶性而另一端呈水不溶性。水溶性药物被包裹在疏水端聚合形成的壳中，脂溶性药物则被填充在磷脂层中。在某些情况下，脂质体接触到细胞膜后会与细胞膜融合并将药物释放到细胞中。这时吞噬细胞就会将脂质体包围，磷脂层被细胞壁溶酶溶蚀从而使药物释放。脂质体给药体系仍然需要进行大量的实验，以了解其更为精确的体内作用机制，从而使药物能够靶向作用于病灶部位。

3　纳米技术

3.1　纳米粒脑靶向给药

纳米粒是一类直径在1～1000nm之间的固态胶体颗粒，能够转运药物透过BBB。纳米粒的载药量高，并且能持续释药，适用于慢性脑病治疗，是脑靶向给药研究中的热点之一。

聚氰基丙烯酸正丁酯(PBCA)纳米粒是研究最广泛的能透过BBB的纳米粒。纳米粒载体应具备无毒性、生物相容性、无免疫原性和可降解等要求。但是载药纳米粒在体内很容易被单核一巨噬细胞系统(RES)器官(如肝、脾)摄取，要到达非单核一巨噬细胞系统器官如脑等中就比较困难。通过对纳米粒的修饰，如表面亲水性修饰、中性电荷修饰等，即可达到主动靶向的目的。其中以吐温80包衣的纳米粒可以很好地透过BBB，从而使一些易于分解的多肽和其它一些不能透过BBB的药物能够用于脑部疾病治疗。

对于纳米粒透过BBB的机制现在还存在争议，其中细胞胞饮作用被大部分研究者认可。研究表明，空白或载药纳米粒一般需2～4h后才能在脑内或脑脊液中达到最高浓度，这与细胞胞饮需时较长相吻合。此外，聚合物降解破坏BBB也是一种可能的机制。

3.2　嵌合肽技术

嵌合肽是在药物不能通过BBB时使用的一种药物脑靶向载体，其末端是一种可以经过BBB内源性受体快速代谢转移(RMT)透过BBB的内源性肽、修饰过的蛋白质或者单克隆抗体，例如胰岛素受体可以利用内源性RMT体系的内源性配体结合位点的代谢作用透过BBB。药物可以通过单生物酰化的方法与一种载体一抗生物素蛋白或者载体一抗生蛋白链菌素(SA)融合蛋白结合。这种生物酰化药物被储存在一个瓶中，载体一抗生物素蛋白被储存在另一个瓶中，两者在给药前混合后使用。

由于与生物素结合的抗生物素蛋白或抗生蛋白链菌素具有很高的亲和力，使得载体一抗生物素蛋白或者载体-SA融合蛋白可以瞬间捕获生物酰化神经治疗药物。单克隆抗体(mab)-抗生物素蛋白和mab/SA结合基因或者结合蛋白可以通过基因工程的方法制备。用于人体的脑靶向药物能通过基因工程的方法与HIRmab嵌合。这些通过基因工程嵌合的HIRmab的活性与最初作用于小鼠的嵌合HIRmab一致，都可以进入到脑部。脑组织可以吸收相当于2％～4％猕猴注射剂量的HIRmab，这比脑部吸收像吗啡一样的小分子神经兴奋药水平高出1～2个对数级。

3.3　起神经保护作用的肽类放射性药物

脑影像学的应用是通过将小分子放射性化合物连接到单胺类或氨基酸类神经元递质上实现的。然而只有很少的单胺类或氨基酸类神经元递质系统，更多的是肽类神经递质系统。因此，肽类放射性药物的使用可以大大提高神经影像技术的潜力。潜在的神经影像学上的应用包括表皮细胞生长因子(EGF)肽类放射性药物(用于早期脑肿瘤的诊断)和用于Alzheimer病脑部扫描诊断的肽类放射性药物。许多恶性神经胶质瘤都可能通过EGF受体表现出来，因此一些潜在的EGF肽类放射性药物都可以应用于影像学来诊断脑肿瘤。

3.4　蛋白质类神经治疗药物及在中风治疗中的神经保护作用

事实上，由于几乎所有小分子神经保护剂分子都不具有药物安全性或者不能透过BBB，这使它们不能应用于临床中风治疗。神经保护剂的治疗窗出现在中风发生后的3h内，在此期间BBB是完整的。BBB在中风后的

