納米遞藥系統治療阿爾茨海默病的研究進展☆

劉云云劉中霖溫小軍肖頌華彭英

·綜述·

納米遞藥系統治療阿爾茨海默病的研究進展☆

劉云云*劉中霖*溫小軍*肖頌華*彭英*

納米遞藥系統 阿爾茨海默病 腦靶向 血腦屏障

阿爾茨海默病（Alzheimer's disease，AD）是一種進展性的神經退行性疾病，也是癡呆最常見的類型［1］。AD目前尚無有效的治療方法，其中重要的原因就是治療AD的藥物無法有效的通過血腦屏障（blood brain barrier，BBB）［2］。納米遞藥系統以其獨特的優勢，成為目前可以通過BBB治療AD最有希望的手段［3］。通過納米介導遞藥系統治療AD目前已經取得了一定的進展，然而由于其腦靶向性不高從而受到極大的限制［4］。因此如何使得納米遞藥系統靶向性的遞送藥物或基因到達腦部治療AD成為急需解決的問題。本文重點綜述以納米遞藥系統為基礎的各種試圖達到腦靶向效果的策略，旨在為AD的治療提供最有效的遞藥方法。

1 納米遞藥系統

在過去的十年，學者致力于各種通過BBB的策略研究，開發出一系列的可以通過BBB的納米遞藥系統，比如近來的報道的膠束載體系統，脂質體載體系統，納米粒（nanoparticles，NPs）載體系統，樹狀聚合物載藥系統，聚合物納米囊泡載藥系統。研究認為納米遞藥系統可能通過模擬低密度脂蛋白（low density lipoproteins，LDL）樣作用與LDL受體結合，從而觸發腦血管內皮細胞的內吞通過BBB［5］。

2 腦靶向修飾納米遞藥系統

傳統的納米遞藥系統的局限性限制其靶向運輸至腦部。比如納米膠體劑型在通過系統給藥后很快就會被網狀內皮系統吞噬。為克服血漿清除并且產生靶向性治療效應，設計制備靶向修飾的納米載體可以成功的達到目的［6］。納米載體修飾以單克隆抗體，短肽，以及蛋白片段，通過增強納米遞藥系統與BBB的表面受體的結合，達到特異性腦靶向作用，其作用模式就如“特洛伊木馬”［7］。

3 轉運蛋白介導的腦靶向修飾納米遞藥系統

腦毛細血管內皮細胞上存在多種轉運蛋白，它能識別特定分子并將其轉運通過BBB，其中研究相對較多的是P－糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）。P-gp將底物藥物從腦中泵血液中，限制大部分藥物向腦內轉運，并且它還是導致多藥耐藥的重要原因［8］。脂質體納米遞藥系統本身就具有抑制P-gp作用，可能的機制為直接與P-gp作用，或者繞過P-gp的泵出路徑［9］。同樣被證實具有此作用的納米載體有：聚合物納米粒，脂質納米粒。納米遞藥系統通過BBB的機制可能就是轉運蛋白 （如P-gp）參與作用的結果，故試圖通過修飾抑制P-gp的配體來增強腦靶向效果的研究罕見。

4 受體介導的腦靶向修飾納米遞藥系統

腦血管內皮細胞上高表達一些受體，比如胰島素受體，轉鐵蛋白受體，低密度脂蛋白受體，以及他們的相關蛋白，另外一些新的受體尚未被證實，有待進一步研究［10］。通過在納米遞藥系統連接這些受體的特異性配體，修飾性配體或者單克隆抗體，可以實現腦靶向作用。

4.1 轉鐵蛋白受體 （transferrin receptor，TfR）Tf或者其抗體，比如R17217，OX26單克隆抗體，作用于TfR達到腦靶向作用已經有過很多研究［11］。最先將OX26（一種鼠科動物的TfR）運用于遞送多肽通過BBB的報道是在90年代早期［12］。隨后，Tf或者其抗體修飾納米遞藥系統的研究得到迅速的發展［13－16］。

4.2 胰島素受體（insulin receptor，IR）胰島素受體作為靶點，用來介導藥物通過BBB已經被證明在動物包括靈長類非常有效［17］。Jones等［18］把恒河猴作為實驗動物，用靶向結合人胰島素受體的83-14鼠單克隆抗體進行注射，3 h后發現單克隆抗體總的攝取為4%，相當于每克腦組織攝取 0.04%。Karsten等［19］用胰島素以及胰島素受體單克隆抗體29B4修飾人類血清白蛋白納米粒（HAS-NPs），證實其高效腦靶向性。IR介導BBB的運輸效率相當于10倍的TfR，因此修飾胰島素或者其單克隆抗體的納米遞藥系統更具有吸引力［20］。另外，胰島素的價格相比載脂蛋白等便宜，使其被選擇的優點增多。

