張峻季欣然唐佩福*

脊髓繼發(fā)性損傷的納米微粒藥物治療研究進(jìn)展*

張峻1,2季欣然1唐佩福1*

由于脊髓原始損傷后發(fā)生的生物學(xué)級(jí)聯(lián)反應(yīng)繼續(xù)損傷健康的神經(jīng)細(xì)胞會(huì)導(dǎo)致繼發(fā)性脊髓損傷，因此及時(shí)減輕級(jí)聯(lián)反應(yīng)可能會(huì)減小脊髓進(jìn)一步損傷。但是，藥物達(dá)到有效治療的運(yùn)輸效率非常受限制。運(yùn)用結(jié)合納米微粒提高運(yùn)輸效率，降低副作用已經(jīng)成為醫(yī)療應(yīng)用的主要探索領(lǐng)域?；诩{米微粒的材料屬性，它可以通過運(yùn)輸藥物到特定的組織治療脊髓損傷。將納米技術(shù)融入神經(jīng)損傷和神經(jīng)疾病的治療將會(huì)帶給脊髓損傷的治療帶來新的視野。

脊髓損傷；藥物治療；納米材料

神經(jīng)損傷可以是生物學(xué)損害引起，如多發(fā)性硬化癥；或者是機(jī)械性損害引起，如車禍傷，墜落傷，運(yùn)動(dòng)傷，壓迫導(dǎo)致的脊髓損傷[1]。由于感覺，運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知功能的不同程度的喪失，往往會(huì)降低病人的生活質(zhì)量[2]。交通傷大多會(huì)導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)的嚴(yán)重?fù)p傷，除了可能的致死率外，通常導(dǎo)致不同程度的肢體癱瘓，皮膚感覺減退或過敏感。由于神經(jīng)損傷引起的疼痛，不僅會(huì)徹底地改變病人的生活質(zhì)量，而且造成巨大的社會(huì)負(fù)擔(dān)，如造成健康費(fèi)用支出的增加和社會(huì)勞動(dòng)力的喪失[3]。近年來，各種治療脊髓損傷的方法層出不窮，但治療效果也不盡相同[4-7]。物理治療不是治療脊髓損傷中嚴(yán)重組織損傷的唯一有效方法[8,9]。機(jī)械創(chuàng)傷引起的化學(xué)級(jí)聯(lián)反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致遲發(fā)的繼發(fā)性脊髓損傷，進(jìn)一步加重了原始損傷的范圍和程度?；诶^發(fā)性損傷的病理過程的延時(shí)性，可以找到一個(gè)進(jìn)行干預(yù)的時(shí)間窗口[9]。所以抑制脊髓繼發(fā)性損傷的進(jìn)程已經(jīng)成為阻止脊髓變性，促進(jìn)脊髓功能恢復(fù)的一種重要治療策略。因此，明確脊髓的繼發(fā)性損傷的病理過程并尋找關(guān)鍵的藥物治療靶點(diǎn)是研究的重點(diǎn)方向。

1 免疫抑制劑

盡管甲基強(qiáng)的松龍(Methylprednisolone,MP)是作為治療脊髓損傷的最常用藥物，但已經(jīng)備受詬病[10]。Hugenholtz等[10]根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)臨床數(shù)據(jù)得出MP治療花費(fèi)高，未能普遍使用的結(jié)論。Bracken等[11]建議MP在脊髓損傷后8小時(shí)內(nèi)給藥才有效，對(duì)于有效治療時(shí)間窗較窄。但無論如何MP通過抑制免疫系統(tǒng)可達(dá)到減輕損傷部位周圍炎癥反應(yīng)的目的。雖然它可能會(huì)減少氧化應(yīng)激反應(yīng)和免疫細(xì)胞釋放免疫因子，但它對(duì)瀕臨死亡細(xì)胞的病理進(jìn)程仍然無法逆轉(zhuǎn)。MP是唯一應(yīng)用于臨床治療的藥物，但作用機(jī)制和備受質(zhì)疑的治療效果需要重新評(píng)估，或者考慮選擇更好的治療方案。再者，選擇一種更好的全新治療方案或許有助于減輕藥物引起的不良副反應(yīng)。同時(shí)，抑制繼發(fā)性脊髓損傷的治療主要體現(xiàn)在能夠及時(shí)預(yù)防體內(nèi)各種來源的應(yīng)激打擊。因此，在尋找治療脊髓損傷更為有效的全新治療方面需要做更多的研究工作。