后期阶段被破坏，但此时已经错过了神经保护的时机。因此，要开发用于中风的神经保护剂，其本身应该具有良好的药物安全性和透过BBB的能力。一种脑源性神经营养因子(BDNF)在被修饰以后可以透过BBB，这种BDNF嵌合肽可以通过延时静脉给药，在局部或全脑缺血时起到神经保护作用。

4　鼻腔内给药

4.1　鼻腔内给药转运途径

在经鼻腔给药的药物到达呼吸道以后，药物可以象在身体其它部位一样，通过上皮细胞吸收进入体循环：T细胞和P细胞的被动吸收、载体转运，最后被吸收。但经鼻腔给药的药物能否透过BBB到达脑部发挥治疗作用却是一个亟待解决的问题。下面介绍药物通过鼻腔内上皮细胞到达CNS的方法。

当一种鼻腔给药药物在鼻腔内达到足够量并且足够深入以后，就可能到达鼻黏膜并通过嗅觉接收神经细胞进入到大脑或者CSF中。这个吸收过程大体上有两种可能机制：嗅觉神经通路途径(轴突输送)和呼吸道上皮细胞途径。

轴突输送相对缓慢，药物通过胞饮机制进入到嗅觉神经细胞中，运输到嗅球，然后利用相同的顺向轴突输送机制运送到大脑。受所给药物的影响，轴突输送速率可以在0.1～4mm/d至20～400mm/d之间变化。上皮细胞途径是一个值得关注的快速鼻－脑运输系统，药物可以从细胞旁路通过呼吸道上皮细胞进入神经周隙，这里因与蛛网膜下空间相连并可以直接与CSF相接触，所以药物可以扩散进入脑组织或者被CSF清除进入淋巴管，随后进入体循环。

4.2　影响药物转运的因素

药物分子大小是决定药物是否可以被吸收进入呼吸道上皮细胞或者嗅觉神经通路的主要因素。Fisher等研究发现，水溶性药物的分子量log值和药物吸收百分比log值几乎呈线性关系。其它影响药物向脑部转运的因素包括药物的解离度和亲脂性(脂溶性越高，运输性越好)。一旦药物进入大脑，可以进一步受到象P-糖蛋白(P-gp)一样的BBB外排转运蛋白体系的影响。Graft等发现，当药物与P-gp外排抑制剂如利福平结合时，药物在脑部的摄入量就会增加。

4.3　鼻-脑给药系统研究进展

药物的鼻-脑给药系统是给药方式研究的一个重要领域，其主要原因就在于它可以通过对外科手术期间测量脑脊液中的药物浓度和简单检测药物对CNS的影响来间接显示药物的转运过程。许多研究表明，药物可以通过这种方式被运送到脑部，但是尚无这种传送方式的直接证据。受此局限，药物通过嗅神经通路向CNS转运的研究主要用在与人类具有不同的嗅觉一呼吸道上皮细胞比的动物身上。但因人体也可能具有这种转运机制，所以仍然值得深入研究。目前有50多种药物和药物相关化合物被报道可以在经鼻腔给药后进入到CNS中。

近来有许多报道都显示，神经保护作用药物经鼻腔给药可以有效降低缺血性脑损伤程度。例如，2007年Ying报道，通过鼻腔内给药NAD+治疗鼠类暂时性脑缺血，结果发现NAD+可以显著降低脑缺血对脑部的损伤程度。同年，Wei等经鼻腔内给药PARG抑制剂没食子单宁，结果也见可以降低脑缺血对鼠类大脑的损伤程度。这些药物都是通过抑制聚(ADP核糖)聚合酶-1(PARP-1)的活性来达到神经保护作用的，而PARP-1被认为在缺血性脑损伤中起着关键作用。研究表明，NAD+在脑缺血发作后2h给药降低脑梗死程度的平均有效率为86％。由于PARP-1的活化可以促使脑缺血的发生，其对于鼻腔内给药的神经保护药物如去极化或NMDA受体阻断剂的研究也有很高的价值。

5　结语

由于可以治疗CNS疾病，脑靶向给药日益受到人们的重视。但是只有极少数药物可以透过BBB到达CNS，故人们开发了多种给药体系。纳米技术和鼻腔内给药技术都可以使药物有效地透过BBB，聚合物胶束和脂质体也被用作脑靶向给药载体。脑靶向给药在临床上表现为给药量较低、毒副作用较少和顺应性较好的特点。但它们仍然存在一些缺陷，需要开发更好的脑靶向给药系统。