4.3 低密度脂蛋白受體（low-density lipoprotein，LRP）LRP 是LDL受體家族中的一種成員，可以介導許多配體通過胞轉作用通過BBB。這些配體有：乳鐵蛋白，黑素轉鐵蛋白，以及相關受體蛋白。Mina等［21］用LDL修飾納米遞藥系統包裹紫杉醇（paclitaxel，PTX），腦靶向治療多形性膠質母細胞瘤。Xin等［22］將LRP的一種配體Angiopep（ANG）修飾聚乙二醇及聚己內酯包裹PTX，形成ANG-NP-PTX復合體，用于靶向治療腦膠質瘤。LRP的配體非常之多，目前用于修飾納米遞藥系統不多，有待進一步開發。

4.4 白喉毒素受體（diphtheria toxin receptor，DTR）DTR在平滑肌細胞，血管內皮細胞，BBB上均有表達。CR197M是一種非毒性DT的突變體，可以作為靶向載體，將藥物運輸到腦部。學者將CRM197修飾脂質體納米遞藥系統，證實其在腦靶向納米遞藥系統的應用［23］。以DTR為靶點的納米遞藥系統目前研究比較少，可能與目前發現的DTR配體較少有關。

4.5 腦內皮細胞其他受體腦毛細血管內皮細胞還存在其他特異性受體，比如：胰島素樣生長因子，白介素和葉酸。目前有關這些特異性受體的配體在腦靶向修飾納米遞藥系統中應用較少。

5 吸附介導的腦靶向修飾納米遞藥系統

吸附介導通過BBB與受體介導通過BBB類式，但是它不具有特異性機制。肽類或蛋白質擁有基礎等電位點連接BBB腔面的質膜（通過靜電相互作用介導），引發吸附介導過程。目前常用陽離子化蛋白修飾納米遞藥系統，達到腦靶向效果。陽離子牛血清白蛋白（cationic bovine serum albumin，CBSA），因為其在腦內相比牛血清白蛋白較多的聚集成為更好的選擇。CBSA修飾PEG化脂質體納米遞藥系統通過吸附介導途徑通過腦內皮組織，證實這種遞藥系統具有適宜的腦靶向遞藥功能［24］。Wei等［25］用CBSA修飾PEG-PLA，成功合成CBSA-PEGPLA納米遞藥系統，通過體內以及體外實驗證實其高效通過BBB且具有低毒性特點。吸附介導的腦靶向修飾納米遞藥系統所應用的如CBSA制備等簡單容易，其缺點在于血漿半衰期短、免疫源性高。

6 納米遞藥系統與AD

過去的十年里面，學者聚焦在藥物遞送機制上，希望尋找一種新的策略有效的將藥物遞送通過BBB，治療諸如AD等中樞神經系統疾病。然而納米遞藥系統應用于AD治療的研究非常少。Sahni等［4］綜述目前AD的所有遞藥系統，認為納米遞藥系統是最有效，最具有前途的策略。

6.1 納米粒遞藥系統與AD納米粒遞藥系統較早應用于遞送AD的藥物。Cui等［26］通過實驗證實納米粒遞藥系統具有遞送青霉素D到達腦部預防AD，并且可以減少金屬離子在中樞神經系統的聚集。Gang等［27］用納米粒遞藥系統包裹鐵鰲合劑，安全通過BBB并且達到很好的治療效果。后來他用實驗證實納米遞藥系統連接螯合劑（Nano-N2PY）可以減少Aβ的聚集以及毒性，提供一種新的治療AD的腦靶向納米遞藥系統［28］。氧化鈰納米粒（cerium oxide nanoparticles，CNPs）曾在AD的體外模型中被證明具有抗氧化和神經保護作用，遺憾的是，后來的一項體內實驗證實CNPs進入體內后主要集中在脾臟和肝臟，幾乎沒有在腦中發現，提示CNPs不能有效通過BBB［29］。

