功能基修饰的脑靶向递药系统的研究概况Δ

韩金津，李英鹏，吕邵娃，平洋，李永吉#（.黑龙江中医药大学药学院，哈尔滨50040；.天津中医药大学中药学院，天津 30093）

近年来，中枢神经系统（CNS）疾病的发病率不断升高，这类疾病具有病程长、治疗进展缓慢等缺点[1]。临床上的治疗障碍主要是血脑屏障（BBB），BBB是由脑毛细血管内皮细胞（BCEC）、星形胶质细胞（Astrocyte）的终足、周细胞和血管基膜等构成的一种致密结构，BBB正常的生理功能是选择性地摄取大脑所需的物质，同时排出有害物质，但BBB也阻碍了药物以非侵入性方式进入脑内[2]。为了使CNS疾病得到充分治疗，可以采用脑部给药方式，如直接脑部注射给药、暂时性打开BBB给药、被动靶向给药及主动靶向给药等[3]。脑部注射给药方法复杂、危险系数较大，而且可能造成脑部永久性损伤；短暂性打开BBB给药方法也会造成脑损伤，且这种绕过BBB的方法不允许选择性积累药物，因此，为避免严重的副作用，剂量必须控制在对正常组织无毒的水平[4]；被动靶向给药也存在一定的缺陷，可能导致治疗部位的纳米载体出现非均匀分布[5]。基于BBB中受体和转运体的发现，使主动靶向成为现代脑靶向递药系统研究的热点。主动靶向包括受体介导、转运体介导及吸附介导3种方式，以受体和转运体的配体作为功能基，采用共价键或非共价键连接方法对其进行修饰所构建的脑靶向递药系统，可使得药物跨越BBB并且在脑内病灶部位释药，最终有效地治疗CNS疾病。笔者以“功能基”“修饰”“脑靶向”“Functional group”“Modified”“Brain-targeting”等为关键词，组合查询2001年1月－2018年12月在中国知网、万方数据、维普网、PubMed、Elsevier、Springer Link等数据库中的相关文献，共检索到相关文献394篇，其中有效文献41篇。现从受体介导、转运体介导、吸附介导3个方面进行综述，以期为功能基修饰的脑靶向递药系统的研究提供参考。

1 功能基修饰受体介导的脑靶向递药系统

BBB表面上有能够特异性识别的内源性受体，以受体的配体作为功能基，修饰载药系统以构建脑靶向递药系统，通过配体与相应受体的特异性结合，介导药物入脑。常见的受体包括转铁蛋白受体（TfR）、低密度脂蛋白受体（LDLR）及相关蛋白（LRP）、N-乙酰胆碱受体（nAChR）、胰岛素受体、清道夫受体BⅠ、白喉毒素受体、缓激肽B2受体等[6-7]。

1.1 TfR介导的脑靶向递药系统

转铁蛋白（Tf）是一种能与TfR特异性结合的Ⅱ型跨膜糖蛋白，在正常细胞中含量较少，但在肿瘤细胞和BBB细胞中含量较多，TfR的过度表达已被众多研究人员用于改善药物的BBB运输[8]。

1.1.1 Tf修饰的脑靶向递药系统 Tf是一种存在于脊椎动物体液及细胞中的Ⅱ型跨膜糖蛋白家族，在人的血管中广泛存在。Sonali S等[8]以酸化的D-α-生育酚琥珀酸聚乙二醇酯（TPGS）为载体，共价结合至Tf的氨基末端，并装载在脂质体（LP）的表面上，通过溶剂注射方法将治疗剂多烯紫杉醇（DTX）和显像剂（QDs）包封在LP的亲脂部分中；对脑癌模型大鼠给药2 h后发现，非靶向的LP（TPGS-DTX-QD）和靶向LP（Tf-TPGS-DTX-QD）的效率分别是阳性对照药DTX的4.41倍和8.91倍。缪伟锋等[9]构建了Tf修饰的载DTX的LP（DTX-Tf-LP），作用于体外脑胶质瘤细胞（C6）和脑内皮细胞（bEnd.3）后发现，C6、bEnd.3细胞对DTX-Tf-LP的摄取率分别是空白LP的3.2倍、2.6倍，DTX-Tf-LP对C6、bEnd.3细胞的增殖抑制作用大于DTX-LP和DTX，表明，DTX-Tf-LP能够被C6、bEnd.3细胞摄取，并抑制其增殖。

