血脑屏障（BBB）对药物进入大脑构成了巨大挑战。有几种策略旨在克服这一障碍，促进治疗相关药物通过血脑屏障高效且特异性地进入大脑。其中一种策略利用受体介导的转胞吞作用（RMT）这一生理过程，将货物通过脑内皮细胞向脑实质运输。对细胞内运输和受体结合的理解以及蛋白质工程和纳米技术的最新进展，为利用 RMT 治疗中枢神经系统疾病提供了更多机会。在这篇小型综述中，讨论了目前对血脑屏障结构的理解，并简要介绍了 RMT 介导的脑部药物递送方面的关键进展。

引言：脑部疾病属于了解不足且治疗效果不佳的病症。尽管近年来药物研发迅速发展，但针对中枢神经系统疾病的有效疗法成功率仍然很低。阻碍治疗成功的一个主要问题是脑组织细胞外环境受到严格调控，这使得大分子药物进入大脑成为巨大挑战。人们认为，脑组织与外周循环的隔离源于大多数脊椎动物中枢神经系统中不同区域存在的多层“屏障”，这些屏障为神经组织提供了保护。这些保护机制的关键在于通过血脑屏障（BBB）对血液中大分子进入脑部的调控。血脑屏障调节着血液与脑部之间广泛的相互作用界面。据计算，人类大脑的毛细血管网络长度约为 600 千米，表面积为 15 至 25 平方米。

神经元、神经胶质细胞和脑微血管在神经血管单元中的密切关联正被视作调节脑血流的功能节点。在这些细胞类型中，脑内皮细胞是血脑屏障（BBB）的构成单元，阻止大多数分子从血液进入大脑，但那些小且亲脂性的分子除外。近期的几项研究聚焦于内皮细胞、神经元和神经胶质细胞类型之间的功能交互作用及其对血脑屏障功能的调节作用。由于神经元很少远离脑毛细血管，血脑屏障在控制物质快速向脑部和局部神经元环境输送方面也发挥着重要作用。由于其接触和交换表面积大，大多数研究都将脑内皮细胞作为增加脑部药物输送的治疗靶点。

血脑屏障的结构

从结构上讲，毛细血管网络可分为连续的无窗孔毛细血管、连续的窗孔毛细血管和不连续的毛细血管。这种划分是基于它们调节溶质从血液向组织扩散的能力；因此，连续的窗孔毛细血管通透性最低，而不连续的毛细血管通透性最高。在血脑屏障中，连续的无窗孔毛细血管通过紧密连接（TJs）将内皮细胞连接起来，形成高阻力的细胞旁屏障，限制分子和离子的跨膜扩散。跨膜蛋白是紧密连接的重要组成部分，它们与细胞骨架结合，并以紧密的结构连接相邻的内皮细胞，消除细胞间空间。对紧密连接结构和功能重要的蛋白质包括整合膜蛋白，如 Claudin 家族成员（如 Claudin 3、5 和 12）、Occludin 和连接黏附分子。有证据表明，紧密连接蛋白对于形成细胞旁屏障至关重要，而这种结构由闭合带蛋白 ZO -1、-2 和 -3 以及将紧密连接与细胞骨架相连接的其他蛋白质来稳定。这种结构还通过基底膜得到进一步加强，基底膜是一种约 40 纳米厚的基质，主要由Ⅳ型胶原蛋白、层粘连蛋白和硫酸乙酰肝素蛋白聚糖构成。金属蛋白酶是其他有助于调节健康和疾病状态下血脑屏障功能的成分。

此外，诸如星形胶质细胞之类的神经胶质细胞在血脑屏障的发育和维持中发挥着重要作用。多达 99% 的基底毛细血管膜被星形胶质细胞的“足突”所覆盖，而诸如胶质细胞源性神经营养因子（GDNF）、血管生成素 -1 和血管紧张素 II 等胶质细胞衍生因子均有助于血脑屏障的完整性。除了星形胶质细胞的“足突”，周细胞也排列在脑血管周围，环绕着脑内皮细胞，并有助于血脑屏障的屏障特性。周细胞研究的最新进展表明，这种细胞类型相当复杂，其功能定义不止一种，这取决于它们在动静脉毛细血管中的位置。脑微血管富含周细胞，且周细胞缺乏的小鼠突变体表现出血脑屏障通透性增加，这表明周细胞对血脑屏障的控制至关重要。周细胞似乎通过两种方式对血脑屏障的完整性做出贡献：下调内皮细胞间的通透性以及促进星形胶质细胞与内皮细胞之间的接触。此外，越来越多的证据表明，周细胞与其他神经血管单元内细胞类型之间的相互作用在健康和疾病状态下都具有重要意义。

