劉靜，解輝

（1.沈陽醫(yī)學院基礎醫(yī)學院2015級臨床醫(yī)學專業(yè)7班，遼寧 沈陽 110034；2.沈陽醫(yī)學院基礎醫(yī)學院組織胚胎學教研室）

近年來，神經(jīng)系統(tǒng)疾病已經(jīng)嚴重地危害人類健康。大腦本質上是一個獨立的生態(tài)系統(tǒng)，它擁有專門的抗感染防御體系和獨特的廢物清除程序。其中血腦屏障（blood-brain barrier，BBB）是毛細血管壁與神經(jīng)膠質細胞形成的血漿與腦細胞之間的屏障和由脈絡叢形成的血漿和腦脊液之間的屏障，這些屏障能夠阻止某些物質（多半是有害的）由血液進入腦組織，并且維持著大腦的能量供給和微環(huán)境的穩(wěn)定。大部分藥物很難通過BBB，近年來，大量研究表明，通過物理、化學和生物等方法可以開放BBB，從而促進藥物進入大腦組織。因此研究BBB的開放方法可以為臨床診療提供重要的依據(jù)。

1 藥物通過BBB的途徑

BBB主要由血管內皮細胞、基膜和星形膠質細胞組成，它可以維持腦內微環(huán)境的穩(wěn)定，但同時也限制了藥物進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)。藥物通過血腦屏障一般有兩條途徑：細胞旁途徑和跨細胞途徑。

1.1 細胞旁途徑 研究表明緊密連接（tight junction，TJ）是體內BBB的重要組成部分，并且在調節(jié)細胞旁通透性方面起重要作用［1］。緊密連接蛋白主要包括 Claudins、Occludin和ZO蛋白（ZO-1、ZO-2 和 ZO-3）等［2］。他們的變化直接影響TJ的狀態(tài)，進而影響B(tài)BB的細胞旁通透性。

1.2 跨細胞途徑 質膜微囊蛋白（Caveolae）依賴的跨細胞途徑在藥物通過BBB的過程中起著重要的作用。Caveolae是細胞質膜表面特異性的內陷囊狀結構，其功能是介導細胞內小分子物質和胞吞大分子物質通過跨細胞途徑轉運。Caveolins是膜整合蛋白，是Caveolin的基本成分，參與多種細胞功能的完成［3］。在腦內，Caveolin-1、2主要表達在內皮細胞，Caveolin-1是標志性蛋白，在維持Caveolae的形態(tài)、結構和功能中起重要作用，而Caveolin-2具有協(xié)同Caveolin-1完成胞吞轉運的功能［3］。

2 BBB開放的方法

開放BBB的方法多種多樣，本文主要從物理、生物、化學這三個方面具體闡述。

2.1 物理方法

2.1.1 聚焦超聲和微泡為導向 通過超聲介導的BBB開放，可能對腦功能障礙的治療有很大的影響［4］。BBB調節(jié)分子從脈管系統(tǒng)到腦實質的通路，防止大多數(shù)靜脈注射的治療藥物到達腦組織，進而維持大腦的微環(huán)境［5］。超聲可以通過繞過BBB的方法瞬時打開BBB［6］。當超聲與靜脈診斷超聲造影劑、微泡相互作用時，會使它們在脈管系統(tǒng)中振蕩。微泡刺激大腦中的血管，導致BBB 短 暫 的 開 放 ，小 分 子 化 療 藥 物［7-9］、抗體［10-11］、基因傳遞載體［12-14］和干細胞［15］等均可以被傳遞。有研究發(fā)現(xiàn)用超聲來重復打開BBB，可以改善轉基因小鼠模型的記憶［16-17］。聚焦超聲短暫開放BBB的機制可能與空化效應、微環(huán)境的紊流剪切作用及聲輻射力等有關［18-19］。為了解除空間分辨率不足的限制，有實驗采用一種新型技術--“動力空化成像”，在聚焦超聲的動力空化引導下的BBB開放可以構成一個獨立的系統(tǒng)，在此過程中可能并不需要MRI引導［20］。