6.2 聚合納米粒遞藥系統與AD聚合物納米粒遞藥系統攜帶藥物，對AD進行靶向治療具有很大的希望。聚合納米粒遞藥系統在靶向中樞神經系統治療腫瘤研究較多［30］，而在AD的治療上有待完善和發展［31］。Wilson等［32］用多聚納米粒，表面修飾聚山梨酯80，包裹卡巴拉汀藥物，靶向到達中樞神經系統，有效的治療AD。Brambilla等［33］合成PEG-PACA，能夠連接Aβ肽，給AD的治療帶來重要的策略。

6.3 聚合物囊泡納米遞藥系統與AD聚合物囊泡納米遞藥系統修飾靶向神經節苷脂GM1的多肽G23，不僅在體外試驗中被證實可以通過BBB，而且體內實驗也發現其在腦部聚集，證實其腦靶向性，因此其對于AD以及PD等中樞神經系統疾病的治療具有潛在的應用價值［34］。

6.4 新納米材料遞藥系統與AD納米材料技術的發展，給AD遞藥系統同樣帶來發展的機遇。Agyare等［35］設計合成一種稱作巧妙納米工具 （smart nano vehicle，SNV），它可以通過BBB，靶向運輸到Aβ聚集的區域。Yang［36］用單壁碳納米管高效的將乙酰膽堿遞送到AD模型小鼠大腦，并且安全性高。近年來為了進一步高效靶向治療AD，學者還研究出一些新的納米載體，比如：金納米粒子［37］，磁性納米粒子［38］。

6.5 腦靶向修飾納米遞藥系統與AD除了單純以納米材料本身的優勢和巧妙設計來通過BBB達到治療AD之外，通過對納米遞藥系統予以腦靶向修飾，從而達到更加高效的遞藥治療效果成為極具吸引力的研究領域。然而非常遺憾的是，通過腦靶向修飾納米遞藥系統目前只見于其他中樞神經系統疾病的治療，而應用于治療AD的研究少見報道。Anna maria等［39］將 PEG連到 CNPs上并且接靶向 Aβ的抗 Aβ抗體，形成anti-Aβ-CNPs-PEG復合體用于治療AD，體外實驗證實具有良好的腦靶向治療效應，然而其在體實驗的可行性還有待進一步研究。

7 小結與展望

納米遞藥系統在中樞神經系統疾病治療方面的應用：在材料選擇方面，目前應用最多的是多聚納米粒以及固體脂質納米，新的材料如樹狀聚合物有待進一步發展；在腦靶向修飾方面，目前大部分研究依據基于受體介導方式，而其中TfR，IR，LRP應用最多，有些受體尚未被利用，新受體的發現以及其他配體的應用可能給腦靶向帶來進一步突破。

納米遞藥系統治療AD研究方面目前來說相對較少。許多腦靶向中樞神經系統的納米系統遞藥策略尚未應用在AD的治療上。現有的研究主要是應用納米材料創新方面攜帶藥物或者基因治療AD，而在腦靶向修飾納米遞藥系統高效的攜帶藥物或者基因治療AD的研究急需發展。展望納米遞藥系統在AD中的研究和應用。我們需要開發出通過BBB能力更強的納米材料和加大腦靶向修飾納米遞藥系統在AD中的應用。另外，目前學者致力于研究神經特異性受體從而達到神經靶向特異性是否也可以給我們啟發［40］。如果能夠同時納米遞藥系統達到通過BBB，而且達到神經特異性結合，那么藥物不但能夠通過BBB，而且通過血管滲透到人體其他非神經系統的組織和器官的納米遞藥系統因為無法與非神經特異性細胞結合從而減少藥物的流失和副作用，達到理想而完美的治療AD效果。如此，利用化學技術手段使受體介導BBB特異性物質和神經特異性物質共連接到納米材料上，是否能夠開發出一種以往無法比擬的高效腦靶向修飾納米遞藥系統，從而為AD的治療帶來徹底的變革。

［1］ 曾凡，張吉強，王延江.體液生物標記物在阿爾茨海默病早期診斷中的作用與評價［J］.中國神經精神疾病雜志，2011 （4）：244－246.

［2］Pardridge WM. Alzheimer's disease drug development and the problem of the blood-brain barrier［J］.Alzheimers Dement，2009，5（5）：427－432.

［3］Di Stefano A，Iannitelli A，Laserra S，et al.Drug delivery strategies for Alzheimer's disease treatment［J］.Expert Opin Drug Deliv，2011，8（5）：581－603.

