阿爾茨海默病的納米療法研究進展*

王曉珍，李 澤，王 蓉，3**

1 首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院 中心實驗室，北京 100053；2 北京市老年病醫(yī)療研究中心，北京 100053；3 北京腦重大疾病研究院，北京 100053；4 首都醫(yī)科大學(xué)附屬友誼醫(yī)院 藥劑科，北京 100053

研究表明[1]，我國2015 年的AD 患者人均年花費近兩萬美元，預(yù)計到2030 年，我國AD 的經(jīng)濟負擔將達2.54 億美元，2050 年將達到9.12 億美元。AD 在發(fā)病的5～10 年內(nèi)是漸進的，同時也具有致死性[2]。AD 是多因素的復(fù)雜疾病，發(fā)病機制尚不明確，治療的策略集中在緩解癥狀上，這意味著AD被視為一種無法解決的神經(jīng)退化性疾病。血腦屏障（BBB）是血液循環(huán)與中樞神經(jīng)系統(tǒng)之間的生物屏障，可以控制血腦兩側(cè)的物質(zhì)轉(zhuǎn)運，保證中樞神經(jīng)組織內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定。傳統(tǒng)上用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的藥物存在不能有效穿過血腦屏障的局限性；但當納米載體用于AD 靶向給藥時可以克服該局限。納米技術(shù)的應(yīng)用為神經(jīng)退行性疾病的治療提供了另一種策略。本文綜述了AD 的發(fā)病假說和近年來納米（NMs）在治療AD 方面的進展。

傳統(tǒng)AD 藥物的有效性取決于幾個生理因素[3]，即BBB和P-糖蛋白對藥物的影響，這些都限制了藥物到達中樞神經(jīng)系統(tǒng)（Central nervous system，CNS）的能力。近年來新型納米釋藥系統(tǒng)的研究正成為治療多種疾病的新方向[4，5]。在納米顆粒（Nanoparticles，NPs（1～100 nm））的制備上，納米技術(shù)使用的工程材料與設(shè)備具有至關(guān)重要的作用，它由多種材料制成，如聚合物、脂質(zhì)、核酸和金屬有機化合物等，它在貯存期間或在體內(nèi)均具有較好的穩(wěn)定性。納米顆粒有多種構(gòu)建方法，如圖1 所示[6]。

圖1 構(gòu)建納米顆粒的不同方法

大量的納米載體和NPs 前體藥物在動物模型中的細胞毒性可以忽略不計，納米釋藥系統(tǒng)還可以非侵入性地將藥物遞送至大腦，通過靶向給藥可增強治療AD 的各種藥物、生物活性劑的生物利用度或生物有效性，NMs 在穿過BBB 治療腦部疾病方面更是發(fā)揮著重要作用。

1 AD 發(fā)病機制假說

AD 的主要的病理特征為腦內(nèi)β 淀粉樣蛋白（amyloid β，Aβ）沉積以及神經(jīng)細胞內(nèi)神經(jīng)元纖維纏結(jié)。由于具體發(fā)病機制及誘因并不明確，目前主要基于不同的發(fā)病機制假說進行AD 藥物的研發(fā)，大多是用于延緩病情的發(fā)展而并不能徹底治愈患者。圖2 為AD 的主要病理生理學(xué)過程，主要的發(fā)病機制有以下幾種假說：

圖2 AD 的主要病理生理學(xué)過程

1.1 Aβ

淀粉樣前體蛋白（APP）是一種在各種組織中廣泛存在、并集中表達于神經(jīng)元突觸部位的膜蛋白質(zhì)，經(jīng)分泌酶切割成不同的亞單位（如Aβ40 和Aβ42）。Aβ42 不溶于水，粘附在細胞表面，AD 患者腦內(nèi)Aβ 的產(chǎn)生和消除失衡，過多的Aβ導(dǎo)致其他蛋白質(zhì)與之凝聚或纏結(jié)，并彼此形成Aβ 斑塊，從而殺死神經(jīng)元[7]。

