基于有機納米載體的腦靶向藥物遞釋系統用于阿爾茨海默病治療新進展

謝家麗 李靜 盧新良 田杰 劉斯佳,3

(廣西醫科大學 1廣西生物醫藥協同創新中心，廣西 南寧 530021；2長壽與老年相關疾病教育部重點實驗室；3基礎醫學院)

阿爾茨海默病(AD)在老年人群中已成為繼心腦血管、腫瘤、外傷之后，位居第四位的死亡病因，截止2018年，AD在世界范圍內已造成高達6.8萬億元人民幣(1萬億美元)的經濟損失，嚴重阻礙了社會經濟發展，因此它已成為一個全球性的重大健康問題，在人口與健康領域和科學研究工作中也日益被高度關注〔1，2〕。然而，目前尚無有效的治療手段可以阻止AD的進展或延遲其發作。當前AD治療所面臨的兩個主要挑戰是：一，AD發病機制尚不清楚，雖然科學家已經提出不少AD發病機制的假說，例如β淀粉樣蛋白(Aβ)級聯假說、tau蛋白假說、膽堿能假說、氧化應激假說、金屬假說等〔3〕，但目前還沒有一個假說能很好地解釋AD的病因；二，血腦屏障(BBB)的存在顯著地阻礙了藥物通過外周循環進入腦內，使其無法到達AD的病變區域發揮有效作用，與此同時外周臟器卻承擔了藥物的超負荷效應。隨著納米技術的迅速發展，科學家們發現許多有機納米材料自身可以有效穿過BBB，基于有機納米材料具備半衰期長、負載率高、生物相容性好、毒性低等優點，既可通過掩蓋、包封、嵌入等方式裝載上親水或疏水性藥物從而促進藥物分子有效跨越BBB，又因有機納米材料的分子組成易于修飾、接枝，可實現安全靶向及可控釋放，以發揮積極作用〔4〕。因此，研究人員逐漸聚焦基于有機納米材料開發腦靶向性的藥物遞釋系統，尤其是針對AD的治療，如基于脂質納米載體(包括納米乳、脂質體、脂質顆粒)、聚合物膠束和樹枝狀大分子等可穿越BBB的有機納米材料設計應用于AD治療的腦靶向納米遞釋系統，現就這些應用于AD治療的有機納米載體的研究現狀進行簡要綜述。

1 納米乳作為AD治療的藥物遞釋載體

納米乳是由10～100 nm納米級油滴組成的分散體系，可作為親水或疏水藥物載體，具有穩定的表面活性劑異構系統，能通過增加藥物表面積與溶解速度而提高難溶性藥物的體內生物利用度，組成一個高效的藥物遞送系統〔5〕。納米乳作藥物載體在體內可增加藥物對BBB的滲透性，提高藥物相容性和生物利用度，有望在AD治療應用中發揮重要的作用。

柚皮素是一種生物類黃酮，具有抗氧化和抗炎的神經保護作用，但由于其BBB轉運效率低，臨床應用受到限制。因此，Md等〔6〕在研究中通過采用O/W乳液法合成并優化柚皮素納米乳，其尺寸為(113.83±3.35)nm，可穿過BBB，減少Aβ生成，并降低tau蛋白過磷酸化，從而對神經發揮保護作用，表明柚皮素納米乳是一個治療AD的潛在新藥。此外，黑孜然籽提取的活性化合物胸腺醌(TQ)具有保護神經的藥理學特性，Ismail等〔7〕采用超臨界流體萃取系統提取TQ納米乳(TQRFNE)，其尺寸為85～110 nm，通過淀粉樣前蛋白(APP)調節作用，上調胰島素降解酶和低密度脂蛋白受體相關蛋白1受體(LRP1)表達，下調β位點APP切割酶(BACE)1和晚期糖基化終末產物受體(RAGE)表達，從而降低Aβ40和Aβ42水平；TQRFNE能減少Aβ積聚，對AD起到了一定的治療效果。還有臨床研究表明，銀杏葉提取的銀杏內酯B(GB)可治療神經退行性疾病，其對輕中度癡呆有效，但因其水溶性差、半衰期極短、生物利用度低，而被限制發揮有效藥理作用。Yang等〔8〕通過采用O/O乳液法制備的GB油體納米乳(GB-ONE)，尺寸為80～100 nm，能穿過BBB進入大腦，半衰期增長兩倍，并證實可有效改善認知障礙大鼠的記憶水平，因此成為具有AD臨床應用潛力的新型載藥系統。Spuch等〔9〕研究表明含膽固醇的支鏈淀粉(CHP)的多糖淀粉合成蛋白，具有抑制淀粉樣蛋白活性和β蛋白形成的作用；且CHP納米乳化進一步氨基改性合成的CHPNH2納米乳，尺寸為20～30 nm，提高了生物相容性，實驗表明CHPNH2納米乳與β蛋白之間有靜電相互作用，可抑制Aβ纖維形成，進而防止與AD相關的蛋白質聚集。上述納米乳化的藥物在一定程度上控制AD動物模型病程，有望臨床開發使用。