1.1.2 抗TfR的单克隆抗体修饰的脑靶向递药系统 采用小鼠抗大鼠TfR的单克隆抗体OX26作为功能基，其能与TfR结合，避免与内源性Tf竞争，减少副作用[6]。Shen J等[10]构建了小鼠抗大鼠TfR的单克隆抗体OX26修饰的载人参皂苷 Rg1（Rg1）的聚-γ-谷氨酸纳米粒（PHRO）；建立糖尿病脑梗死模型大鼠后，尾静脉注射PHRO，PHRO可以增加糖尿病脑梗死模型大鼠中的Rg1在脑中的分布。苏木精-伊红（HE）染色和透射电镜结果显示，PHRO组比游离Rg1治疗组的脑坏死有所改善。Monsalve Y等[11]用小鼠抗大鼠TfR的单克隆抗体OX26修饰的壳聚糖纳米粒，然后腹腔注射给药小鼠，与未修饰的壳聚糖纳米粒相比，小鼠抗大鼠TfR的单克隆抗体OX26修饰的壳聚糖纳米粒的脑摄取率较高。除小鼠抗大鼠TfR单克隆抗体外，大鼠抗小鼠TfR的单克隆抗体RI7217也被广泛应用。Salvati E等[12]采用生物素/链霉抗生物素蛋白连接与巯基-马来酰亚胺共价结合两种方法，构建大鼠抗小鼠TfR的单克隆抗体RI7217修饰的LP，用共聚焦显微镜和放射化学技术进行脑微血管内皮细胞（hCMEC/D3）的摄取和透过性试验，结果表明，RI7217能增加LP的细胞摄取量和跨细胞转运。

1.2 LDLR及LRP介导的脑靶向递药系统

LDLR家族由10种受体构成，分布于不同的组织中，且在BBB上分布较多；其特异性的配体为低密度脂蛋白（LDL）、载脂蛋白（Apo）等，常用的功能基包括乳铁蛋白（Lf）、Angiopep-2、载脂蛋白E（ApoE）等[7]。

1.2.1 Lf修饰的脑靶向递药系统 Lf具有80 kDa的分子量，并且是Tf家族天然存在的铁结合糖蛋白[7]。有研究表明，LRP特异性拮抗药对Lf跨BBB表现出很高的抑制率，表明Lf跨BBB与LRP有关[6]。Meng Q等[13]构建了Lf耦联N-三甲基化壳聚糖修饰的载石杉碱甲（HupA）的聚乳酸-羟基乙酸纳米粒（Lf-TMC-NPs-HupA）；与HupA溶液相比，Lf-TMC-NPs-HupA在人支气管上皮样细胞系（16HBE）中表现出更低的毒性。细胞摄取试验表明，在16HBE和人神经母细胞瘤细胞（SH-SY5Y）中Lf-TMC-NPs-HupA的累积高于非靶向纳米粒；且体内成像结果显示，Lf-TMC-NPs-HupA在大脑中比非靶向纳米粒表现出更高的荧光强度和更长的停留时间。Liu S等[14]用Lf修饰的载柔红霉素加和厚朴酚的LP，经修饰后的LP能够跨越BBB转运抗肿瘤药物，抑制肿瘤细胞侵袭并破坏肿瘤细胞形成的非内皮细胞衬覆的微血管通道（VM），经修饰后的LP通过实体瘤的高通透性和滞留效应（EPR）在肿瘤组织中富集，从而改善对肿瘤细胞的细胞毒性作用。