2.1.2 納米技術 研究表明，納米生物技術在不破壞BBB的情況下可控制靶向藥物的傳遞［21］。目前，幾種納米顆粒已被用于開放BBB。其中，聚合物納米粒子（NPs）是最有效的，使用NPs可以在不破壞BBB的情況下將藥物運送至腦組織［22］。另一種為金納米粒子（Au-NPs），這種治療方法導致蘇氨酸磷酸化的occludin和ZO-1的水平降低，導致內皮細胞TJ的不穩(wěn)定性和蛋白酶體介導的TJ組成成分的降解，從而增加BBB的通透性［23］。

還有研究發(fā)現(xiàn)，使用一種納米激動劑，可通過信號傳導一種在腦毛細血管內皮細胞上表達的G蛋白偶聯(lián)受體腺苷2A受體來暫時打開TJ；磁共振成像顯示，納米激動劑給藥后，BBB通透性顯著增強，藥物攝取顯著增加，這種納米激動劑介導的方法可暫時打開TJ，并不破壞其他組織，最大限度地減少了藥物的副作用［24］。由此可見，基于納米技術通過BBB的方法對于腦疾病的治療很有前景。

2.1.3 新型聲學集群療法（ACT） ACT是一種有前景的開放BBB的方法，最近已被用于治療小鼠前列腺腺癌的皮下腫瘤［25］。ACT可將微泡與液體油微滴通過靜電作用結合，在超聲場中激活時，微滴相轉移形成一個更大的氣泡，短暫地滯留在微血管中；進一步的聲波作用誘導激活氣泡的體積振蕩，誘發(fā)生物力學效應，增加BBB的通透性；ACT可使用比常規(guī)微泡低5～10倍的聲功率開放BBB，將小分子和大分子成功地輸送入大腦［25］。目前的研究表明，ACT開放 BBB的方式更安全，且明顯比常規(guī)微泡結合超聲的方法在BBB的開放中更有效。

2.1.4 沖擊波 Kung等［26］研究表明，使用臨床體外沖擊波儀器結合激光輔助雙軸定位平臺打開BBB，可實現(xiàn)大鼠腦內無創(chuàng)、可控的病灶和可逆的BBB開放。在強度為 5［P-9.79 MPa，能量通量密度（EFD）0.21 mJ∕mm2］和脈沖重復頻率為5 Hz的沖擊波治療下，在沒有使用超聲造影劑的情況下BBB可以在50次沖擊后打開，從而可以精確地控制BBB開口的深度、尺寸和位置［26］。沖擊波誘導的BBB開放對于中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療將具有明顯的治療效果，BBB通透性的增加將使抗生素、化療藥物、生物制劑和其他大分子量的藥物等許多藥物通過BBB，為臨床藥物進入BBB提供更多方式，并提高中樞神經(jīng)系統(tǒng)的生物利用率，達到最佳的藥物治療濃度［26］。

2.2 生物方法

2.2.1 谷氨酸介導 Vazana 等［27］研究發(fā)現(xiàn)，通過活體顯微鏡可發(fā)現(xiàn)復發(fā)性癲癇和過量谷氨酸的釋放通過激活NMDA受體導致老鼠大腦皮層的血管通透性增加，神經(jīng)元激活時使用高強度磁刺激可增加BBB通透性并促進藥物的輸送；通過對比增強的磁共振成像技術，對BBB的通透性進行定量評估并證明了刺激的安全性，這種新的機制可以增強藥物的傳遞，促進神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療。

2.2.2 組胺 Wang 等［28］建立體外血腫瘤屏障（BTB）模型，發(fā)現(xiàn)組胺可通過下調TJ相關蛋白ZO-1、Occludin和Claudin-5的表達水平而提高BTB的通透性，H2受體表達水平與組胺誘發(fā)的BTB通透性有關。然而組胺這一功能的潛在分子機制仍不清楚。基于以上發(fā)現(xiàn)，組胺在今后腦腫瘤疾病的治療中應進一步研究。

2.2.3 內皮單核細胞激活多肽酶-Ⅱ（EMAP-Ⅱ） 許鑫等［29］研究表明，EMAP-Ⅱ能夠通過上調LINC00263，降低緊密連接相關蛋白的表達，增加BTB的通透性。還有研究顯示，小劑量EMAP-Ⅱ通過 RhoA∕Rho激酶∕PKC-α∕β信號傳導途徑激活誘導BTB開放［30］。