由于MP已經(jīng)用于治療脊髓損傷，各種研究試圖提高局部藥物聚集濃度同時(shí)達(dá)到提高治療效能和降低副作用的目的[12]。在多發(fā)性硬化癥和眼部炎癥的模型中，研究者使用脂質(zhì)共軛聚乙二醇，結(jié)合谷胱甘肽和磷脂酰膽堿構(gòu)建脂質(zhì)體納米微粒，裝入MP形成藥物前體膠囊[6,13]。這種方法利用納米微粒的運(yùn)送能力和藥物自身特性達(dá)到減輕炎癥的目的。谷胱甘肽作為一種靶向抗氧化劑，當(dāng)靜脈注射時(shí)，谷胱甘肽形成共軛脂質(zhì)體后進(jìn)入血腦屏障的效能會(huì)得以提升[13]。

2 抗氧化劑

補(bǔ)充谷胱甘肽是提高體內(nèi)抗氧化劑含量的一種簡(jiǎn)便易行的方法。谷胱甘肽由半胱氨酸，甘氨酸，谷氨酸組成，它的抗氧化作用源于半胱氨酸親核巰基[14]。它通過自身被氧化防止細(xì)胞主要結(jié)構(gòu)被氧化而實(shí)現(xiàn)抗氧化的作用，但口服谷胱甘肽吸收效率不高。關(guān)于體內(nèi)谷胱甘肽水平的研究證實(shí)通過體內(nèi)谷胱甘肽的合成和半胱氨酸的攝取，形成一個(gè)平衡的氨基酸組分的狀態(tài)[15]。因此，為了提高體內(nèi)谷胱甘肽的水平，可以通過增加氨基酸的吸收將平衡向合成谷胱甘肽的方向轉(zhuǎn)移[16]。由于其有限的生物利用度，直接有效地運(yùn)送谷胱甘肽到達(dá)損傷部位有助于增加細(xì)胞的抗氧化能力進(jìn)而避免脊髓繼發(fā)性損傷的發(fā)生。因?yàn)楣入赘孰陌l(fā)揮作用是細(xì)胞的原始防御反應(yīng)，所以這種防御反應(yīng)的效率更高而副作用較小[17]。正常人體細(xì)胞本身存在一個(gè)加工，使用和清除還原型谷胱甘肽的系統(tǒng)。臨床中口服谷胱甘肽作為一個(gè)補(bǔ)充治療[18]。

許多抗氧化劑在體外實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出令人滿意的結(jié)果，但在體內(nèi)由于較短的半衰期，有限的治療作用和自身代謝使其治療效力受到了限制[19]。納米技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)就是提高療效有限的藥物的運(yùn)輸效力。通過納米技術(shù)將一種有限治療效力的藥物重新包裝后成為一種有治療前景的藥物。

3 鈣蛋白酶抑制劑

基于鈣蛋白酶抑制劑在神經(jīng)損傷中的作用，一些研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)將其應(yīng)用到靶向治療神經(jīng)細(xì)胞凋亡和壞死的各種疾病模型中。在靜脈注射和腹腔內(nèi)注射藥物的體內(nèi)研究中，Yu和Geddes發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)兩種給藥方式結(jié)合起來時(shí)，神經(jīng)損傷的病理學(xué)表現(xiàn)才會(huì)顯著改變[20]，否則，初始受損病灶將會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大并且會(huì)出現(xiàn)與對(duì)照組相似的組織死亡率。研究者認(rèn)為如果抑制劑有更好的運(yùn)輸效率和生物利用性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異性會(huì)更加顯著，但缺乏組織體外實(shí)驗(yàn)。在體外實(shí)驗(yàn)中，目標(biāo)實(shí)驗(yàn)的細(xì)胞常常直接被用來實(shí)驗(yàn)而忽略了在體內(nèi)受到治療性分子運(yùn)輸效率的眾多其它因素影響[20]。雖然實(shí)驗(yàn)組在體內(nèi)取得了陽性治療結(jié)果，受損病灶的擴(kuò)大可能是因?yàn)槠渌^發(fā)性損傷因子所致，而且并沒有通過鈣蛋白酶抑制劑得到解決。RaySK曾嘗試將MP和鈣蛋白酶抑制劑治療結(jié)合起來，但最終結(jié)論表明這種方法對(duì)固有的氧化應(yīng)激反應(yīng)引起的繼發(fā)性損傷級(jí)聯(lián)反應(yīng)無有效作用[21]。鈣蛋白酶抑制劑通過抑制細(xì)胞壞死性死亡可以延緩損傷向未損傷組織蔓延。和大多數(shù)治療一樣，對(duì)于小分子的特異性治療很難取得療效，仿生治療一般需要通過降解得到保護(hù)。

