藥物通過(guò)血腦屏障向腦內(nèi)分布的方法研究*

李光華

(天津市兒童醫(yī)院，天津 300204)

中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)被三種屏障所保護(hù)，即從血液中直接轉(zhuǎn)運(yùn)至腦內(nèi)時(shí)的血－腦屏障、從血液轉(zhuǎn)運(yùn)至腦脊液時(shí)的血－腦脊液屏障和通過(guò)腦脊液轉(zhuǎn)運(yùn)至腦組織時(shí)的腦脊液－腦屏障。任一屏障被破壞都會(huì)引起神經(jīng)系統(tǒng)疾病，其中血腦屏障是保障神經(jīng)系統(tǒng)安全、影響物質(zhì)(包括藥物)向腦組織轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)［1］。中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病如阿爾茨海默癥、帕金森癥、腦癌、中風(fēng)等為臨床常見(jiàn)疾病，而治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的藥物如何通過(guò)血腦屏障，分布到腦內(nèi)成為該類藥物研發(fā)的重點(diǎn)［2］。

1 血腦屏障的結(jié)構(gòu)

血腦屏障(blood－brain barrier，BBB)是存在于血液和腦組織之間的一層屏障系統(tǒng)。BBB不是單一結(jié)構(gòu)，是由腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞間緊密連接、星形細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和基膜組成。一般組織血漿游離藥物可通過(guò)毛細(xì)血管內(nèi)皮組織向組織液自由擴(kuò)散，腦組織的毛細(xì)血管內(nèi)皮組織與一般毛細(xì)血管不同，腦組織的毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞連接成一道隔膜，其細(xì)胞間聯(lián)結(jié)比較緊密，細(xì)胞間隙非常小，并比一般的毛細(xì)血管壁多一層星形膠質(zhì)細(xì)胞包圍，而且細(xì)胞膜上的胞飲小泡很少，因此穿透性較差。血－腦屏障的這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不僅具有被動(dòng)保護(hù)性作用，而且能夠選擇地將腦內(nèi)有害或過(guò)剩物質(zhì)泵出腦外，以保持腦的內(nèi)環(huán)境恒定，形成保護(hù)大腦的生理屏障［3－5］。

血－腦屏障的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了基本上100%的大分子藥物，包括多肽、重組蛋白、單克隆抗體、基于RNA干擾技術(shù)的藥物、基因治療相關(guān)藥物等都無(wú)法穿越血腦屏障，且大于98%的小分子藥物也無(wú)法穿過(guò)血腦屏障，僅具有高度脂溶性的藥物能較容易地向腦組織中分配［2］。

2 提高藥物在腦中分布的方法

使用腦室注射和植入埋植劑等手段可以有效地達(dá)到藥物在腦中分布，但是操作不方便，且有一定危險(xiǎn)性。

2.1 物理方法

2.1.1 甘露醇 注射高滲溶液可以暫時(shí)開放血腦屏障，血腦屏障的開放及藥物轉(zhuǎn)運(yùn)的增加主要取決于其濃度、注射時(shí)間和速度，并且這種開放具有時(shí)間性和可逆性的，當(dāng)藥物作用消失后，血腦屏障恢復(fù)原來(lái)的關(guān)閉狀態(tài)。臨床上常使用遠(yuǎn)端靜脈注射甘露醇來(lái)暫時(shí)滲透性開放血腦屏障，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)將甘露醇與抗生素合用將增強(qiáng)抗生素(如頭孢曲松、慶大霉素等)的抗菌效果。但是這種方法不安全，缺乏特異性，某些有毒有害物質(zhì)可能在血腦屏障打開時(shí)進(jìn)入腦內(nèi)，影響CNS的正常功能［6，7］。

2.1.2 超聲法 超聲波聯(lián)合微泡能靶向開放血腦屏障，為中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療提供了一種無(wú)創(chuàng)、具靶向性的藥物轉(zhuǎn)運(yùn)方法［8］。

2.2 利用載體

2.2.1 病毒載體 顱內(nèi)基因治療多采用病毒(腺病毒、腺相關(guān)病毒、慢病毒等)作為載體，通過(guò)立體定向的方法將目的基因進(jìn)行側(cè)腦室或者病灶及病灶周圍注射，實(shí)現(xiàn)治療神經(jīng)變性疾病，改善腦損傷和消除腦腫瘤的目的。這種方法具備高轉(zhuǎn)染效率、高表達(dá)能力，但是同時(shí)也增加了腦的毒性作用，可以引起免疫反應(yīng)和產(chǎn)生致瘤作用，因此非病毒載體的轉(zhuǎn)基因系統(tǒng)是現(xiàn)在的關(guān)注和發(fā)展方向［9］。