2.2.4 生物制劑 有研究顯示，分子特洛伊木馬是一種多肽或多肽單克隆抗體，可結合BBB內源性受體介導的轉運體，通過內源性BBB受體的轉運通過BBB［31］。生物藥物在基因水平上與特洛伊木馬分子融合，產(chǎn)生融合蛋白，這種雙重功能的分子特洛伊木馬融合蛋白與BBB受體結合，轉運進入腦組織［32］。通過這種生物制劑進入腦組織的藥物可以治療多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

2.2.5 Gintonin Gintonin 是一種人參衍生的 G蛋白偶聯(lián)溶血磷脂酸（LPA）受體的配體，它可以通過細胞旁途徑將不同分子量的分子輸送至大腦，在治療腦部疾病時，可通過Gintonin來增強藥物的療效［33］。

2.2.6 緩激肽和罌粟堿 研究表明，緩激肽可以與細胞表面特定受體結合，導致膜上鈣通道開放，進而使cGMP水平升高，影響細胞旁途徑中TJ的開放，最終促使 BBB開放［34］。罌粟堿開放BBB的作用機制可能與抑制血管平滑肌上磷酸二酯酶活性使細胞內 cGMP水平升高有關［35］。

2.2.7 血糖 Anraku等［36］設計了一種自組裝的超分子納米載體，其表面具有適當配置的葡萄糖，利用禁食后血糖快速升高，通過人葡萄糖轉運體1（GLUT1）顯著增強納米載體通過BBB，并在大腦內積聚，納米載體表面上精確控制的葡萄糖密度能夠調節(jié)其在腦內的分布。配體（葡萄糖）結合的納米載體通過外部觸發(fā)（葡萄糖）誘導GLUT1在細胞內循環(huán)，從而促進其進入大腦。因此可以利用納米葡萄糖基來通過BBB，從而增加藥物療效。

2.2.8 冰片 中藥薄荷、冰片具有芳香開竅作用，可以提高BBB的通透性。冰片是一種小分子脂溶性，實驗中給小鼠灌胃天然冰片5 min后即在腦內測得冰片，60 min后濃度達到峰值，表明冰片極易透過BBB，其腦內濃度與血清濃度有較高的比值［37］。另有研究表明，冰片開放BBB的作用可能與ICAM-1表達增加有關［38］。冰片開放BBB的能力可用于腫瘤的治療、腦損傷的修復、腦感染的治療和神經(jīng)系統(tǒng)的慢性疾病等。

2.3 化學方法

2.3.1 氧化石墨烯 有研究顯示，還原石墨烯氧化物（rGO）主要位于大鼠的丘腦和海馬區(qū)，rGO的進入與BBB細胞旁通透性有關，實驗研究了基體輔助激光解吸∕電離（MALDI）和質譜成像（MSI）這種新的成像方法用于檢測納米材料在整個大腦中的時間分布的有效性。應用MALDIMSI方法，rGO能夠隨著時間推移在大腦中被檢測和監(jiān)測，并且可以成為治療由于BBB不通透性而通常對常規(guī)治療無反應的各種大腦疾病的有用工具［39］。

2.3.2 PQQ的酯化 神經(jīng)退行性疾病對神經(jīng)元的選擇性損傷主要是由淀粉樣蛋白的積累引起的，研究表明，吡咯喹啉醌（PQQ）的酯化化合物PQQ-三甲酯（PQQ-TME）比PQQ有更高的BBB滲透率，且PQQ-TME對α-突觸核蛋白Aβ1-42和朊病毒蛋白的原纖化具有較強的抑制活性，表明PQQ的酯化可能是開發(fā)一種新型的基于PQQ的淀粉樣蛋白抑制劑的有效途徑，從而使其成為未來神經(jīng)退行性疾病治療的新選擇［40］。

3 BBB開放與疾病

BBB的開放與多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療有關。通過各種方法開放BBB對治療這些疾病具有重大意義。