神经血管单元中涉及内皮细胞和星形胶质细胞等细胞类型的多细胞组织构成了大分子从血液向大脑高度受控转移的框架。

穿越血脑屏障

脑毛细血管内皮细胞中存在外排转运系统，通过将脑内不需要的物质移除至全身循环，从而增强了血脑屏障的屏障特性。多药耐药转运蛋白、单羧酸转运蛋白以及有机阴离子转运蛋白/有机阴离子转运多肽已被证实参与药物从脑内向外排。因此，这些外排转运蛋白的活性限制了中枢神经系统靶向药物的有效性（图 1C）。

图 1 。穿越血脑屏障（BBB）的潜在机制。极化的内皮细胞通过紧密连接相互连接，形成一道屏障，控制着分子从血液向大脑的自由移动。在脑毛细血管中，内皮细胞与星形胶质细胞紧密相连。穿越血脑屏障的潜在机制如下所示：（A）受体介导的转胞吞作用；（B）吸附转胞吞作用；（C）外排；（D）载体介导的转运；（E）细胞旁转运；（F）扩散

大多数药物转运蛋白属于两大类：腺苷三磷酸结合盒（ABC）转运蛋白和溶质载体（SLC）转运蛋白。ABC 转运蛋白是主动转运蛋白，通过水解 ATP 将药物逆浓度梯度排出，其中 P-糖蛋白（P-gp）是 ABC 家族中研究最为广泛的血脑屏障转运蛋白。P-gp 由多药耐药基因 1（MDR1）编码，其功能受细胞内因素和环境毒素的调节。

为了促进药物向大脑的有效输送，需要克服血脑屏障的功能性和结构性紧密性。用于穿越血脑屏障的策略包括细胞旁途径以及细胞内途径机制。

血脑屏障的物质转运

作为其正常功能的一部分，内皮细胞通过被动和主动机制允许营养物质和调节分子进入大脑。在正常情况下，一些溶质通过位于紧密连接（TJs）中的小细胞间孔道进行被动移动（图 1E）。负责这种转运的分子实体在很大程度上尚不清楚，尽管最近有证据表明，紧密连接中的 Claudin 蛋白是血脑屏障紧密连接中形成孔道的结构。由于早期中枢神经系统疾病未表现出明显的血脑屏障改变，因此这种途径在药物递送方面提供的机会少于跨细胞转运。

在极化细胞中，小分子通过细胞的转运很常见。因此，在脑血管内皮细胞中，分子量低于 500 道尔顿的疏水分子一旦逃过 P-糖蛋白型多药耐药性外排泵，就可以从体循环扩散穿过细胞进入脑实质（图 1F）。然而，营养物质的运输则需要专门的转运蛋白（图 1D）。因此，大中性氨基酸转运蛋白（LAT1）转运氨基酸、核苷和某些药物，而葡萄糖则通过葡萄糖转运蛋白（GLUT1）进行运输。

转胞吞作用

转胞吞作用是一种存在于多种不同细胞类型中的现象，从神经元到肠细胞、破骨细胞和内皮细胞均有。在极化细胞中，单向转胞吞作用指的是大分子从顶膜向基底外侧膜的运输。这一过程包括内吞作用、细胞内囊泡运输和胞吐作用。其中第一步可能涉及吸附性（电荷依赖性）或受体介导的内化（图 1A、B）。带正电荷的分子，如聚合物、阳离子脂质、白蛋白和纳米颗粒，可能会与带负电荷的细胞膜相互作用，并通过吸附性内吞作用内化。尽管最初认为在脑内皮细胞中减弱，但实际上几乎所有内皮细胞都表现出受体介导的转胞吞作用（RMT）。最近成像技术的应用使得对脑内皮细胞中转胞吞作用的详细分析成为可能。血脑屏障中存在几种能够诱导受体介导的转运（RMT）的受体，例如胰岛素受体、转铁蛋白受体以及负责脂蛋白运输的受体，而其他受体如白蛋白受体则未表达。