1.2 Tau 蛋白

Tau 蛋白是與負責軸突運輸?shù)奈⒐苡嘘P(guān)，主要分布在腦部神經(jīng)元軸突中。在正常情況下，Tau 蛋白的磷酸化和去磷酸化維持動態(tài)平衡，調(diào)節(jié)細胞骨架的穩(wěn)定性，影響神經(jīng)元的功能。在AD 患者中，Tau 蛋白過度磷酸化，構(gòu)象發(fā)生變化，形成螺旋片段，產(chǎn)生神經(jīng)纖維纏結(jié)，最終導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。目前發(fā)現(xiàn)的Tau 蛋白磷酸化位點至少有45 個，其中主要發(fā)生在絲氨酸殘基和蘇氨酸殘基的羥基上。Tau 蛋白的磷酸化受一系列激酶的調(diào)節(jié)，包括蛋白激酶A、糖原合成酶激酶3β、酪氨酸激酶和細胞周期蛋白依賴激酶5 等[8]。研究表明，相比β-淀粉樣蛋白的異常沉積，Tau 蛋白的異常磷酸化所致的聚集同AD 的相關(guān)性更高。

1.3 小膠質(zhì)細胞

小膠質(zhì)細胞是固有的免疫效應(yīng)細胞，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的生理過程和AD 發(fā)病過程中發(fā)揮著重要作用。有研究表明，小膠質(zhì)細胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)與AD 密切相關(guān)，AD 患者腦內(nèi)海馬區(qū)域附近有小膠質(zhì)細胞聚集，引發(fā)炎癥因子的大量釋放，使神經(jīng)毒性物質(zhì)增加，炎癥反應(yīng)增強，導(dǎo)致Aβ 沉積，神經(jīng)元損傷，加重了AD[9]。

1.4 其他

研究人員還提出其他幾種AD 發(fā)病的假說：與膽堿能神經(jīng)元的缺失相關(guān)，在AD 發(fā)病早期發(fā)現(xiàn)膽堿能神經(jīng)元出現(xiàn)退化，認知功能損失，腦內(nèi)乙酰膽堿水平下降[10]；泛素化蛋白的堆積和聚集是許多神經(jīng)退行性疾病的標志，AD 患者腦中的泛素-蛋白酶體功能障礙與Aβ 沉積、Tau 蛋白磷酸化等均密切相關(guān)[11]；在金屬離子假說中，AD 患者腦內(nèi)的金屬離子發(fā)生聚集，存在于Aβ 斑塊中，參與其聚集并產(chǎn)生毒性作用[12]。此外，AD 的發(fā)生與氧化應(yīng)激的增加也密切相關(guān)，氧化應(yīng)激產(chǎn)物損傷細胞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細胞功能和活力受損[13]。

2 與AD 相關(guān)的納米藥物研究進展

以下扼要分述不同類型納米藥物及其主要特點，見表1。

表1 不同類型納米藥物及其特點

2.1 聚合物納米粒子

聚合物納米粒是將藥物包載于載體材料骨架內(nèi)或藥物通過共價鏈接/吸附作用，修飾在載體材料的表面形成的納米藥物給藥系統(tǒng)，其設(shè)計目的是防止藥物降解和失活，并提高藥物的生物利用度[14]。由于其穩(wěn)定，易于制備，可與小分子藥物結(jié)合，同時易于修飾配體，從而達到靶向作用。聚合物納米粒被廣泛合成并用于治療實踐[15]。

Kulkarni PV 等[16]開發(fā)了一種基于2-氰基丙烯酸正丁酯的腦靶向納米多聚體系統(tǒng)，包載了放射性標記的淀粉樣脂肪酸藥物125I-氯碘喹啉（CQ，5-氯-7-碘-8-羥基喹啉），用于AD 的早期診斷，在小鼠模型中，負載的NPs 可有效地穿過了BBB，顯著提高藥物的生物利用度。Wilsin B 等[17]研究了殼聚糖NPs 與酒石酸卡巴拉汀在AD 治療中的聯(lián)合應(yīng)用。通過乳化法制備了含有酒石酸卡巴拉汀的殼聚糖NPs（平均粒徑為47nm±4 nm）。Zeta 電位分析表明，在殼聚糖納米粒表面包覆聚山梨酯-80 可降低其正電荷，由（+32.6±0.9）mV 降至（+30.2±0.7）mV。觀察到NPs 的藥物釋放呈雙相、Fickian 擴散釋放模式。此外，在NPs 表面涂上1%聚山梨酯-80 還可改變不同器官對NP 的攝取。