3.1 磁共振成像引導聚焦超聲開啟BBB與阿爾茨海默病 磁共振引導聚焦超聲與靜脈注射微泡相結合可短暫的打開BBB，并能減少阿爾茨海默病動物模型中的β淀粉樣蛋白和tau蛋白病理，試驗用聚焦超聲波來打開早期至中期阿爾茨海默病患者的BBB，沒有臨床或影像學的不良反應，證實了此方法打開BBB是安全、可逆，并且可反復打開，具有高度的特異性和準確性，提示了靶向更大體積的可能性［41］。這對治療阿爾茨海默病提供了更大的發(fā)展空間。

3.2 聚焦超聲誘導BBB開放與抗抑郁 在很多情況下，抑郁癥的治療與海馬神經(jīng)發(fā)生的聯(lián)系密不可分。誘導這種神經(jīng)發(fā)生的一種新技術是使用聚焦超聲波結合循環(huán)的微泡來打開BBB。使用嚙齒類動物模型，對大鼠進行每周1、2或3次的磁共振引導聚焦超聲波治療，以打開海馬區(qū)的BBB，結果發(fā)現(xiàn)，與未治療的對照相比，僅接受每周2次治療的大鼠顯示出抗抑郁樣作用，表明聚焦超聲有誘導短期抗抑郁的效果［42］。這種方法可能發(fā)展成為一種治療情緒障礙的新療法。

3.3 聚焦超聲誘發(fā)BBB開啟的基因療法與帕金森病 微泡（MBs）誘導聚焦超聲可以非侵入性開放BBB，允許治療物質靶向進入大腦組織。神經(jīng)膠質細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（GDNF）是治療帕金森病的有效藥物，具有神經(jīng)保護和神經(jīng)營養(yǎng)作用 ，Lin 等［43］將 攜 帶 GDNF 基 因 的 脂 質 體（LpDNA）與 MBs結合（LpDNA-MBs），以提高GDNF的輸送效率；LpDNA-MBs復合體和靶向性聚焦超聲同時施用誘導的BBB開放，可使LpDNA進入到中樞神經(jīng)系統(tǒng)多巴胺能神經(jīng)元，成功表達GDNF以恢復多巴胺的正常分泌，可改善神經(jīng)元退化，發(fā)揮神經(jīng)保護作用，并恢復帕金森模型小鼠的運動行為。這些結果表明，CNS基因遞送系統(tǒng)可作為潛在的治療方法，對治療神經(jīng)退行性疾病，如帕金森病、阿爾茨海默病和亨廷頓病等具有重要意義。

3.4 納米激動劑介導的BBB通透性增加與腦缺血 缺血性卒中是世界范圍內成人殘疾和認知障礙的主要原因。一種納米激動劑（NA）可通過在腦缺血中增加BBB的通透性來增強神經(jīng)保護劑的攝取。該NA首先靶向缺血性腦血管，通過激活腺苷2A受體暫時打開局部的BBB，并上調腦缺血時對神經(jīng)保護劑的攝??；NA顯著增加了自由基清除劑超氧化物歧化酶（SOD）向小鼠腦缺血的傳遞；與單獨使用SOD處理的小鼠相比，NA∕SOD聯(lián)合應用使腦缺血體積減少了5倍，提高了治療反應［44］。由于低效率的腦藥物傳遞是治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的一個普遍問題，這種NA提供了一種新的策略，即以高效率和靶向特異性來通過BBB傳遞藥物提供治療，從而挽救大腦組織［44］。

綜上所述，BBB作為腦組織內的一種重要結構，不僅可以維持腦內的微環(huán)境穩(wěn)定，同時，BBB的開放對于很多神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療具有重要作用，以上研究表明，BBB的開放主要是通過TJ打開的細胞旁途徑的和質膜微囊結構蛋白介導的跨細胞途徑實現(xiàn)的，其相關的結構蛋白改變是檢測BBB開放的重要依據(jù)。隨著各種生物技術的發(fā)展，研究者們發(fā)現(xiàn)了越來越多的開放方法，并深入研究了其分子機制，以期形成完善的治療方案，早日解決神經(jīng)系統(tǒng)疾病的問題。