［摘要］ 血脑屏障（BBB）是中枢神经系统疾病药物治疗面临的主要瓶颈，它可保护大脑不受细菌、病毒等有害物质侵害，但同时也限制了药物进入脑组织发挥药效。近年来，非侵入性穿透BBB的脑靶向药物递送技术发展迅速，并展现出巨大的应用前景。该文综述了基于细胞渗透肽、细胞载体、特异性受体以及纳米材料等的非侵入性脑靶向药物递送系统的特点及其应用，展望了其未来发展趋势，为中枢神经类疾病药物治疗提供借鉴。

中枢神经类疾病具有极高发生率和致残率，在全球范围内约有 1/6 人口受到相关疾病困扰，且预计在未来受其困扰患者数量还将呈现增长趋势，因此对该类疾病的干预以防止其进一步恶化非常重要。药物治疗在这方面展现出巨大潜力，但目前其实际临床疗效仍亟待提高。中枢神经类疾病治疗难点在于血脑屏障（blood⁃brain barrier，BBB）的高度选择渗透性，它阻止外源性药物向脑组织渗透。

尽 管 中 枢 神 经 系 统（central nervous system，CNS）疾病药物递送研究已取得飞速进展，但许多有治疗潜力的大分子药物仍难以穿透 BBB 到达脑组织，因此如何安全有效地递送药物进入脑组织仍是目前学界研究热点。已报道的一些侵入性透 BBB递送药物技术包括利用超声波或化学手段破坏BBB 紧密连接技术，基于开颅术后通过脑室、脑内或鞘内直接给药的颅内药物输送技术，对流增强给药技术以及利用聚合物、微芯片的脑部植入技术等［1，2］。这些侵入式透 BBB 药物递送策略的优势在于可直接到达脑组织来发挥药物作用，但易造成BBB 结构破坏进而导致血浆蛋白泄漏到大脑中引起神经毒性、神经炎症反应等慢性神经病理改变；此外，利用机械设备可能造成加重颅内感染、脑组织损伤、血栓形成等一系列风险。

非侵入性脑靶向药物递送是指利用 BBB 的内源性转运机制将药物输送进脑组织，特别是基于细胞载体、细胞穿透肽、特异性受体以及纳米交叉材料药物递送等方式。这种策略因具有易操作、更好的安全性以及更高透 BBB 递送效率等优势，在 CNS疾病治疗领域展现出良好的应用前景。

1 细胞载药的脑靶向递送

细胞载药递送系统是指使用特定的细胞作为药物递送载体，通过细胞表面修饰或内吞作用结合治疗药物并将其输送到病变部位。20 世纪 70 年代人们首次将红细胞包裹 β⁃半乳糖苷酶以治疗戈谢病［6］，此后以活细胞为载体的药物递送技术逐渐成为研究者关注热点。这种以细胞为基础的药物递送系统可跨越 BBB，同时具有较低免疫原性与较小毒副作用等优势，已应用于脑部疾病的治疗。目前作为中枢系统疾病药物递送载体研究较多的是干细胞、免疫细胞以及其他血细胞等。

免疫细胞，如单核/巨噬细胞、中性粒细胞等介导的药物递送一般通过细胞旁和跨细胞运输等机制穿过 BBB 进入脑内。单核/巨噬细胞是固有免疫系统的重要组成部分，具有天然的组织或器官趋向性，其独特的吞噬能力使得细胞载体可以更易结合游离药物或纳米粒修饰后药物。已有研究者利用单核/巨噬细胞携带经脂质体修饰的过氧化氢酶进入脑内，通过减少活性氧的产生进而改善脑部炎症［11］。中性粒细胞是人体含量最丰富的一种白细胞，作为固有免疫反应的第一道防线在炎症反应中发挥着至关重要的作用。研究表明，中性粒细胞可用作载体携带治疗药物穿过 BBB，在炎性细胞因子的过度激活下释放中性粒细胞外基质及携带的药物靶向脑炎性疾病和脑肿瘤等脑内病变部位，具有高度的治疗特异性。