1.2.2 Angiopep-2修饰的脑靶向递药系统 Angiopep-2是一种由19个氨基酸分子组成的多肽，其能与LRP受体特异性结合，通过内吞方式入脑[15]。与其他蛋白如Tf、Lf和抑肽酶等相比，Angiopep-2具有更高的脑穿透能力[16]。Wang L等[17]构建Angiopep-2修饰的载多柔比星（DOX）和表皮生长因子受体（EGFR）siRNA的PLGA纳米粒（ANG-PLGA-DOX-siRNA）。ANG-PLGA-DOX-siRNA可以有效地将DOX和EGFR siRNA递送到脑神经胶质瘤细胞（U87MG）中，对U87MG细胞具有显著的抑制作用。焦秀秀等[18]构建Angiopep-2修饰的载DOX的硫辛酸-聚精氨酸组氨酸多肽纳米胶束（LHRss-An-DOX），通过体外BBB模型考察载药胶束的跨膜转运效率。结果表明，LHRss-An-DOX的跨BBB效率分别是LHRss-DOX和游离DOX的2.04倍和4.27倍。

1.2.3 ApoE修饰的脑靶向递药系统 Apo来源于人体的血液和组织液。Apo可与脑内皮细胞高度表达的LDLR或LRP特异性结合，通过内吞作用跨过BBB[7]。Raudszus B等[19]分别用ApoE、穿透蛋白、卵清蛋白修饰聚乳酸（PLA）纳米粒，在细胞摄取试验中，穿透蛋白和ApoE修饰的纳米粒的摄取率明显高于卵清蛋白或未修饰的纳米粒。Kreuter J等[20]发现聚山梨酯80涂布的聚氰基丙烯酸丁酯纳米粒（PBCA-NP）在血液循环中与ApoE结合，并通过LDLR介导，将药物递送入脑。Wagner S等[21]构建了ApoE修饰的人血清白蛋白纳米粒，通过与脑内皮细胞上的LDLR特异性结合介导药物入脑。

1.3 nAChR介导的脑靶向递药系统

nAChR能在BCEC上表达。RVG29是狂犬病毒糖蛋白（RVG）中的一段29个氨基酸序列的多肽，能与nAChR特异性结合。RVG29可以通过nAChR将核酸、基因或药物带入脑内皮细胞，穿过BBB，并进入脑内[22]。Hua H等[23]构建了RVG29修饰的载DTX的聚乙二醇-聚乳酸-羟基乙酸共聚物纳米粒（DTX-NPs），结果表明RVG29修饰的DTX-NPs具有良好的穿透能力并且能够通过BBB；C6细胞体外摄取试验结果表明，RVG29修饰的DTX-NPs通过与C6细胞表面上的nAChR的特异性结合促进其被摄取。You L等[24]以RVG29修饰的载去铁胺（DFO）单甲氧基聚乙二醇-聚乳酸-羟基乙酸共聚物纳米粒静脉注射于经1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶（MPTP）诱导的帕金森病（PD）模型小鼠后，能够有效地去除模型小鼠大脑中的铁，从而减少铁介导的氧化应激，最终阻止PD相关的神经元损伤以及神经行为缺陷。