Jaruszewski KM 等[18]考慮到AD 中的Aβ 聚集，利用殼聚糖在BBB 中進行藥物傳遞。設(shè)計的免疫載體將殼聚糖包被PLGA 納米顆粒與新型抗Aβ 抗體相結(jié)合，結(jié)果表明，BBB 的攝取增強，體外對Aβ 有更好的靶向性。此外，殼聚糖在凍干過程中增強了免疫納米載體的液體分散性和穩(wěn)定性。這一特性表明其適用于神經(jīng)疾病的可能性，特別適合AD 和帕金森病的治療和作為診斷藥物的載體。Zhang C 等[19]開發(fā)了一種雙功能NPs 藥物遞送系統(tǒng)，該系統(tǒng)由聚乙二醇聚乳酸（PLA）聚合物與靶向肽TGN 肽和QSH 肽結(jié)合而成，分別針對BBB配體和Aβ1-42。這些核動力源有效而精確地靶向AD 小鼠大腦中的AD 病變部位，卻沒有引起其他的細胞毒性作用。

姜黃素是一種天然的植物化學(xué)物質(zhì)，具有抗氧化、抗應(yīng)激、自由基清除、抗炎和親脂活性，在體內(nèi)和體外都有可能結(jié)合Tau 蛋白[20，21]。姜黃素還可在極低濃度范圍內(nèi)顯示出抗淀粉樣蛋白的特性[22]。然而，姜黃素很容易在酸性和堿性條件下水解、氧化，因其溶解度小而生物利用度低[23]。研究表明，與游離姜黃素相比，含有姜黃素的聚（丁基）氰基丙烯酸酯（PBCA）NPs 顯著提高了姜黃素在大腦中的半衰期和濃度[24]。

在一項Mulik RS[25]研究中發(fā)現(xiàn)，姜黃素修飾的載脂蛋白E3 配體修飾的PBCA NPs 表現(xiàn)出低密度脂蛋白受體介導(dǎo)的跨BBB 和跨SH-SY5Y 神經(jīng)母細胞瘤細胞的轉(zhuǎn)運。Shankar N 等[26]將姜黃素包封在可生物降解的聚乙二醇-聚乳酸聚乙醇酸共聚物（PEG-PLGA）納米粒中，使其增加了水溶性，Aβ 水平降低約30%，抗氧化活性為90%，細胞活力提高20%以上。

2.2 脂質(zhì)體

脂質(zhì)體具有其非免疫原性、生物降解性、低毒性、流動性和生物相容性等特點[27]。脂質(zhì)體的親水性和疏水性部分，可以包封水溶性和脂溶性藥物，以此來增加生物利用度。有研究表明，脂質(zhì)體有助于藥物穿過BBB，這也使得脂質(zhì)體作為納米載體用于治療腦部疾病方面被廣泛應(yīng)用[28]。

Mourtas V 等[29]設(shè)計了含有姜黃素衍生物和BBB 轉(zhuǎn)運介質(zhì)[抗轉(zhuǎn)鐵蛋白抗體（TrF）]的多功能脂質(zhì)體。對AD 患者死后大腦樣本的解剖分析表明，含有姜黃素衍生物或姜黃素衍生物的抗TrF 的脂質(zhì)體，對淀粉樣沉積具有較高的敏感性。此外，姜黃素-聚乙二醇-脂質(zhì)體的存在并沒有降低大腦靶向能力。Ismail MF 等[30]制備的利伐斯的明脂質(zhì)體可降低血糖C反應(yīng)蛋白、同型半胱氨酸和不對稱二甲基精氨酸水平，調(diào)節(jié)AChE 和Na+/K+ATP 酶活性的正常化。與利伐斯的明溶液相比，利伐斯的明脂質(zhì)體增加了制劑的親脂性和藥物穿過BBB 的滲透性，對改善由AlCl3 誘導(dǎo)的大鼠空間記憶的惡化具有更好的效果。Chen ZL 等[31]采用藥物靶向BBB 的常用配體轉(zhuǎn)鐵蛋白（Tf），通過PEG 與α-M 脂質(zhì)體共價連接，得到的Tf-α-M 脂質(zhì)體粒徑小于200 nm，用于遞送多酚占噸酮α-M。大鼠體內(nèi)實驗表明，Tf-α-M 脂質(zhì)體腦部含量約是α-M溶液的1.5 倍。