2.2.2 脂質(zhì)體載體 脂質(zhì)體是由磷脂和膽固醇組成的類似生物膜結(jié)構(gòu)的雙分子層微小囊泡，由于其脂溶性與結(jié)構(gòu)，易于裹挾藥物通過(guò)血腦屏障而經(jīng)常使用。

普通脂質(zhì)體進(jìn)入體內(nèi)后，主要被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)吞噬，從而使所攜帶的藥物，在肝、脾、肺和骨髓等富含吞噬細(xì)胞的組織器官內(nèi)蓄積。為增加脂質(zhì)體向腦內(nèi)分布的能力，可以采取以下方法:用聚乙二醇(PEG)等修飾脂質(zhì)體，延長(zhǎng)其在體內(nèi)的循環(huán)時(shí)間，進(jìn)而增加到達(dá)腦組織的脂質(zhì)體的量;將具有腦毛細(xì)血管活性的物質(zhì)與脂質(zhì)體混合后給藥，增加脂質(zhì)體進(jìn)入血腦屏障的能力;在脂質(zhì)體表面連接具有腦組織靶向性的配體分子，這樣血腦屏障開放與脂質(zhì)體到達(dá)腦組織將具有同步性，可以增加血腦屏障的有效開放時(shí)間，降低由于血腦屏障開放而造成的副作用，是最理想的腦靶向給藥方式［10，11］。

單克隆抗體與脂質(zhì)體可構(gòu)建成單抗脂質(zhì)體，通過(guò)單克隆抗體與靶細(xì)胞抗原特異性結(jié)合，可將脂質(zhì)體靶向到特定細(xì)胞和器官［12］。

免疫脂質(zhì)體是一種攜帶外源基因進(jìn)行轉(zhuǎn)導(dǎo)的非病毒載體，其優(yōu)點(diǎn)在于:①制備容易;②脂質(zhì)體與細(xì)胞膜融合轉(zhuǎn)入外源基因數(shù)周后消失，不會(huì)將外源基因整合入靶細(xì)胞基因組;③無(wú)免疫源性;④治療劑量無(wú)毒;⑤可以不同途徑注入體內(nèi)。然而，轉(zhuǎn)移效率低、體內(nèi)欠穩(wěn)定卻是脂質(zhì)體必須解決的問(wèn)題［13］。

2.2.3 納米技術(shù)載體

2.2.3.1 納米顆粒納米粒是一類以天然或合成高分子材料為載體的固態(tài)膠體微粒，粒徑大約在10～1000 nm。納米粒是一種控釋的膠體給藥系統(tǒng)，與其他微粒給藥系統(tǒng)比較，具有更多優(yōu)點(diǎn)，如生物相容性好、可生物降解、生物利用度高和肝脾靶向作用等。其中具優(yōu)良的生物相容性及安全性的聚乳酸(PLA)、聚氰基丙烯酸酯(PACA)等聚合物備受青睞。此外，吐溫－80對(duì)載藥納米粒進(jìn)行表面修飾可促進(jìn)制品透過(guò)BBB;PEG修飾能延長(zhǎng)納米粒在體循環(huán)中的停留時(shí)間，從而一定程度上提高腦內(nèi)濃度。小于100nm的粒徑及PEG、吐溫－80的修飾作用，使載藥納米?？商颖芨巍⑵⒓熬W(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的吞噬，顯著降低了各臟器的藥物積蓄，此外，良好的緩釋性確保了穩(wěn)定的血藥濃度及藥物入腦后能夠長(zhǎng)時(shí)有效地釋放［14，15］。

在納米粒的基礎(chǔ)上，人們研制出一種新的基因載體材料——賴氨酸修飾的殼聚糖包裹的磁性納米顆粒。其平均粒徑為100 nm，具有較好的超順磁性和較低的細(xì)胞毒性，是一種較好的磁靶向基因載體，尤其對(duì)腦部腫瘤的治療有重大意義［16，17］。

2.2.3.2 微乳微乳是熱力學(xué)穩(wěn)定且各向同性的油水混合體系，一般由表面活性劑、輔助表面活性劑、油及水組成。因其外觀透明，穩(wěn)定性好，工藝簡(jiǎn)單，粒徑小且均勻等特點(diǎn)，近些年得到廣泛關(guān)注。微乳可增加難溶性藥物的溶解度，促進(jìn)藥物的吸收，提高藥物的生物利用度。其中表面活性劑聚氧乙烯蓖麻油對(duì)開放血腦屏障的作用較吐溫－80更大，制成的微乳可以作為腦靶向載體使用［18］。