1.4 其他受体介导的脑靶向递药系统

除上述常见的受体以外，用于脑靶向的受体还包括胰岛素受体、清道夫受体BⅠ、白喉毒素受体、缓激肽B2受体等[6-7]。胰岛素受体广泛存在于BCEC膜上，胰岛素能与胰岛素受体相结合，跨过BBB，但胰岛素在血液中由于降解产生低血糖反应，所以不能直接用于脑靶向的配体[25]。清道夫受体BⅠ能够与高密度脂蛋白特异性结合，在中枢神经系统也有表达，故以高密度脂蛋白为功能基可通过该受体介导入脑；Kreuter J等[26]通过马来酰亚胺聚乙二醇活性酯（NHS-PEG-Mal）的连接作用，构建了ApoA-I、ApoE3、ApoB-100共价修饰的载洛哌丁胺的纳米粒，腹腔注射该纳米粒，通过甩尾试验记录小鼠抗伤害性反应，15 min后，与洛哌丁胺溶液比较，经过ApoA-I、ApoE3、ApoB-100修饰的纳米粒可产生更大的抗伤害作用。白喉毒素受体存在于BBB、神经元和胶质细胞上，而且在病灶部位的脑毛细血管上高度表达[6]。CRM197是白喉毒素的突变产物。Gaillard PJ等[27]通过辣根过氧化物酶与CRM197连接，使CRM197通过白喉毒素受体介导跨过BBB。缓激肽B2受体在正常脑组织内很少表达，但在胶质瘤组织内高度表达；血管活性物质缓激肽或其类似物RMP-7可以与缓激肽B2受体特异性结合，进而打开血肿瘤屏障（BTB），最终增强神经胶质瘤疾病的治疗效果[28]。

然而，受体介导也存在一定缺点，受体不但在BBB细胞中广泛存在，同时在其他外周器官的毛细血管上表达[6]。所以，在达到脑靶向的同时也会增加外周组织的药物累积。

2 功能基修饰转运体介导的脑靶向递药系统

目前在跨BBB的主动靶向策略中，转运体介导转运具有高度识别性，允许药物或载药系统穿过细胞膜转运，是主动靶向入脑方式之一[29]。

2.1 葡萄糖转运体介导的脑靶向递药系统

BBB上有大量的转运体，其中葡萄糖转运体（GLUT1）是BBB中最高效的转运体，GLUT1存在于血液、脑、胎盘和成熟组织中，在血液-组织屏障中广泛存在，是细胞吸收葡萄糖，跨血液-组织屏障的基本载体[30]。采用葡萄糖修饰载药系统，通过与GLUT1的特异性结合，介导药物跨过BBB，最终达到增加脑内药物浓度的目的[31-32]。Ju RJ等[33]使用接枝共聚物聚乙烯己内酰胺-聚乙酸乙烯酯-聚乙二醇作为骨架材料，通过用葡萄糖-脂质衍生物和地喹氯铵-脂质衍生物进行双重修饰，制备功能性DTX纳米胶束。体内实验表明，脑胶质瘤模型小鼠通过尾静脉注射功能性DTX纳米胶束后，可以延长其生存期。体外试验表明，功能性DTX纳米胶束能够增强U87MG细胞摄取，定位到U87MG线粒体，诱导U87MG细胞凋亡。牛江秀等[34]采用葡萄糖修饰的泊洛沙姆P105衍生物为载体，制备了DOX胶束，以星型胶质细胞和小鼠脑微血管内皮（BMVECs）细胞模拟体外BBB，比较DOX水溶液、DOX普通胶束、DOX胶束透过BBB的转运率；结果表明，DOX胶束的BBB转运率明显高于DOX普通胶束。

2.2 谷胱甘肽转运体介导的脑靶向递药系统

谷胱甘肽是一种内源性三肽，具有抗氧化作用，通过与BBB上的谷胱甘肽转运体的特异性结合进入脑内。Gaillard PJ等[35]构建了谷胱甘肽修饰的载甲泼尼龙的聚乙二醇LP（GSH-PEG-LP），在健康大鼠中，GSHPEG-LP能够显著增加药物的血液循环时间和脑内摄取。在急性自身免疫性脑脊髓炎模型大鼠中，给予游离甲泼尼龙无效，而GSH-PEG-LP可明显地改善病理症状。