4 丙烯醛清除劑

肼屈嗪已經(jīng)被證實(shí)可作為丙烯醛和其它氧化產(chǎn)物的“清道夫”[22]。一旦丙烯醛與蛋白質(zhì)相互作用，肼屈嗪就會(huì)對(duì)丙烯醛進(jìn)行攻擊，丙烯醛的羰基基團(tuán)不會(huì)受到親核進(jìn)攻[23]。這種相互作用會(huì)形成希夫基亞胺復(fù)合體，它作為氨基酸合成的原料。當(dāng)肼屈嗪與自由的丙烯醛作用時(shí)，丙烯醛數(shù)量會(huì)下降進(jìn)而出現(xiàn)脂質(zhì)過氧化。最終這一過程會(huì)終止并使細(xì)胞更加有效地恢復(fù)。

目前肼屈嗪用于治療高血壓。它通過激活平滑肌里的G蛋白偶聯(lián)受體，鳥苷酸環(huán)化酶，進(jìn)而產(chǎn)生下游信號(hào)松弛平滑肌[24]?；谶@一機(jī)制，利用肼屈嗪清除丙烯醛會(huì)顯著降低患者的血壓。但肼屈嗪在體內(nèi)半衰期很短，遺傳因素會(huì)影響藥物代謝及其副作用[24]。一些代謝肼屈嗪速度較快的病人會(huì)出現(xiàn)狼瘡樣癥狀[25]。因此，一種能夠?qū)㈦虑簼舛燃性诓∽兙植恐委熂顾钃p傷的治療方法有待于研究，這不僅會(huì)避免血壓的降低，也會(huì)避免其它組織受到損害。

軸突再生是脊髓損傷后重要的生理過程，但氧化應(yīng)激和蛋白水解作用直接導(dǎo)致細(xì)胞凋亡和壞死。因此，在受損組織能夠自身修復(fù)之前控制和預(yù)防細(xì)胞死亡顯得極其重要。另外，炎癥中最主要的問題是細(xì)胞因子誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激。最佳治療是控制局部炎癥和氧化應(yīng)激，而不是抑制病人的全身免疫系統(tǒng)。

盡管抗氧化劑可以幫助減輕體內(nèi)氧化應(yīng)激反應(yīng)，一些研究者也進(jìn)行了清除體內(nèi)丙烯醛的研究。Cho等[26]運(yùn)用人工合成納米顆粒運(yùn)輸肼屈嗪至受到丙烯醛作用的健康細(xì)胞。他們運(yùn)用二氧化硅納米顆粒作為模板，另外植入硅氧層和聚乙二醇涂層最終形成直徑為126 nm的微球顆粒。體外研究連續(xù)追蹤5天可觀察到它可以將肼屈嗪運(yùn)輸至小鼠神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)，藥物可在進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)前幾個(gè)小時(shí)大量釋放?；跍y(cè)量細(xì)胞活力和治療效果觀察做大量細(xì)胞試驗(yàn)后，他們最后認(rèn)為納米微粒可以挽救神經(jīng)細(xì)胞受到進(jìn)一步毒性損傷。另一項(xiàng)研究中，他們體外建立脊髓損傷模型后運(yùn)用相似的納米微粒進(jìn)行治療，雖然微粒并沒有包含肼屈嗪，但觀察到神經(jīng)細(xì)胞動(dòng)作電位可恢復(fù)到脊髓受傷之前的水平，進(jìn)而可以推測(cè)出是納米微粒外面的聚乙二醇涂層起到了作用。

之后，Cho等嘗試使用殼聚糖納米微粒研究丙烯醛的清除。肼屈嗪封裝在人工合成的直徑約350nm的納米微粒里。研究者發(fā)現(xiàn)殼聚糖納米微粒封裝效率較低，但仍然可以降低健康細(xì)胞暴露于丙烯醛的死亡率[27]。Tysseling-Mattiace等[28]自身合成多肽促進(jìn)脊髓損傷后軸突再生，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)在小鼠脊髓損傷部位周圍細(xì)胞凋亡下降，小鼠的運(yùn)動(dòng)功能得到恢復(fù)。