2.3 其他給藥途徑

2.3.1 經(jīng)鼻給藥 經(jīng)鼻給藥是一種非侵入性中樞給藥方式。在鼻腔與顱腔的篩孔處，組織屏障作用最弱，利于難以透過(guò)BBB的藥物直接進(jìn)入顱內(nèi)，這種解剖生理上的獨(dú)特聯(lián)系使得將鼻腔給藥作為腦內(nèi)遞藥途徑成為可能。鼻腔給藥后，藥物通過(guò)直接通路(嗅神經(jīng)通路、黏膜上皮通路)或間接通路(血液循環(huán)通路及其他)進(jìn)入中樞，達(dá)到中樞的效率遠(yuǎn)高于靜脈給藥等傳統(tǒng)的給藥方式。這種給藥方式方便，患者易接受，可免除口服給藥經(jīng)胃腸道及肝臟的首過(guò)效應(yīng)，在較低劑量時(shí)即有較好的治療效果，提高藥物在體內(nèi)的生物利用度，是藥物繞過(guò)血腦屏障進(jìn)入腦組織的一條有效途徑。小分子脂溶性藥物更容易經(jīng)鼻腔吸收后迅速進(jìn)入大循環(huán)，而后再通過(guò)血腦屏障入腦。而用于治療CNS疾病的大分子蛋白多肽類藥物經(jīng)鼻給藥，并用脂質(zhì)體包載是一個(gè)值得進(jìn)一步研究的有效途徑［19－22］。

2.3.2 經(jīng)內(nèi)耳給藥 不少學(xué)者認(rèn)為，內(nèi)耳的外淋巴液通過(guò)耳蝸小管和腦脊液相連，中醫(yī)理論中也有“腦開竅于耳”的說(shuō)法?，F(xiàn)代研究表明，在腦脊液注入基因或病毒，可導(dǎo)致雙側(cè)耳蝸轉(zhuǎn)染。臨床上已采用的鼓室給藥方法可避開血 －淋巴屏障(bloodperilymph barrier，BLB)，將治療藥物直接穿過(guò)圓窗膜到達(dá)內(nèi)耳。圓窗膜是中耳和內(nèi)耳的重要界面，藥物及1μm微球均能通過(guò)，進(jìn)入內(nèi)耳外淋巴液，從而實(shí)現(xiàn)腦靶向作用［23］。

2.4 中藥對(duì)血腦屏障開放的影響 芳香開竅藥味辛、芳香，善于走竄，皆有開竅醒神之功效，主治閉證神昏，臨床常用于缺血性中風(fēng)的治療，提示該類藥物對(duì)BBB通透性具有一定影響。研究表明，麝香、冰片或以其組成的復(fù)方制劑能通過(guò)對(duì)病理狀態(tài)下血腦屏障功能的干預(yù)發(fā)揮治療缺血性腦病的作用，具有促進(jìn)血腦屏障通透性增加和引藥上行的作用。其促血腦屏障開放與腦炎、腦外傷的病理性開放有質(zhì)的區(qū)別，屬于生理性開放，不會(huì)引起腦的病理性損害，且能通過(guò)減少血管內(nèi)皮細(xì)胞誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)的病理表達(dá)，對(duì)腦及BBB表現(xiàn)出保護(hù)作用［24］。

2.5 外排轉(zhuǎn)運(yùn)抑制劑 P－糖蛋白是一種常見(jiàn)的轉(zhuǎn)運(yùn)ATP酶，對(duì)藥物的親和力與ATP結(jié)合、蛋白的空間構(gòu)象結(jié)構(gòu)的改變有關(guān)。其能夠發(fā)揮分泌激素、異源物質(zhì)的去毒和排泄功能，成為異源物質(zhì)如藥物攝入的屏障。使用外排轉(zhuǎn)運(yùn)抑制劑抑制P－糖蛋白對(duì)藥物的向外轉(zhuǎn)運(yùn)作用，有利于藥物向腦中分布［25］。

血腦屏障能有效保護(hù)腦組織，但也同時(shí)阻擋了藥物進(jìn)入腦部，為臨床治療帶來(lái)了不便。腦靶向給藥可增加藥物到達(dá)腦組織的濃度，提高療效，降低全身毒副作用，是當(dāng)下藥物研究的重點(diǎn)與熱點(diǎn)。

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