3 功能基修饰吸附介导的脑靶向递药系统

吸附介导脑靶向递药系统的设计原理是载体表面上的正电荷与BBB膜上的负电荷之间产生的静电作用[6]。相关研究表明[36]，吸附介导的跨细胞转运呈时间和药物浓度依赖特性，跨细胞转运过程中需要能量参与，整个过程速度较慢，可以持续数分钟；吸附介导为非特异性结合，亲和力虽低但结合容量大，不易产生饱和现象。细胞穿膜肽是一种通过吸附介导跨越BBB的多肽，来源于不同的蛋白家族，长度为10～27个氨基酸，大多数带正电。例如TAT肽、Penetratin、Transportan、VP22等，能够将蛋白质、核酸片段等导入到细胞中。

夏慧敏等[37]用低分子量鱼精蛋白（LMWP）和Penetratin修饰PLA纳米粒制成LMWP-PLA-NPs和Penetratin-PLA-NPs，LMWP-PLA-NP通过脂筏介导的内吞和直接转运作用来增加细胞摄取量，Penetratin-PLA-NPs通过脂筏介导、巨胞饮内吞和非能量依赖的直接转运作用增加细胞摄取量。小鼠体内药动学实验表明，与LMWP-PLA-NPs比较，Penetratin-PLA-NPs能够提高药物在脑内的摄取量，同时减少非病灶部位的蓄积。但是细胞穿膜肽在实际应用中也存在一些问题，例如细胞选择性差，能与任意的带正电分子结合，最终造成药物在非病灶部位的蓄积，产生副作用。TAT肽是一类富含精氨酸和赖氨酸等碱性氨基酸残基的正电性多肽。颜露[38]构建TAT肽修饰的载胰岛素的聚乳酸羟基乙酸共聚物纳米粒（Insulin-NPs-TAT）。以氨基荧光素为荧光探针，小鼠鼻腔给药Insulin-NPs和Insulin-NPs-TAT后，可在嗅球、大脑组织切片中观察到纳米粒绿色荧光，说明纳米粒鼻腔给药后可快速入脑，且与Insulin-NPs比较，Insulin-NPs-TAT药物入脑量有所提高。

4 讨论

近年来，功能基修饰的脑靶向递药系统受到越来越多的关注，经功能基修饰的脑靶向递药系统能够提高药物在脑内的浓度，增加治疗效果。但还存在一些问题：（1）与普通制剂相比，脑靶向递药系统的脑内递送效率虽有提高，但尚处于初级阶段，仍需进一步研究；（2）药物在脑内的分布并不明确，可能增加非病灶部位的药物浓度，产生毒副作用；（3）脑靶向效率低；（4）工艺复杂、成本较高。鉴于此，针对BBB和病灶部位，可以构建双级靶向递药系统，即在递药系统表面同时修饰两种靶向分子，一种靶向分子靶向于BBB，另一种靶向分子靶向于病灶部位，可以将药物递送至病灶部位，有望提高脑部疾病的治疗效果并降低药物在非病灶部位的蓄积。Zhu Y等[39]用TAT肽和Angiopep-2共同修饰纳米胶束，纳米胶束不仅表现出胶质瘤细胞高选择性和长循环，而且还能增强BBB渗透、增加药物在胶质瘤中的富集以及神经胶质瘤细胞的摄取。当胶束到达目标位置时Angiopep-2与LRP1的结合将使TAT肽接近细胞膜，从而触发药物的细胞穿透能力[40]。Kim JS等[41]用Angiopep-2和抗CD133单克隆抗体（CD133mAb）共同修饰载药替莫唑胺（TMZ）免疫脂质体，Angiopep-2结合LRP1渗透BBB中起到第一层靶向作用，CD133mAb将药物特异性递送到多形性胶质母细胞瘤（GBM）的胶质母细胞瘤干细胞（GSCs）中发挥第二层靶向作用。脑靶向的效率主要取决于靶向分子与靶标之间是否能够特异性结合，以及靶标分布的专属性。因此，在后续相关研究中建议开发新靶点和新型靶向分子，进一步提高脑靶向递药系统的靶向效率，为开发操作简单、成本低廉的脑靶向递药系统提供参考。