大分子的细胞内运输由囊泡系统介导。在脑内皮细胞中已鉴定出三种类型的内吞囊泡：参与大部分受体介导的转运的网格蛋白包被小窝、参与细胞外分子吸附介导的内吞作用和受体运输的小窝以及巨胞饮囊泡。其中，网格蛋白包被囊泡参与由脑内皮细胞中约 20 种不同受体介导的大部分内化过程。

一旦囊泡被内化，常见的细胞内途径便从最初的分选站——早期内体开始（图 2）。在血脑屏障内皮细胞中，内吞作用发生在顶膜和基底外侧膜上，这两个过程都会生成各自的早期内体。在极化细胞中，囊泡可直接从早期内体或从回收内体返回质膜。或者，囊泡成分可被递送至晚期内体并被靶向进行溶酶体降解。这种内体运输在血脑屏障的受体介导的转运效率中起着重要作用。

图 2. 血脑屏障中的受体介导转胞吞作用。配体在脑内皮细胞的顶膜上与其相应的受体结合（1），并启动质膜内陷和内吞作用（2）。在细胞内，囊泡可以沿不同的运输途径移动，包括回流至顶膜（3）或转运至基底外侧膜，在那里膜融合使囊泡内容物得以释放[转胞吞作用，（4）]。囊泡向溶酶体（5）的运输会使其被降解。

利用受体介导的转运（RMT）实现药物向脑部递送的策略通常涉及生成药物与受体靶向实体之间的复合物。该实体可以是内源性受体配体、靶向受体的抗体或模拟肽配体。这两种成分可以通过化学方式连接，或者将药物包封在表面修饰有 RMT 靶向配体的脂质体或纳米颗粒中。在脑内皮细胞中，受体介导的转运研究最多的靶点包括转铁蛋白受体、低密度脂蛋白（LDL）受体和胰岛素受体，相关综述见（Lajoie 和 Shusta，2015；Paterson 和 Webster，2016）。在接下来的部分中，将介绍这些系统的一些应用实例，并重点关注近期的进展。

转铁蛋白受体

铁向脑部的输送是通过铁结合蛋白转铁蛋白（Tf）的结合以及其在细胞内的运输来实现的。转铁蛋白受体（TfR）一直是众多体外和体内研究的目标，旨在将药物递送至脑部（见表 1）。所采用的方法包括使用装饰有转铁蛋白的脂质体来递送成像剂和 DNA，或者使用铁模拟肽作为配体。由于高血清水平的转铁蛋白的存在需要与内源性配体竞争，因此开发了涉及抗转铁蛋白受体抗体的替代方法。利用抗转铁蛋白受体通过受体介导的转运（RMT）将药物递送至脑部所面临的挑战包括对脑组织的特异性、潜在的溶酶体降解以及显著的向脑实质的运输。通过蛋白质工程已表明，降低抗体对转铁蛋白的亲和力可改善抗原 - 抗体复合物在血脑屏障内皮细胞基底外侧侧的释放。也有研究表明抗体亲和力的增强与溶酶体降解之间存在关联，这支持了抗体亲和力较低有助于避免被运输复合物在细胞内降解的观点。比较单价抗体与二价抗体脑渗透性的研究显示，单价抗体形式与溶酶体共定位较少，且转胞吞作用更好。体外研究使用永生化的人脑内皮细胞表明，在生理条件下抗体的亲和力以及在 pH5.5（溶酶体）条件下较低的亲和力都有助于有效的转胞吞作用。