2.3 固體脂質(zhì)載體

脂質(zhì)納米粒（LNPs）和固體脂質(zhì)納米粒（SLNs）的開發(fā)，旨在克服各種膠體載體中某些局限性，如穩(wěn)定性差，保質(zhì)期短等缺點。LNPs 的開發(fā)已經(jīng)實現(xiàn)了靶向給藥，提高藥物的物理穩(wěn)定性并具有良好的藥物釋放性能[32]。Yusuf M 等[33]制備了一種含有胡椒堿的SLN 用于治療AD，在AD 模型實驗中顯示，胡椒堿SLN 可以降低超氧化物歧化酶，使乙酰膽堿水解量降低，組織病理學(xué)顯示，淀粉樣斑塊也有所減少。Dhawan S 等[34]將具有抗氧化活性的天然類黃酮化合物槲皮素，通過微乳液技術(shù)制備出了槲皮素SLN，該SLN 對氧化鋁處理過大鼠的有害神經(jīng)變性有逆轉(zhuǎn)作用，可以顯著提高槲皮素的抗氧化能力。

2.4 脂質(zhì)/脂蛋白納米顆粒

基于脂蛋白的納米顆粒對Aβ 具有高度的親和力，從而促進其降解，可用于診斷和治療。該類納米顆粒具有良好的載藥能力，穩(wěn)定性高，還可以降低藥物的不良反應(yīng)，是一類新型藥物載體制劑。Song Q 等[35]為移除Aβ 設(shè)計了一種載脂蛋白E3-重組高密度脂蛋白（ApoE3-rHDL）納米顆粒系統(tǒng)，小鼠經(jīng)過ApoE3-rHDL 治療后，Aβ 沉積、小膠質(zhì)增生、神經(jīng)系統(tǒng)變化和記憶缺失都有所減少，這表明ApoE3-rHDL 可能用于AD 的治療。Meng F 等[36]用乳鐵蛋白（Lf）修飾并加載姜黃素的新型低密度脂蛋白（LDL）納米粒，用于治療AD，可以有效地滲透BBB 并優(yōu)先在腦中累積，實驗證明，Lf 修飾的納米結(jié)構(gòu)脂質(zhì)載體在控制與AD 相關(guān)損傷方面療效更為優(yōu)秀。Muntimadugu E 等[37]報道了含有白藜蘆醇的葡萄皮和葡萄籽提取物抑制AD 患者的Aβ 聚集，將SLNs 與抗轉(zhuǎn)移酶受體單克隆抗體（OX26）一起作為載體把生物活性提取物運送到體外的人體BBB 模型中，實驗表明，在人腦內(nèi)皮細胞上，OX26 SLN 的細胞攝取量顯著高于非功能性SLN 和帶有非特異性抗體的SLN。

2.5 金屬基載體

最近開發(fā)的金屬基納米顆粒已被用作光敏劑藥物的載體，并由磁響應(yīng)載體或金作為載體組成，這類NPs 的穩(wěn)定性和對組織（如癌組織）的滲透性都有所提高[38]。納米金屬制劑也被用于研究中樞神經(jīng)系統(tǒng)藥物的靶向給藥。氧化鈰（CeO2）納米顆粒具有自由基清除、抗干擾和抗凋亡的活性，鈰的各種價態(tài)（氧化還原狀態(tài)）均具有自由基清除活性，可用于創(chuàng)造抗氧化微環(huán)境和促進腦細胞修復(fù)[39]的作用。有研究表明，尺寸小于5 nm 的CeO2NPs 通過其超氧化物歧化酶模擬和過氧化氫酶模擬其活性，通過氧原子的可逆結(jié)合和在其表面上的Ce3+（還原）和Ce4+（氧化）狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，CeO2NPs 體現(xiàn)了強大的氧自由基清除能力[40]。TPP 是一種親脂性陽離子，能夠靶向線粒體，研究發(fā)現(xiàn)，合成的三苯基膦酸鈰納米粒子（TPP-Ceria NPs）在5XFAD 轉(zhuǎn)基因AD 小鼠模型中，可以定位到線粒體并抑制神經(jīng)元的死亡[41]。

有研究將超小型釓納米粒子(AGuIX-NPs)與兩個均包含KLVFF 序列（殘基16-20）的肽段相連接，該肽段對應(yīng)著Aβ的疏水核心，對形成β-片狀結(jié)構(gòu)有重要的影響，該片段還可與Aβ 相結(jié)合，從而影響其形成斑塊[42]。此外，金納米粒[43]、硒納米粒[44]等金屬載體NPs 在診斷和治療AD 上也表現(xiàn)出優(yōu)秀的活性。