血细胞，如红细胞、血小板等可直接用作药物递送载体也可结合纳米材料用于脑部给药。红细胞是血细胞的重要组成部分，具有易获得、长效循环以及高寿命的优势，可改善免疫原性低的药物和纳米粒的血液循环状况，已用于脑部药物递送。如Shi等［13］利用T7肽修饰后的红细胞膜包裹四氧化二锰纳米颗粒作为一种多功能的氧供体用于缺血性卒中的治疗和防止缺血/再灌注损伤。血小板不仅参与免疫应答、炎症反应与血栓的形成，具有天然的靶向和黏附能力，其作为药物载体时还展现出高度的储存和运输能力，在脑缺血卒中等疾病的治疗方面展现出巨大的潜力。

目前，细胞载药递送系统研究尚处于初级阶段，以干细胞作为药物递送的载体其免疫抑制作用可能会促进原发性和转移性肿瘤的生长，免疫细胞在肿瘤微环境中容易分化成具有促进肿瘤生长的细胞亚型，从而限制了其在特定临床环境中的应用。此外，许多细胞的体内提取过程复杂且体内发挥作用时间有限，导致药物的临床治疗效果不佳。因此该类药物递送系统的进一步优化对于提高疗效至关重要。

2 细胞渗透肽药物递送载体

自发现第一个细胞渗透肽（cell penetrating peptide，CPP）转录蛋白反式激活因子（transactivator of tran⁃scription，TAT）可穿过细胞膜［15］并可携带肽类物质完整穿过 BBB［16］，CPP 作为药物载体治疗神经系统疾病得到广泛关注。CPP 一般为 5~30 个氨基酸短肽序列，根据 CPP氨基酸组成可将其分为阳离子型或两亲型。研究认为，CPP主要以内吞作用、直接穿透或多种机制递送与其相结合的物质进入细胞［17］。与其他药物载体相比，CPP具有合成简单、生物相容性佳、对细胞造成损害较小、完成入胞转运后可降解、有效组织渗透和与其他给药系统多种兼容性等优势，并能与生物活性蛋白直接融合重组表达。此外，一些 CPP具有抗氧化、抗菌及促愈合活性［18］，这种与抗菌肽成分类似的结构和生物活性也使得它们成为药物递送理想载体。

阳离子型 CPP富含精氨酸、赖氨酸、组氨酸，最具代表性的是 TAT。在正常生理条件下，富含精氨酸和赖氨酸多肽链会产生正电荷。因此，阳离子CPP通过静电相互作用与膜表面带负电荷糖蛋白结合表现出较好的细胞膜亲和力，从而通过跨细胞作用穿过细胞膜或生理屏障。

CPP 电荷量、基本序列、肽链骨架、肽链长度和空间构象等性质决定了其穿越细胞膜能力。许多研究致力于通过对 CPP进行修饰或结构替换，在插入特殊序列或独特构象区域后，新设计合成多肽可具有更高内体转运效率以及组织或器官选择性。如 Guidotti 等［20］用胍基乙基胺修饰赖氨酸，修饰后肽链表现出更高膜亲和力、穿透力、更好转染效率和更低细胞毒性。Fu 等［21］用二硫化物取代 CPP 主链形成具有细胞穿透作用的聚二硫化物递送工具，具有更低毒性。CPP与药物偶联物通常易被截留在内体中，无法到达其脑内治疗位点。Kim等［22］证明，多聚体 CPP 相比单体 CPP 具有更高细胞摄取效率、抗蛋白水解特性以及更低内体保留率，提高了药物生物学活性。Yuan 等［23］用脂质体材料修饰阳离子CPP 作为递送载体，提高了阿霉素胶质瘤细胞摄取率、降低了对细胞的损害，在中枢类疾病治疗中具有较好应用前景。CPP与药物通过与不同官能化连接物结合，如氧化还原反应敏感的二硫键连接键［24］、酸性环境敏感连接剂［25］等，在具有良好 BBB通透性的同时可在特定环境下选择性释放药物，提高药物治疗靶向性。CPP结合纳米粒子共同修饰药物的设计也进一步提升了药物递送效率。如 TAT可促进纳米粒子NR2B9C透过BBB来治疗创伤性脑损伤、缺血后脑卒中，二者偶联物多肽TAT⁃NR2B9c（也称 NA⁃1或橙皮肽）已先后应用非人类灵长类动物实验以及Ⅱ期临床试验［26~28］；在此基础上加入功能性肽基 CCAQK 修饰，这种氨基酸多肽与受损大脑部位细胞外基质具有高亲和力，使得修饰后药物具有更强脑穿透性、靶向性以及更长血液循环时间［29］。

