趙芳石 綜述，張雪君，潘金彬 審校

（1．天津醫(yī)科大學總醫(yī)院醫(yī)學影像科，天津 300052；2．天津醫(yī)科大學醫(yī)學技術學院，天津 300270）

缺血性卒中是全世界成年人死亡和殘疾的主要原因之一[1]。缺血性卒中定義為由動脈狹窄或閉塞引起，大腦部分血液供應突然中斷導致中樞神經(jīng)系統(tǒng)局灶性損傷，從而引發(fā)的神經(jīng)功能損害[2]。目前對缺血性卒中的急性期治療包括靜脈內(nèi)溶栓和血管內(nèi)血栓切除術。近年來，基于新的藥物、細胞療法和生物材料的發(fā)展提出了一些先進的診斷和治療應用方案，其中納米顆粒用于診斷和治療應用受到廣泛關注[3]。納米顆粒主要作用是增加治療劑在血液中的循環(huán)時間和增強血腦屏障通透性以有效到達缺血部位。目前一些綜述聚焦在納米顆粒應用于缺血性卒中的治療中，例如討論目前納米顆粒用于診斷、改善缺血性卒中的具體方案[4]以及探討不同納米顆粒在缺血性卒中治療中的增強溶栓、限制出血風險、減少神經(jīng)元死亡等的不同作用[5]。但針對缺血性卒中不同階段的納米顆粒綜述還尚未報道?，F(xiàn)根據(jù)不同的缺血性卒中階段描述納米顆粒在缺血性卒中的應用。旨在概括基于治療不同階段缺血性卒中的病理生理分子機制采用的納米顆粒方法，為推動有效臨床轉(zhuǎn)化提供目標選擇。

1 缺血性卒中的生理病理機制和治療限制

卒中可分為兩種不同的類型：缺血性和出血性。缺血性卒中主要由動脈閉塞引起，大腦部分血液供應突然中斷導致功能喪失，而出血性卒中主要歸因于血管破裂或異常的血管結構[6]。急性缺血性卒中約占所有卒中病例的80%。

血－腦屏障破壞是缺血性卒中的主要病理生理學特征之一，了解血－腦屏障破壞和動態(tài)修復對于預防急性缺血性卒中的出血性轉(zhuǎn)化等不良后果尤為重要。血－腦屏障是脈管系統(tǒng)和神經(jīng)組織之間的屏障，維持其穩(wěn)態(tài)，同時防止不需要的化合物進入大腦[7]。在急性缺血性卒中之后，血－腦屏障在不同的血流動力學階段作用不同，血－腦屏障通透性的增加一方面可能是不利的，可以導致出血性轉(zhuǎn)化，而另一方面可以促進新生血管的形成，有利于遞送治療劑。

缺血性卒中根據(jù)血流動力學分位4 個階段，即超急性期（＜6 h）、急性期（6～72 h）、亞急性期（＞72 h）和慢性期（＞4 周），在不同階段有不同的病理表現(xiàn)[8]。超急性期的特征是由于突然缺血導致第1 次血－腦屏障破壞和細胞死亡[9]。在接下來的6～72 h 內(nèi)，即急性期，由第1 次細胞毒性事件引發(fā)的神經(jīng)炎癥過程將進一步破壞血－腦屏障，導致免疫因子滲入大腦。缺血性卒中發(fā)作后約1 周，即進入亞急性期，這一階段的標志是血管生成等恢復過程的開始[10]，此時血－腦屏障的滲透性對臨床恢復是有益的[11]。在腦缺血性損傷的慢性期，神經(jīng)再生和血管再生通常伴隨血－腦屏障恢復[6，10]。

缺血性卒中超急性期和急性期治療的關鍵仍然是靜脈或動脈的再通，因此被廣泛應用的是溶栓藥物，主要是通過組織纖溶酶原激活劑進行的靜脈溶栓，其可降低缺血性卒中致殘率。然而靜脈溶栓時間窗短限制了其對大多數(shù)缺血性卒中患者的有效使用。亞急性期缺血性卒中護理的治療僅限于通過控制血壓、體液量、血糖和氧氣等來保護神經(jīng)，以避免繼發(fā)性損傷。除此之外，在急性期及亞急性期缺血性卒中治療中，還有抗血小板治療藥物(口服阿司匹林或氯吡格雷等）、降脂固斑藥物(他汀類等）、改善循環(huán)藥物(疏血通注射液/燈盞花注射液等）、神經(jīng)保護藥物(小牛血清蛋白注射液等）以及清除氧自由基藥物(依達拉奉等）輔助治療方案，雖然這些都有助于改善缺血性卒中預后，降低缺血性卒中的復發(fā)率，但治療缺乏靶向性和敏感性。在慢性期，一般使用抗血小板藥物或口服抗凝劑等只針對缺血性卒中病因進行二級預防[12]。雖然通過運動、針灸等物理療法一定程度上能實現(xiàn)康復，但患者致殘率依舊很高[13]?？傊?，盡管急性缺血性卒中急性期溶栓可以有效地減少梗死面積，并通過再灌注和血管再通來逆轉(zhuǎn)神經(jīng)功能缺損，但仍然缺乏治療性藥物或靶向方案來使腦細胞更耐受缺血或抑制急性發(fā)作后持續(xù)存在的缺血性損傷[8,14]。