2 脂質體作為AD治療的藥物遞釋載體

脂質體是由磷脂分子和膽固醇分子構成的納米系統,直徑50 nm～5 μm，具有與細胞膜類似的雙層結構，可將親水性藥物包封于中間親水的空腔中，而將疏水性藥物包封于脂質雙分子層中，從而提高了藥物的穩定性和生物相容性〔10〕。因此，用脂質體作為藥物載體可增加藥物對BBB的滲透性，提高藥物生物利用度，減少不良反應，對AD也有潛在的治療價值。

最近，Tanifum等〔11〕研究制備了一種加載特異性識別Aβ的甲氧基XO4和熒光標記作用的鄰苯二酚(羅丹明)的靶向Aβ熒光脂質體，1,2-二硬脂酰sn-甘油-3磷酸乙醇胺-〔甲氧基-XO4-(聚乙烯乙二醇-3400)〕鈉鹽(DSPE-PEG3400-XO4)，其尺寸為(100±10)nm，對AD轉基因小鼠予以靜脈給藥，結果顯示其不但可高效通過BBB,選擇性地識別并結合Aβ斑塊；而且藥物半衰期長，作用時間更久，這為AD的診斷提供了一種有效的示蹤新方法。作為一種AD的治療藥物，氫溴酸加蘭他敏(GH)通過口服或注射會引起患者胃腸道等嚴重的不良反應，影響了其治療AD的效果，因此尋找更有效的GH給藥方式對增強其藥效顯得非常重要。為了解決這個需求，Li等〔12〕使用改良的薄膜均勻化方法，以丙烯乙二醇(PG)作為邊緣活化劑，制備了負載GH的柔性脂質體，尺寸為(112±8)nm；實驗顯示，該脂質體經鼻內給藥，與口服給藥相比，藥峰濃度提高了3.52倍，血藥濃度最大時間縮短1/2，基本無不良反應，可穿過BBB迅速將GH運輸到腦組織中，進而通過抑制乙酰膽堿酯酶活性，有效地緩解AD模型小鼠的癥狀。這說明，鼻內給藥負載GH的柔性脂質體未來可以作為治療AD的一種新型技術應用到臨床實踐中。另外，姜黃素(CUR)是一種天然多酚類藥物，具有良好的神經保護作用，但由于其體內吸收不佳、半衰期短和BBB通透性有限等缺陷，而不能很好地發揮作用，所以需要使用新的手段提高其生物利用度。Tiwari等〔13〕則采用乳化-溶劑揮發法，制備出CUR可生物降解聚乳酸脂質體(CUR PLGANP)，尺寸為(35±7)nm，可順利通過BBB，在腦中以恒定速率持續地釋放CUR；實驗發現，其通過激活典型的Wnt/β-catenin信號通路促進海馬神經元修復和神經再生，并有效改善了AD大鼠的學習記憶能力。因此脂質體作為藥物遞釋載體可在AD治療中發揮積極作用。

3 脂質納米粒子作為AD治療的藥物遞釋載體

脂質納米粒子是粒徑為150～300 nm的膠態給藥載體材料，可分為藥脂結合物(LDC)、固體脂質納米粒(SLN)和納米結構脂質載體(NLC)。由于其載藥量高、穩定性好、緩釋能力強，可增大載藥量，能穿過BBB，而被作為一種理想的藥物載體〔14〕應用于AD診療研究。