在大多数情况下，阳离子型 CPP 需要与标记分子、蛋白质或药物共价连接，较为复杂，且这种连接方式可能改变连接药物生物活性，降低药物治疗效果。此外，它们的正电荷有利于其与细胞膜和血浆中带负电荷成分相互作用，当这些 CPP与血浆相互作用时，易被网状内皮系统迅速消除。

两亲型 CPP 具有明显疏水性和亲水性末端，包括 MPG、transportan、TP10、Pep ⁃1和 penetratin等［30］。两亲型 CPP 以其疏水端与溶液中物质快速结合形成稳定复合物，通过静电作用直接穿透细胞膜或生理屏障［31］。除独特的一级结构外，对于 CPP构象分析和细胞渗透性测试表明，空间结构 α⁃螺旋以及 β折叠有助于 CPP 携带药物通过细胞膜以及肠黏膜屏障、BBB等各种生理屏障。

许多研究者设计合成的两亲型 CPP 显示出低细胞毒性和高渗透能力［34］。如Morris等［35］基于天然来源两亲型CPP结构特点设计了Pep⁃1，通过非共价结合药物策略成功携带多肽或蛋白质进入 HS⁃68、NIH⁃3T3、293T等多种细胞。Khafagy等［36］将两亲型penetratin 非共价结合蛋白通过鼻腔给药将胰岛素成功递送至大鼠嗅球、大脑皮质、下丘脑、海马、脑干等脑组织。在此基础上，Kamei等［37］用同样鼻⁃脑递送方式将蛋白药物成功递送入脑治疗脑退行性疾病。CPP结合纳米材料形成的聚合物纳米载体已开发应用于脑部治疗药物递送。如 Goswami 等［38］将 penetratin 与疏水性铁螯合剂自组装形成纳米胶束，并在疏水核心结合疏水药物抗神经退行性病变药物姜黄素，成功进入体外BBB模型细胞。这种药物与载体自组装形成纤维状结合物，具有更好的细胞穿透性以及在体循环稳定性，在中枢类疾病药物治疗领域展现出巨大治疗潜力。

通过 CPP 与药物共价连接方式比非共价连接方式具有更高的细胞内吸收率，然而共价连接技术对于连接物质有严格限制。非共价连接方式是使CPP与物质按一定比例混合，依靠静电相互作用、与特异性碱基形成氢键、生物素化⁃亲和素相互作用等形成复合物将药物递送进脑内，而不需化学交联或化学修饰。CPP非共价结合药物策略不改变药物活性，且具有生物相容性优异、操作简单以及对于微环境高敏感性等优势；缺点在于整个跨细胞膜过程需要能量参与，穿过细胞膜后部分药物存在随机分布、缺乏脑组织选择性及与内皮损伤相关潜在毒性等问题。

3 特异性受体介导的脑靶向药物递送

受体介导细胞内转运是物质跨 BBB 运输入脑内主要机制之一。脑毛细血管内皮细胞上存在许多特异性受体，如乳铁蛋白受体、转铁蛋白受体、低密度脂蛋白受体、胰岛素受体、唾液酸受体、清道夫受体、白喉毒素受体、缓激肽受体等。通过将治疗药物与特异性配体或抗体结合，致使药剂具有靶向BBB 上受体能力，提升药物治疗脑靶向性，降低治疗剂量，减少治疗不良反应。许多研究者使用该技术成功将大分子蛋白质药物［39］，以及干细胞［40］、脂质体、聚合物或纳米粒子包载药物递送入脑，是实现脑靶向药物递送的有效途径之一。

利用受体介导药物递送途径可分为两类，分别基于单抗修饰以及配体修饰实现。单抗修饰后药物具有更高靶向BBB特异性，但抗体较大的相对分子质量限制了其BBB通透性［44］；而经过配体修饰药物具有较好 BBB 通透性，如 Chen 等［45］发现，以转铁蛋白为靶向配体，对 α⁃M 脂质体进行修饰后，通过与 BBB表面转铁蛋白受体结合，将大量 α⁃M脂质体送入小鼠脑内，改善药物向脑内渗透性差问题，然而非病变周围组织上也可存在与配体或抗体特异性结合内源性受体，以及竞争性内源性配体均可能破坏其靶向BBB特异性。此外，一些更为复杂的双抗体融合技术以及 BBB 通透性更高的单域抗体技术等也被设计用于脑部药物递送。