2 納米顆粒的組成和性質(zhì)

納米顆粒是一種特殊的材料，約一半以上是尺寸范圍為1～100 nm 的一維材料。從廣義上講，納米顆?？梢苑譃閮纱箢悾夯瘜W合成和生物合成。在生物納米粒子中，常用的是細胞外囊泡。細胞外囊泡是由細胞分泌的生物納米顆粒，其含有調(diào)節(jié)細胞活性的生物分子(miRNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì))[15]。細胞外囊泡擁有獨特的小尺寸和大表面積體積，因此具有更快的藥物釋放速度和更高效的生物利用度[16]。

一般來說，治療性納米粒子可分為3 類[17]：（1）基于脂質(zhì)的納米粒子。（2）聚合物納米粒子。（3）無機和金屬納米粒子?；谥|(zhì)的納米顆粒包括脂質(zhì)體、由磷脂和類固醇組成的球形囊泡、雙層或其他表面活性劑；聚合物納米顆粒包括膠束、樹枝狀聚合物、和聚合物納米凝膠等。無機納米顆粒包括金屬納米粒子、金屬氧化物、量子點和陶瓷納米粒子制成。納米顆粒通常不具有全身的選擇性分布，一旦進入血液，它們就容易聚集和結合蛋白質(zhì)，因此可以迅速從體內(nèi)清除，導致滯留時間減少，因此限制了生物利用度[17]。為了克服這一點，其表面通常涂有聚合物、小分子、肽或蛋白質(zhì)等分子，在增強吸收能力的同時也防止其表面被蛋白質(zhì)吸附。

3 納米顆粒在缺血性卒中不同血流動力學階段的應用

3.1 納米顆粒在缺血性卒中超急性期的應用 超急性期缺血性卒中的病理機制為血栓的形成和血-腦屏障的破壞，因此在此階段的治療機制主要應針對：（1）提高溶栓效率，即將負載不同功能的納米顆粒和溶栓藥物結合，實現(xiàn)溶栓藥物安全、可控、靶向的遞送至血栓部位，完成溶栓。（2）調(diào)節(jié)血-腦屏障通透性，納米顆粒負載易通過血-腦屏障的蛋白，可以有助于藥物更安全可靠的透過血-腦屏障。

超急性期的治療對患者預后非常關鍵，早期通過再通恢復正常血流是組織存活的關鍵步驟[18]。由于靜脈溶栓有時間窗，并且溶栓還可能導致出血性轉(zhuǎn)化，因此研究表明納米顆粒旨在克服當前治療的局限性，即不同納米顆粒通過攜帶不同粒子，能提高再通的安全性，防止免疫系統(tǒng)快速清除，可以快速靶向性將溶栓藥物遞送到血栓中[19]。比如，將負載溶栓藥物（組織纖溶酶原激活劑）的脂質(zhì)體包被靶向活化血小板中表達的糖蛋白，可延長溶栓藥物的半衰期，減少纖維蛋白原的消耗，從而降低出血風險，因此可應用于缺血性卒中超急性期，能提高溶栓藥物的應用效能[20]。另有研究提出聯(lián)合納米顆粒和溶栓藥物，通過外部刺激可在缺血性卒中超急性期實現(xiàn)溶栓藥物的靶向遞送，例如應用外部磁場可以觸發(fā)脂質(zhì)體在血栓中直接釋放組織纖溶酶原激活劑[21]，也可通過氧化鐵立方體產(chǎn)生局部熱療加速溶栓[22]。同時，將溶栓藥物再灌注治療與載有神經(jīng)保護劑或抗氧化劑的納米顆粒相結合，可以減低溶栓藥物的不良反應，例如在常規(guī)治療前靜脈內(nèi)給含有法舒地爾（一種防止血-腦屏障破壞的Rho 激酶抑制劑）的脂質(zhì)體藥物可以改善與組織纖溶酶原激活劑對血-腦屏障的破壞作用[23]。另外在超急性期納米顆粒還可用于調(diào)節(jié)血-腦屏障通透性，已知基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）-9 能夠通過干擾腦內(nèi)皮細胞緊密連接導致血-腦屏障滲漏，將納米顆粒負載MMP-9抑制肽、基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制劑或CD147 拮抗肽，不僅能順利夠穿過血-腦屏障，還可抑制MMP-9 從而用于治療超急性缺血性卒中[24]。