［4］Sahni J K，Doggui S，Ali J，et al.Neurotherapeutic applications of nanoparticles in Alzheimer's disease［J］.J Control Release，2011，152（2）：208－231.

［5］Faraji AH，Wipf P.Nanoparticles in cellular drug delivery［J］.Bioorg Med Chem，2009，17（8）：2950－2962.

［6］Celia C，Cosco D，Paolino D，et al.Nanoparticulate devices for brain drug delivery［J］.Med Res Rev，2011，5（41）：716－756.

［7］Limbach LK，Wick P，Manser P，et al.Exposure of engineered nanoparticles to human lung epithelial cells： influence of chemical composition and catalytic activity on oxidative stress［J］.Environ Sci Technol，2007，41（11）：4158－4163.

［8］Leitner I，Nemeth J，Feurstein T，et al.The third-generation P-glycoprotein inhibitor tariquidar may overcome bacterial multidrug resistance by increasing intracellular drug concentration ［J］.J Antimicrob Chemother，2011，66（4）：834－839.

［9］Sadava D， Coleman A， Kane SE.Liposomal daunorubicin overcomes drug resistance in human breast， ovarian and lung carcinoma cells［J］.J Liposome Res，2002，12（4）：301－309.

［10］Abbott NJ，Patabendige AA，Dolman DE，et al.Structure and function of the blood-brain barrier［J］.Neurobiol Dis，2010，37 （1）：13－25.

［11］Aktas Y，Yemisci M，Andrieux K，et al.Development and brain delivery of chitosan-PEG nanoparticles functionalized with the monoclonal antibody OX26［J］.Bioconjug Chem，2005，16 （6）：1503－1511.

［12］Yoshikawa T， Pardridge WM.Biotin delivery to brain with a covalent conjugate of avidin and a monoclonal antibody to the transferrin receptor［J］.J Pharmacol Exp Ther，1992，263（2）：897－903.

［13］Chang J，Jallouli Y，Kroubi M，et al.Characterization of endocytosisoftransferrin-coated PLGA nanoparticlesby the blood-brain barrier［J］.Int J Pharm，2009，379（2）：285－292.

［14］Ulbrich K，Hekmatara T，Herbert E，et al.Transferrin-and transferrin-receptor-antibody-modified nanoparticles enable drug delivery across the blood-brain barrier（BBB）［J］.Eur J Pharm Biopharm，2009，71（2）：251－256.

［15］Gan CW，Feng SS.Transferrin-conjugated nanoparticles of poly （lactide）D-alpha-tocopheryl polyethylene glycol succinate diblock copolymer for targeted drug delivery across the bloodbrain barrier［J］.Biomaterials，2010，31（30）：7748－7757.

［16］Gupta Y，Jain A，Jain SK.Transferrin-conjugated solid lipid nanoparticles for enhanced delivery of quinine dihydrochloride to the brain［J］.J Pharm Pharmacol，2007，59（7）：935－940.

［17］Boado RJ，Zhang Y，Zhang Y，et al.Humanization of antihuman insulin receptor antibody for drug targeting across the human blood-brain barrier［J］.Biotechnol Bioeng，2007，96（2）：381－391.

［18］Jones AR，Shusta EV.Blood-brain barrier transport of therapeutics via receptor-mediation［J］.Pharm Res，2007，24（9）：1759－1771.

［19］Ulbrich K，Knobloch T，Kreuter J.Targeting the insulin receptor： nanoparticles for drug delivery across the blood-brain barrier（BBB）［J］.J Drug Target，2011，19（2）：125－132.

［20］Pardridge WM.shRNA and siRNA delivery to the brain［J］.Adv Drug Deliv Rev，2007，59（2－3）：141－152.

［21］Nikanjam M，Gibbs AR，Hunt CA，et al.Synthetic nano-LDL with paclitaxel oleate as a targeted drug delivery vehicle for glioblastoma multiforme［J］.J Control Release，2007，124（3）：163－171.

［22］Xin H，Jiang X，Gu J，et al.Angiopep-conjugated poly（ethylene glycol）-co-poly（epsilon-caprolactone）nanoparticles as dual-targeting drug delivery system for brain glioma［J］.Biomaterials，2011，32（18）：4293－4305.

［23］Gaillard PJ，de Boer AG.A novel opportunity for targeted drug delivery to the brain［J］.J Control Release，2006，116（2）：e60－e62.