4 基于纳米材料的脑靶向药物递送

一些不能穿透 BBB药物可借助不同纳米载体，如聚合物纳米粒、固体脂质纳米粒、脂质体、树枝状大分子、胶束、纳米乳剂、纳米凝胶、量子点等来靶向 BBB。纳米材料作为药物载体具有体积小、药物装载率高、释放受控、生物相容性较好等多种优势，且与BBB特异性受体结合增强其BBB渗透性，提高靶向性和位点特异性［47］。近年来，大量研究应用了包括聚乙烯乙二醇、聚乳酸、聚（DL⁃丙交酯⁃Co⁃乙交酯）和聚乙醇酸等在内的聚合物纳米粒子，并使用壳聚糖、凝集素和D⁃α⁃生育酚聚乙二醇1000琥珀酸酯等对聚合物纳米粒子包裹［48，49］，使其不被体内代谢酶、单核巨噬细胞系统消化吞噬，同时具有更好定点靶向能力。

无机纳米材料因其具有修饰药物容易、生物相容性良好、比表面积和封装效率高等优势而受到越来越多关注，目前也广泛设计用于药物递送，如磁性纳米颗粒、金纳米颗粒、钌纳米颗粒等。新近研究表明，石墨烯、富勒烯以及碳纳米管等碳纳米颗粒可以共价或非共价方式结合药物，其作为载体具有较强BBB穿透能力、良好生物相容性以及较好促神经再生活性与抗淀粉样蛋白作用［50，51］，在神经退行性疾病药物治疗方面展现出的巨大优势［52，53］。尽管如此，无机纳米材料不可降解性和潜在毒性极大地限制了其作为药物递送载体在临床上的广泛应用。

基于仿生纳米材料设计载体，包括外泌体和仿生细胞膜等纳米载体规避了合成材料功能化修饰带来的一些不利因素，展现出良好生物相容性。Johnstone 等［54］将形成于细胞内且包裹内容物并将其释放到细胞外的小泡描述为“外泌体”。外泌体具有与人体自身细胞相似结构，呈 40~100 nm 双层膜“纳米球”结构，其在本质上是非免疫原性的，作为药物载体携带小分子物质［55］以及蛋白等大分子［56］穿过 BBB 进入脑内。2011 年，Hu 等［57］利用完整红细胞膜包裹并递送纳米粒子，延长了其在体内半衰期。这种技术引起研究者广泛关注，此后对于其研究主要集中在基于红细胞膜包裹纳米粒子和血小板膜包裹纳米粒子。仿生纳米药物载体设计将纳米颗粒尺寸与非细胞毒性效应相结合，减少单核巨噬细胞系统对于大分子活性药物清除的同时增加药物向大脑转运，延长了循环时间且保留了药物治疗活性，具有较高载药能力和较低免疫原性。然而，现阶段在仿生纳米载体提取与分离、药物装载及药物递送等方面仍存在诸多挑战。

5 展望

BBB对药物递送阻碍以及复杂脑部结构是CNS疾病药物治疗面临的主要难点。因此，高效BBB通透性和精准给药靶向性是该类药物研发亟待解决的瓶颈。目前，脑部纳米靶向给药技术最新进展为解决这一瓶颈带来了巨大希望，主要以使用纳米药物或含纳米载体药物治疗疾病。可结合目前先进给药系统，如超声引导或放射成像引导药物输送到病变部位，基于配体主动靶向，利用生物技术和先进成像技术来识别新靶点，通过鼻腔途径等多种方法提升临床上药物治疗效率。

此外，寻找更好复合材料应用于脑靶向药物递送系统是目前发展趋势，材料科学迅猛发展为新型药物递送系统研发提供了支撑，如碳基、脂基、陶瓷、金属、半导体、磁性及水凝胶等纳米复合材料等均展现了良好应用前景。受自然界启发，生物体许多特殊功能源于其具有的特殊结构，这也为药物递送系统研发提供了新思路。如由神经递质衍生类脂广泛应用于不同药物递送系统，且均展现出类似BBB通透性。今后可使用能穿过 BBB物质，或模拟其微观结构构建具有与其相似 BBB 穿透能力的新材料，提高药物递送效率并提升疗效。相信在仿生技术快速发展及多学科交叉融合推动下，制约中枢神经类疾病治疗药物递送瓶颈将被打破。

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