3.2 納米顆粒在缺血性卒中的急性期的應用 急性期的主要特征是血-腦屏障破壞和神經(jīng)炎癥發(fā)生，是由損傷開始時產(chǎn)生的神經(jīng)毒性因子的釋放導致的[8]。因此急性期納米顆粒作用機制主要通過負載靶向炎性因子的顆粒，來緩解神經(jīng)炎性的損傷和修復血-腦屏障的通透性。臨床上絕大多數(shù)患者沒有機會在發(fā)病6 h 內(nèi)及時到院就治，因此進入急性期對于緩解神經(jīng)炎癥和修復的治療方法是必不可少的。

最開始組織損傷后引發(fā)先天免疫反應，導致炎癥，產(chǎn)生損傷；而隨后小膠質(zhì)細胞活化參與調(diào)節(jié)適應性免疫反應產(chǎn)生，即已經(jīng)存在的炎癥介質(zhì)導致炎癥細胞的激活和浸潤，其在缺血性卒中后的保護作用中起著重要作用，為治療提供了機會。因此納米顆粒具有靶向炎癥相關因子和調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞適當活化的作用，可對缺血性卒中等病理反應中產(chǎn)生好的治療的效果[25]，例如在急性期缺血性卒中大鼠中，利用裝載miRNA-126 的細胞外囊泡能夠抑制小膠質(zhì)細胞活化，使炎性因子腫瘤壞死因子(TNF)-α 和白細胞介素（IL）-1β 顯著減少，從而減少急性期的炎性損傷，改善缺血性卒中預后[26]。另外將負載維甲酸的納米顆粒用于治療急性期缺血性卒中，因為該納米顆粒在暴露于缺血性卒中產(chǎn)生的脂多糖等炎癥因子后，能夠參與抑制小膠質(zhì)細胞的炎癥[27]。

3.3 納米顆粒在缺血性卒中亞急性期的應用 亞急性期是缺血性卒中發(fā)作后1 周左右，其病理過程是血管和神經(jīng)元的再生[8]。在此階段中，血管再生可以生理性增加血-腦屏障通透性，有助于缺血性卒中后功能恢復。因此該階段納米顆粒作用機制是通過負載促進血管再生藥物和神經(jīng)保護劑來促進血管和神經(jīng)元再生，尤其是血管再生為主。

缺血性卒中開始時內(nèi)皮祖細胞被動員，產(chǎn)生炎性趨化因子和生長因子，例如缺氧細胞分泌血管內(nèi)皮生長因子和血管生成素[8]。缺血性卒中后期治療主要是進行身體和認知水平的康復，該過程是基于亞急性期神經(jīng)血管的恢復來刺激神經(jīng)元的再生[28]。納米顆?？梢匝娱L藥物活性的時間窗，這一特性也被用于亞急性期的血管保護和再生。在亞急性期，聚合物納米顆粒最常用于輸送血管生成因子[29-31]。例如，研究通過含有聚合納米顆粒的水凝膠在梗死周圍區(qū)域同時遞送基質(zhì)細胞衍生因子和成纖維細胞生長因子，促進了神經(jīng)發(fā)生和血管生成，顯著減少了亞急性期梗死面積[32]。此外，亞急性期使用的雙離子pH 響應共聚物（氨基甲酸酯氨基磺胺二甲嘧啶）在缺血區(qū)域釋放基質(zhì)細胞衍生因子，有助于永久性大腦中動脈閉塞后缺血邊緣的血管生成[30]。另有研究將細胞外囊泡用于缺血性卒中的亞急性期。研究將載有膽固醇修飾的miR-210 細胞外囊泡用于改善腦缺血后腦組織修復血管生成，并且腦區(qū)功能也得到恢復，并提出了靶向遞送至缺血性腦組織的方案，該研究相當于提供了一種用于治療亞急性期缺血性卒中的血管生成劑[33]。同時，研究發(fā)現(xiàn)狂犬病病毒糖蛋白與外泌體蛋白溶酶體相關膜糖蛋白融合，可有效地將miR-124 遞送至梗死部位[34]。