5 展望

憑借納米材料發(fā)明一種合適的脊髓損傷治療策略，首先就是將藥物有效運(yùn)輸?shù)缴窠?jīng)損傷部位。使用納米材料使藥物完整地通過血-腦、血-脊髓屏障將會(huì)是一種比較理想的方法。其次，一般情況下，對(duì)于治療效力有限的藥物來說可以增加藥物治療作用的生物利用度。了解脊髓損傷的病理過程有助于將壓力感受器開關(guān)整合到納米粒子中進(jìn)而保證將負(fù)載的藥物輸送到靶細(xì)胞[12,29]。

由于脊髓原始損傷后發(fā)生的生物學(xué)級(jí)聯(lián)反應(yīng)繼續(xù)損傷健康的神經(jīng)細(xì)胞會(huì)導(dǎo)致繼發(fā)性脊髓損傷。所以，即使病人脊髓在受到原始損傷的情況下，及時(shí)減輕級(jí)聯(lián)反應(yīng)可能會(huì)減小脊髓健康細(xì)胞進(jìn)一步損傷，也可以爭(zhēng)取使機(jī)體盡快得到恢復(fù)的機(jī)會(huì)。但是，藥物達(dá)到有效治療的運(yùn)輸效率非常受限制。由于治療藥物低效的運(yùn)輸，結(jié)合納米微粒提高運(yùn)輸效率，降低副作用已經(jīng)成為醫(yī)療應(yīng)用的主要探索領(lǐng)域[29]?；诩{米微粒的材料屬性，它可以通過運(yùn)輸藥物到特定的組織幫助治療疾病[30,31]。將納米醫(yī)學(xué)融入神經(jīng)損傷和神經(jīng)疾病的治療將會(huì)帶給納米醫(yī)學(xué)新的視野[29,32]。

許多關(guān)于脊髓繼發(fā)性損傷病理過程的問題已經(jīng)被認(rèn)識(shí)，但是并沒有制定出最佳的治療策略。利用納米顆粒治療脊髓繼發(fā)損傷證明應(yīng)用納米醫(yī)學(xué)治療的廣闊前景，但是藥物的運(yùn)輸系統(tǒng)和治療方法需要改進(jìn)。就MP而言，即使MP藥物本身有副作用和治療的局限性，它也是臨床上唯一專門用來治療脊髓損傷的藥物。慶幸的是利用納米醫(yī)學(xué)緩解治療的副作用有明顯的優(yōu)勢(shì)。目前，實(shí)施未經(jīng)批準(zhǔn)的憑借納米醫(yī)學(xué)來治療的研究方法有一定困難，但是臨床轉(zhuǎn)化還是比較有前景。

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Advances in the Nano particle medicine treatment of secondary spinal cord injury

ZhangJun1,2,JiXinran1,TangPeifu1.1Departmentof Orthopaedics,ChinesePLAGeneral Hospital,Beijing 100853; 2 Department of Orthopaedics,the Affiliated Hospital of Innermongolia Medical University,Huhot Innermongolia, 010010,China

The biological cascade occurs after primary spinal cord injury which damaging original healthy nerve cells leads to secondary spinal cord injury,timely relieving cascade may reduce further damage to the spinal cord.However, the efficiency of drug transport to achieve effective treatment is very limited.Using the combination of nanoparticles to improve transport efficiency and reduce the side effects has become the main research field of medical application.Based on the material properties of nanoparticles,it can be transported to a specific tissue for treatment of spinal cord injury. Integrating nanotechnology into nerve injury and nerve disease treatment will bring the treatment of spinal cord injury a new vision.

Spinal cord injury;Drug therapy;Nano materials

R681.5

A

10.3969/j.issn.1672-5972.2017.04.016

swgk2016-05-00097

張峻（1985-）男，在讀博士。研究方向：脊柱外科，創(chuàng)傷骨科。

北京市科委重大項(xiàng)目（課題編號(hào)：D161100002816005）；

1解放軍總醫(yī)院骨科，北京100853；2內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院骨科，內(nèi)蒙古呼和浩特010010