2.6 其他幾種典型的納米遞藥策略在AD 治療領(lǐng)域中的應(yīng)用

富含褪黑素的NPs 在AD 診斷和治療中的作用：褪黑激素是一種自由基清除劑，也可以保護生物體的細胞核DNA和膜脂免受氧化損傷，對年齡相關(guān)的神經(jīng)性疾病（如AD）具有神經(jīng)保護作用[45]。Schaffazick AR 等[46]通過納米沉淀制備了負載褪黑素的NPs（納米乳液、納米膠囊和納米球），用脂質(zhì)體和微粒體作為脂質(zhì)膜模型，實驗結(jié)果顯示，由于褪黑激素的存在，脂質(zhì)體的抗氧化能力在8%～51%不等。其他類似的研究表明，褪黑激素NPs 與聚山梨酯結(jié)合可促進通過BBB，與游離褪黑素相比，這些NPs 可以靶向到小鼠大腦（額葉皮質(zhì)和海馬體）和肝臟[47]。血管活性腸神經(jīng)保護肽（VIP）具有神經(jīng)保護作用，還可以防止由Aβ 引起的細胞毒性相關(guān)的細胞死亡。研究表明，經(jīng)鼻內(nèi)注射VIP NPs 后，小鼠腦內(nèi)肽的濃度大量增加[48]。

自組裝納米結(jié)構(gòu)也具有一定優(yōu)勢，藥物結(jié)構(gòu)本身在水溶液中即可實現(xiàn)納米尺寸的自組裝，近些年發(fā)現(xiàn)的寡肽修飾的生物活性分子具有兩親性結(jié)構(gòu)，在水溶液中形成的納米物質(zhì)，寡肽作為靶頭將小分子藥物遞送到靶部位，可提高藥物的治療效果，減少周身毒性[49]。用抗Aβ1-42 功能化的NPs治療AD 轉(zhuǎn)基因小鼠可完全恢復(fù)記憶缺陷，可顯著降低大腦中的Aβ 可溶性肽及其低聚物水平，并顯著提高血漿中的Aβ 水平[50]。外泌素（Exosome）是一種用于細胞間通訊的納米囊性載體。這些納米囊泡與一些主要疾病的病理學(xué)有關(guān)，在某些情況下，它們在疾病發(fā)展過程中起著中心作用[51]。利用這些載體運輸治療藥物是治療阿爾茨海默病等疾病的一種新的、有前途的方法。

3 納米藥物治療AD 所面臨的問題

NPs 在治療神經(jīng)退行性疾病方面具有巨大的潛力，然而迄今為止NPs 在治療AD 進行的研究多為臨床前研究，還沒有提供任何可用于人類的重要結(jié)果[52]。納米技術(shù)治療神經(jīng)退行性疾病的主要限制之一，是每個患者都有不同的基因組、神經(jīng)功能和特征，因此沒有一種方法可以用于治療所有這些疾病[53]。此外，NPs 在治療過程中的另一局限在于其吸收時間很短，注射不充分時藥物往往不能被血液或身體其他部位所吸收，無法到達治療部位[54]。另外，NPs 的成本問題也是限制其進入臨床研究的原因之一。

4 小 結(jié)

AD 是最常見的與年齡相關(guān)的疾病，然而一些AD 藥物有其固有的缺點，它們不能通過BBB。NPs 可利用現(xiàn)有的通過BBB 的生理機制，包括受體和吸附介導(dǎo)的跨細胞作用，可以促進小分子、其他藥物或標記物進行從血液到大腦的跨細胞轉(zhuǎn)運。今后，NPs 可被設(shè)計成增加病理部位藥物的積累和釋放，通過改善藥代動力學(xué)、生物利用度、水溶性和生理條件下的穩(wěn)定性來提高治療效果，并通過限制其在健康組織中的定位來降低副作用的發(fā)生率。盡管NPs 給治療AD 帶來了許多新的機遇，一些納米藥物制劑已經(jīng)進入臨床試驗階段；但大部分的研究還處于各種體外模型或體內(nèi)動物模型等的臨床前研究階段。可以預(yù)言，隨著AD 病理機制的研究和NPs研究的進步，相信納米釋藥系統(tǒng)在AD 的早期診斷和治療方面將會發(fā)揮巨大潛力。