已确定的主要受体系统介导通过血脑屏障的受体介导的转胞吞作用（RMT）货物递送。

近期在受体介导的转运策略中使用转铁蛋白受体（TfR）所取得的成功，促使了旨在增强药物向脑部输送的新进展。因此，近期有报告表明，用抗 TfR 抗体功能化的粒子能够有效地穿过血脑屏障，且其中载有治疗脑部疾病所需的非渗透性药物。一些实例包括：含有抗人 TfR 抗体 MYBE/4C1 并负载抗癌药物阿霉素的脂质体，在人脑内皮细胞中显示出增强的摄取，以及含有转铁蛋白和多西他赛的脂质体，与单独使用药物相比，在大鼠静脉注射后显示出更高的脑部摄取。使用基于转铁蛋白系统的纳米粒子的研究表明，用抗 TfR 抗体进行功能化能够增强携带相关药物（如能够抑制β-淀粉样蛋白聚集的药物）的粒子的输送。携带化疗药物替莫唑胺的纳米粒子也促进了胶质母细胞瘤细胞对药物的摄取。这种策略也体现了该领域仍存在的一些挑战，因为用 8D3 抗转铁蛋白受体抗体包被的金纳米颗粒（AuNPs）在小鼠体内注射后，通过血脑屏障（BBB）的效率很低，且大部分颗粒仍被内皮细胞胞内隔离。量子点也报道了成功被血脑屏障摄取但向脑实质的递送效率低的情况。用靶向转铁蛋白受体的肽来穿越血脑屏障以及额外的治疗剂对颗粒进行双重功能化，为特异性调节脑细胞中的基因表达提供了机会，如多柔比星和靶向 VEGF 的 RNAi或靶向 EGFR 的 siRNA联合递送至胶质瘤细胞的研究所示。这两项研究中观察到的促血管生成因子 VEGF 和 EGFR 表达的显著降低支持了这种联合递送系统的应用。

转铁蛋白受体（TfR）已被广泛用作脑细胞转胞吞作用的模型，尽管最初的研究报告仅来自一个实验室，但后来的报告证实了其在不同条件下的可重复性。诸如脑特异性和药物摄取量低等悬而未决的问题将推动对这一重要受体介导的转运系统进行进一步的研究。

胰岛素受体

胰岛素通过胰岛素受体（IR）被运输进大脑。与转铁蛋白受体（TfR）类似，抗胰岛素受体抗体已被开发出来，并用于将药物递送至大脑的策略中（见表 1）。在猴子体内静脉注射后显示出良好的内吞作用和向大脑运输效果的人源化抗胰岛素受体抗体（HIRMAb）开发出来之后，融合蛋白被开发出来以递送相关酶作为遗传疾病的疗法。其中一个例子是将 HIRMAb 与α-L-艾杜糖醛酸酶（IDUA）融合，IDUA 是一种在赫尔勒综合征（Hurler's Syndrome）、Ⅰ型黏多糖贮积症（MSPI）中缺失的酶，这是一种脑溶酶体贮积症。在临床前研究中，HIRMAb-IDUA 显示出良好的安全性、适当的血糖控制以及有限的抗药抗体产生。最近有关 HIRMAb-IDUA 的临床研究报道非常引人关注。在 MSPI 儿童和成人患者中静脉输注 HIRMAb-IDUA 描述了首次将受体介导的转运（RMT）用于向大脑递送药物的临床应用。尽管报告的不良事件包括输液部位反应和短暂性低血糖，但在儿科患者中观察到的积极神经认知和躯体效应在 RMT 的转化方面取得了重大进展。

Single Domain Llama Antibodies

单域抗体（sdAbs）是抗体重链的天然片段，缺少轻链。其中，来自骆驼科动物的单域抗体 FC5 和 FC44 已在动物模型中被研究用于脑内货物的转胞吞作用，其潜力值得进一步开发（见表 1）。FC5 和 FC44 能识别脑内皮细胞腔侧表达的α(2，3)-唾液酸糖蛋白，并且相较于其他抗体具有体积小、特异性强、稳定性高以及免疫原性低等优势。

结论

近期利用受体介导的转运（RMT）所取得的进展为克服血脑屏障（BBB）的屏障特性以及开发更高效的脑部药物递送提供了替代方案。基于转铁蛋白受体（TfR）、胰岛素受体（IR）和低密度脂蛋白受体（LDLR）以及其他 RMT 系统的未来开发将在这一不断发展的领域中提供新的机遇。然而，尽管在动物研究中已显示出明显的治疗进展，但开发高效且特异性的基于 RMT 的药物递送仍面临诸多挑战。尽管介导脑内皮细胞高效转胞吞作用的机制尚未完全明了，但有关特异性靶向脑内皮细胞的细节正在被揭示。同样，有限的脑特异性药物摄取与全身性药物摄取之间的差异可能解释了某些潜在疗法在非人灵长类脑部疾病模型中缺乏成功的原因。

除了增进对调节细胞内运输的因素的认识之外，生成带有 RMT 靶向抗体的融合蛋白以及对纳米载体进行功能化处理之外，还需要对血脑屏障运输、药代动力学以及蛋白质工程有更深入的理解，以增强 RMT 的临床适用性。