乙酰膽堿酯酶(AChE)抑制劑如多奈哌齊，卡巴拉汀和加蘭他敏等已被美國FDA批準為治療AD的一線藥物，主要通過提高大腦中M1毒蕈堿受體的內源性乙酰膽堿(ACh)而發揮藥物作用。然而，這些藥物都會產生惡心、嘔吐和心率改變等系列的不良反應。因此，開發具有M1受體選擇性的激動劑是很有必要的。Chintamaneni等〔15〕制備出了表面修飾M1受體的變構調節劑(PAMs)的低密度脂蛋白(LDCNP)脂質納米粒子，以改善其在腦中的生物利用度；當它們與AChE抑制劑共同施用時，能以較低的治療劑量就達到較高的療效，很好地降低了藥物的毒副作用。Gobbi等〔16〕研究針對β淀粉樣肽聚集這一AD靶點，采用O/W溫微乳法制備SLN，尺寸為(56±5)nm，可高度靶向性親和Aβ1～42，有利于使用成像探針并通過BBB的配體功能化脂質顆粒，實現對AD的靶向診斷與治療。此外，白藜蘆醇是用于AD治療的一種天然黃酮類化合藥物，一樣具有很低的生物利用度，而限制了其藥理作用；Loureiro 等〔17〕則利用SLNs與抗轉鐵蛋白受體單克隆抗體(OX26-mAb)高效封裝轉載白藜蘆醇，尺寸為(142±10)nm，使得白藜蘆醇能夠有效通過BBB轉運進大腦，有效地抑制了Aβ1～42纖維的形成，預防和減緩了AD的進展。由此可見脂質納米粒子是AD治療中理想的藥物遞釋載體。

4 聚合物膠束作為AD治療的藥物遞釋載體

聚合物膠束是分散在液相中的兩親性、尺寸為10～100 nm的聚集體，可分為聚離子復合物膠束和聚合物絡合物膠束〔18〕。通過膠束的疏水性內核包載疏水性或難溶性藥物，既可保證藥物的穩定性，又可避免網狀內皮系統吞噬。聚合物膠束作為藥物載體，可增強藥物穿透BBB能力，提高藥代動力學，降低藥物不良反應，也有很大的前景可應用于AD的診療。

人們研究發現，抑制Rho關聯卷曲螺旋蛋白激酶(ROCK)可促進軸突再生，而抑制ROCK-Ⅱ可降低Aβ形成，因此ROCK可能是治療AD的一個潛在靶標。Liu等〔19〕研究制備出聚乙二醇(PEG)-聚乙烯亞胺共聚物(PEI)/ROCK-Ⅱ-siRNA聚合物膠束，尺寸為(104.1±1.4)nm，轉染C17.2神經干細胞后表現出了低細胞毒性和高轉染效率，動物實驗表明其可順利穿過BBB進入大腦，有效地抑制ROCK-Ⅱ mRNA的表達，阻礙了Aβ形成，也促進了腦內的軸突再生，對AD的癥狀發揮了較好的治療效果。同時，以多奈哌齊為治療AD的可逆性膽堿酯酶抑制劑，半衰期短，胃腸道不良反應大。Md等〔20〕采用溶劑乳化-擴散-蒸發法制備了多奈哌齊的聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)聚合物膠束給藥系統，其尺寸為(89.67±6.43)nm，可持續釋放，能通過BBB顯著地轉運多奈哌齊到大腦，也可應用于AD的治療。研究還發現雌激素減少會增加AD風險，而雌激素在體內易消化分解；因此Eatemadi 等〔21〕研究通過溶劑乳化-擴散-蒸發法制備聚合物膠束PLGA包封17 β-雌二醇，其尺寸為(90.2±5.1)nm，順利通過BBB，使得17 β-雌二醇的生物利用度進一步提高，增強其與雌激素受體結合，有效起到了神經保護因子的作用，進而保護了大腦免受AD的侵害。總之，在AD治療研究中聚合物膠束作為藥物遞釋載體前景廣闊。

5 殼交聯納米顆粒作為AD治療的藥物遞釋載體

殼交聯納米顆粒是由雙親嵌段共聚物自組裝形成，尺寸為80～150 nm，是一種高穩定性的核殼仿球形蛋白結構納米顆粒，其內核大分子鏈間不存在化學鍵，可通過殼表面交聯和殼內交聯獲得較高的可塑性。這樣，其既賦予納米粒足夠的穩定性，又提高了藥物的傳輸效率〔22〕，可通過提高藥物的負載量增強穿過BBB能力，有望應用于AD的治療。