3.4 納米顆粒在缺血性卒中慢性期的應用 慢性期開始于缺血性卒中發(fā)病后1 個月，這個階段是真正的神經(jīng)修復機制，如神經(jīng)發(fā)生、血管發(fā)生以及血腦屏障修復。因此，在缺血性卒中慢性期給藥的治療性納米顆粒應側重于促進神經(jīng)干細胞增殖、遷移和分化為神經(jīng)元，以支持和放大內(nèi)源性分泌因子的作用[8]，其中最常用的是負載各種生長因子，例如成纖維細胞生長因子、血管內(nèi)皮生長因子、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子等。

多種納米顆粒已成功在體外或缺血性卒中動物模型中發(fā)揮促進神經(jīng)生長的作用。例如，載有視黃酸（一種神經(jīng)發(fā)生和血管生成調(diào)節(jié)劑）的聚乙烯亞胺納米顆粒能夠在體外增強人內(nèi)皮祖細胞的增殖，進而分泌能夠誘導神經(jīng)干細胞向神經(jīng)元的分化，可用于慢性期缺血性卒中促進壞死區(qū)的新生神經(jīng)元生長[35]。在光栓造模形成局灶性缺血性卒中小鼠模型中，慢性期使用負載有低氧誘導因子（HIF）-脯氨酰羥化酶的聚乙烯亞胺封裝的超順磁性氧化鐵納米顆粒轉(zhuǎn)染臍帶血來源的內(nèi)皮祖細胞，其能夠到達的腦室下區(qū)并增殖并誘導神經(jīng)干細胞的神經(jīng)分化[36]。納米顆粒中多種生物分子的組合可以同時調(diào)節(jié)多種再生途徑，從而改善腦部功能。例如，在治療慢性期缺血性卒中神經(jīng)修復機制中，負載表皮生長因子和促紅細胞生成素的兩種納米顆粒制劑分別被包裹在水凝膠中，用于誘導神經(jīng)干細胞的增殖和限制細胞凋亡，促進神經(jīng)再生[37]；納米顆粒經(jīng)多種生物分子修飾后可以靶向腦內(nèi)皮細胞中表達的受體，并在腦中積累，提高神經(jīng)再生藥物的效能；在含有神經(jīng)保護劑納米顆粒中，加入轉(zhuǎn)鐵蛋白受體的抗體，使納米顆粒能靶向腦內(nèi)皮細胞中，順利穿過血腦屏障，從而增強誘導神經(jīng)保護的能力[38]。另外細胞外囊泡等生物納米顆粒也可用于治療慢性期缺血性卒中。據(jù)報道，將間充質(zhì)干細胞來源的細胞外囊泡用于大腦中動脈閉塞的雄性大鼠，給藥后28 d 可誘導大鼠神經(jīng)發(fā)生，表現(xiàn)出軸突生長、雙皮質(zhì)素陽性成神經(jīng)細胞和神經(jīng)功能的恢復，有助于慢性期缺血性卒中的恢復[39]。也有其他來源的細胞外囊泡干細胞如脂肪來源和尿源性干細胞的相關研究，尿源性細胞外囊泡成功誘導大鼠神經(jīng)干細胞的分化[40]。

綜上所述，缺血性卒中是一種復雜、多因素和異質(zhì)性的疾病，因此需要尋找不同的治療方法以應對其不同血流動力學階段發(fā)生的不同病理過程。本文討論了缺血性卒中不同階段使用的納米顆粒，從超急性期和急性期改善再通治療和減少神經(jīng)炎癥，到亞急性期和慢性期神經(jīng)恢復。雖然納米醫(yī)學領域非常有前途，但需進一步探索其神經(jīng)毒性才能應用于人體。相信隨著越來越多研究對納米顆粒的探索，更多納米顆粒的批準可以促進臨床應用的轉(zhuǎn)化。此外，在單個時間點進行單一干預可能無法解決缺血性卒中的復雜病理，納米顆粒制劑的可塑性可以優(yōu)化治療方法以滿足每個患者在不同時間點的特定生物學需求。總之，納米顆粒靶向給藥平臺的設計可以極大地改善缺血性卒中治療的前景，可以改進現(xiàn)有療法甚至預防、恢復腦缺血，為患者帶來更好的治療和預后。