［24］Thole M，Nobmann S，Huwyler J，et al.Uptake of cationzied albumin coupled liposomes by cultured porcine brain microvessel endothelial cells and intact brain capillaries［J］.J Drug Target，2002，10（4）：337－344.

［25］Lu W，Zhang Y，Tan YZ，et al.Cationic albumin-conjugated pegylated nanoparticles as novel drug carrier for brain delivery ［J］.J Control Release，2005，107（3）：428－448.

［26］Cui Z， Lockman PR， Atwood CS， et al.Novel D-penicillamine carrying nanoparticles for metal chelation therapy in Alzheimer's and other CNS diseases［J］.Eur J Pharm Biopharm，2005，59（2）：263－272.

［27］Liu G，Men P，Harris PL，et al.Nanoparticle iron chelators：a new therapeutic approach in Alzheimer disease and other neurologic disorders associated with trace metal imbalance［J］.Neurosci Lett，2006，406（3）：189－193.

［28］Liu G，Men P，Kudo W，et al.Nanoparticle-chelator conjugates as inhibitors of amyloid-beta aggregation and neurotoxicity：a novel therapeutic approach for Alzheimer disease［J］.Neurosci Lett，2009，455（3）：187－190.

［29］Hirst SM，Karakoti A，Singh S，et al.Bio-distribution and in vivo antioxidant effects of cerium oxide nanoparticles in mice ［J］.Environ Toxicol，2011.http：／／dx.doi.org／10.1002／tox.20704.

［30］張振宇，徐健，鐘平.納米載體在膠質瘤成像中的應用［J］.中國神經精神疾病雜志，2011（9）：517－522.

［31］Roney C，Kulkarni P，Arora V，et al.Targeted nanoparticles for drug delivery through the blood-brain barrier for Alzheimer's disease［J］.J Control Release，2005，108（2－3）：193－214.

［32］Wilson B， Samanta MK， Santhi K， et al.Poly（n-butylcyanoacrylate）nanoparticles coated with polysorbate 80 for the targeted delivery ofrivastigmine into the brain to treat Alzheimer's disease［J］.Brain Res，2008，120：159－168.

［33］Brambilla D，Verpillot R，De Kimpe L，et al.Nanoparticles against Alzheimer's disease：PEG-PACA nanoparticles are able to link the abeta-peptide and influence its aggregation kinetic ［J］.J Control Release，2010，148（1）：e112－e113.

［34］Stojanov K，Georgieva JV，Brinkhuis RP，et al.In vivo biodistribution of prion-and GM1-targeted polymersomes following intravenous administration in mice［J］.Mol Pharm，2012，9 （6）：1620－1627.

［35］Agyare E K，Curran G L，Ramakrishnan M，et al.Development of a smart nano-vehicle to target cerebrovascular amyloid deposits and brain parenchymal plaques observed in Alzheimer's disease and cerebral amyloid angiopathy［J］.Pharm Res，2008，25（11）：2674－2684.

［36］Yang Z，Zhang Y，Yang Y，et al.Pharmacological and toxicological target organelles and safe use of single-walled carbon nanotubes as drug carriers in treating Alzheimer disease［J］.Nanomedicine，2010，6（3）：427－441.

［37］Geng J，Qu K，Ren J，et al.Rapid and efficient screening of Alzheimer-s disease beta-amyloid inhibitors using label-free gold nanoparticles［J］.Mol Biosyst，2010，6（12）：2389－2391.

［38］Sun B，Huang L，Na N，et al.Applications of multifunctional magnetic nanoparticles for the enrichment of proteins for PAGE separation［J］.Electrophoresis，2011，32（8）：2091－2098.

［39］Cimini A，D′Angelo B，Das S，et al.Antibody-conjugated PEGylated cerium oxide nanoparticles for specific targeting of Abeta aggregates modulate neuronal survival pathways［J］.Acta Biomater，2012，8（6）：2056－2067.

［40］Kwon EJ，Lasiene J，Jacobson BE，et al.Targeted nonviral delivery vehicles to neural progenitor cells in the mouse subventricular zone［J］.Biomaterials，2010，31（8）：2417－2424.

R749.1 （

2011－11－01）

A （責任編輯：李立）

10.3969／j.issn.1002－0152.2012.09.016

☆ 國家自然基金項目（編號：81000466）

* 中山大學孫逸仙紀念神經科 （廣州 510120）

（E-mail：zhonglinliu＠126.com）