其中，三甲酰化殼聚糖(TMC)是一種永久季銨化殼聚糖，是生理條件下帶正電荷的殼聚糖衍生物。Wang等〔23〕首先采用納米沉淀法制備了聚PLGA-納米顆粒(NP)，與TMC通過碳二亞胺鍵構建可生物降解納米載體TMC/PLGA-NP，其尺寸為(100±10)nm，負載香豆素6穿越BBB；實驗表明，靜脈注射后藥物可有效穿過BBB，腦攝取藥物能力明顯增強，顯著改善了AD轉基因小鼠的空間記憶能力。此外，Aβ的FITC-IF-A片段可保護神經元對AD的侵襲，Zhang等〔24〕就采用機械攪拌乳化法結合化學交聯法制備殼聚糖微球交聯不完全弗氏熒光素異硫氰酸酯(FITC-IF-A)，得到尺寸為(15.23±10.97)nm 的NP-FITC-IF-A，其順利通過了BBB，高效地靶向到Aβ抗原，發揮了對AD動物學習記憶癥狀的改善作用。殼聚糖(CS)納米載體有望開發為一種靶向Aβ新型納米疫苗傳遞系統，例如Z-DEVD-FMK肽是一種特異性天冬氨酸蛋白酶(caspase)-3抑制劑，可提高神經元細胞活性，但無法穿越BBB。針對這個問題，Akat等〔25〕采用生物素耦聯技術，將CS納米球與攜帶OX26單克隆抗體的PEG結合，形成CS納米粒子，再與肽Z-DEVD-FMK結合，得到尺寸為(40±6)nm 的CS-PEG-BIOOX26/SA納米粒子；實驗證明，靜脈給藥后藥物能通過BBB有效地轉移到腦組織中。這些實驗證明，殼交聯納米顆粒能夠增強藥物BBB的運輸能力，是理想的AD靶向藥物遞釋系統。

6 樹枝狀聚合物作為AD治療的藥物遞釋載體

樹枝狀聚合物是組織性能良好的納米級大分子，具有分支多和三維結構豐富等特點，尤其三維結構賦予了其獨特的性質，可在表面修飾官能團、球狀型納米結構、內部具備親水或疏水性空腔及低多分散性指數性質，使其具有很大的潛在應用價值〔26〕。樹枝狀聚合物的內部空腔和結合點可包封藥物分子、肽鏈、基因等物質，能作為藥物靶向載體，通過修飾外表面高度密集的可控基團，改善藥物的水溶性和靶向性，實現藥物分子的可控釋放，也是AD治療藥物的一種理想遞釋方式。

Kumari等〔27〕研究表明，制備合成超支化樹枝狀聚合物，如聚氰基丙烯酸烷基酯(PACA)、聚酯如聚丙交酯(PLA)、PLGA，都可抑制纖維形成，能對AD產生一定的治療效果。Klajnert 等〔28〕在研究中發現聚酰胺-胺(PAMAM)樹枝狀聚合物可以干擾AD腦內Aβ1～28蛋白的形成，并破壞已存在的原纖維，從而延緩AD病情的進展。Klementieva 等〔29〕研究也發現，麥芽糖(MAL)修飾聚丙亞胺(PPI)樹枝狀大分子具有干擾AD Aβ1～40纖維化的能力，其中PPI-G5-MAL阻斷淀粉樣纖維的形成、PPI-G4-MAL通過將纖維聚集在一起降低淀粉樣蛋白毒性，說明這些樹枝狀大分子在AD診療研究中也會有良好的應用前景〔30〕。

綜上，有機納米材料具備生物相容性高、生物降解性強的特點，基于有機納米材料的藥物遞釋系統可控釋放藥物，藥物毒性低，并可通過表面修飾獲得靶向穿透BBB的能力，是一種治療AD的理想的新策略，在臨床實踐中具有廣闊的應用前景。不過，目前有機納米材料靶向遞釋藥物的研究仍處于基礎研究階段，還存在一些問題，如材料泄漏、生物利用率、穿過BBB效率尤其在精準靶向治療方面，需要進行更為深入、透徹的探索，并進一步有效地轉化為臨床應用。同時交叉學科的合作研究將有機納米材料構建的新型藥物遞釋系統應用于AD的有效治療，將對未來AD的治療工作起到巨大的推動作用，也有望很快取得新的突破。