1、1药物经鼻入脑转运的方法及研究进展吴红兵，胡凯莉，蒋新国 *摘要：目的 阐述药物经鼻入脑吸收特点、经鼻入脑转运通路，以及增加直接入脑转运的方法。方法 依据近些年国内外的相关文献对药物经鼻直接向脑部递送的方法进行综述。结果与结论 选择性增加药物或制剂在鼻腔(嗅)黏膜上的分布或滞留时间是提高药物直接入脑量的前提，提高药物经鼻入脑转运的方法有：制成前体药物，处方中加入吸收促进剂，改变剂型，凝集素介导转运以及由噬菌体展示技术选得的鼻腔入脑（特异）肽介导转运；还包括离子透入法、超声透入疗法、电转运和特殊给药装置，来增加药物在嗅黏膜的沉积和入脑转运。新型鼻腔递药系统的进一步研究将为脑部疾病的治疗带来新的希
2、望和广阔前景。关键词：鼻腔，直接入脑转运，嗅黏膜，脑部疾病中图分类号：R944近年来的研究表明，鼻腔不仅可向脑内转运金属离子 1-3、病毒 4,5，而且能够递送小分子药物 6-8、蛋白多肽药物 9以及转染基因 10, 11。通常，药物或外源性物质转运进入中枢神经系统(Central nervous system, CNS)的速度和程度，除了与药物自身理化性质有关，还受入脑部位由微血管或脉络丛构成的特有解剖学屏障，如血- 脑屏障（Blood-brain barrier, BBB） 、血-脑脊液屏障（ Blood-cerebrospinal fluid barrier, BCFB）和鼻-脑屏障（N
3、ose-brain barrier, NBB）等的限制。血-脑屏障阻碍了绝大部分药物的入脑转运，而经鼻给药可能较口服等给药途径的吸收和起效更迅速，为脑部疾病的治疗或常规给药途径下脑内浓度极低药物的疗效发挥提供了一种有效的新途径。鼻腔给药是中国中医的一种古老给药方式，早在汉代（公元 150 年） ，张仲景就采用“薤捣汁，灌鼻中”的方法，发挥开窍回苏的急救作用；中国药典也收载“通关散” ，将细辛等三味中药经鼻给药治疗中风、昏厥12。此外，包括降钙素、血管活性肠肽、褪黑激素 13和胰岛素等多肽药物 14也成功实现了经鼻入脑转运。近二十多年来，鼻腔给药作为非侵入性脑内递药途径取得了迅速发展，因其安全、
4、有效、患者易于自主用药等优点而成为脑内靶向递药基金项目：国家 973 资助项目(2007CB935800)作者简介：吴红兵，男， 博士研究生 * 通讯作者：蒋新国，男， 研究员，博士生导师 Tel/Fax: (021) 54237381 E-mail: 2系统研究的热点之一。因此本文综述了药物经鼻吸收特点、经鼻入脑转运通路，以及增加药物经鼻入脑量的方法。1 鼻腔的解剖生理和吸收特点鼻腔是一个复杂的器官，由鼻中隔分为左右两个腔，内面覆以黏膜。根据功能及组织结构的不同可将其分为三个部分：鼻前庭、呼吸部和嗅部 15 (Fig 1. A, B和 C)。与 CNS 递药相关的主要是嗅部的嗅黏膜，人类的嗅
5、黏膜位于鼻腔顶部，含有嗅细胞，该细胞是一种双极神经元，一端与外环境相通，另一端在固有层内形成嗅神经，嗅神经穿过筛骨筛板进入 CNS 的嗅球；另外，围绕嗅神经束的间质液又与蛛网膜下隙的脑脊液(cerebrospinal fluid, CSF)相通，药物通过此间质液经 CSF 进入 CNS。呼吸部黏膜富含毛细血管，血流丰富，是鼻腔中最大的部分，药物由此吸收进入体循环系统，其中仅有部分随后可通过血-脑屏障进入 CNS。而鼻前庭几乎无吸收功能。正是由于嗅黏膜与脑存在直接转运通路，才赋予了鼻腔给药途径独具的脑内递药特性。3图 1 人鼻腔宏观分区(A)鼻前庭，(B)呼吸部和(C)嗅部；以及嗅部解剖结构Fi
6、g 1. Macro-view of the human nasal cavity (A) vestibular, (B) respiratory, and (C) olfactory region; and the anatomy of olfactory region.2 经鼻入脑转运通路尽管有证据表明药物经鼻给药可在几分钟内到达 CNS，但关于药物经鼻黏膜吸收入脑转运的通路仍不是十分明确。目前认为主要有 4 条途径 16 (Fig 2)： 嗅神经通路：物质经胞饮、内吞或简单扩散进入嗅细胞的轴突，经轴浆流动在嗅神经元细胞体内转运至嗅球，进一步到达嗅脑。此通路特点为吸收缓慢，最快需12 小时
7、，有的可长达 24 小时。 嗅黏膜上皮通路（或嗅通路）：物质吸收进入嗅上皮的支持细胞和腺体，或穿过细胞间隙进入细胞间液，在到达固有层时，经嗅神经束周围间隙转运进入脑脊液。此通路的特点为起效较嗅神经通路快，通常几分钟内即可起效。 血液循环通路：物质经毛细血管或血流丰富的呼吸部黏膜吸收，或通过嗅区的固有层而进入血液循环，然后通过 BBB 进入 CSF 或脑组织。 三叉神经通路：Thorne 等 17 通过鼻腔给予 125I-IGF-1，在三叉神经检测到的 125I-IGF-1 浓度是嗅球处药物浓度的 10 倍，证实在某些情况下，三叉神经可能是药物经鼻入脑转运的主要通路。Schaefer 等 18研
8、究发现在嗅系统（包括嗅上皮、嗅神经和嗅球）内部存在三叉神经肽能纤维，嗅系统和三叉神经系统除了解剖学上存在各自主要通路外，彼此还具有类似的功能，在中枢和外周都存在嗅系统三叉神经系统的交互作用。因此，药物很可能以一种和/或多种的神经通路转运机制进入 CSF 和嗅球。 NasalcavityOlfactoryregion BraintissueBlood CSFEliminationTissuesMucociliaryclearanceEnzymaticdegradationBlood-brainbarrierTrigeminalnervesystem4图 2 药物经鼻入脑和脑脊液的可能途径（注：箭
9、头粗细表示药物经此途径转运的可能性大小）Fig 2. Possible routes of nasal cavity to brain and CSF (The thickness of the individual arrows indicates the likelihood of drugs actually exploiting this route of transport.)3 提高药物经鼻入脑量的方法药物经鼻入脑转运的速度和程度受药物理化性质（如药物的分子量、脂溶性和解离度等） ，药物剂型，黏膜上的酶代谢屏障和动物种属等诸多因素影响（具体内容省略） ，通常经鼻腔途径直接递送入脑的
10、药量不足给药剂量的 1%。提高药物经鼻入脑的关键是增加药物及其制剂在鼻腔嗅黏膜部位的浓集和滞留时间，从而增加药物通过嗅黏膜吸收入脑。近年来，已报道较多提高药物经鼻入脑转运的方法，如：制成前体药物 19, 20，改变药物剂型 21, 22，加入吸收促进剂或酶抑制剂23, 24，凝集素介导转运 25-27和由噬菌体展示技术筛选得的鼻腔入脑（特异）肽介导转运 28等；另外还包括离子透入法、超声透入疗法 29、电转运和给药装置（如 OptinoseTM, DirectHalerTM, and VianaseTM） 30, 31。来增加药物在嗅黏膜的沉积和入 CNS 转运。 3.1 制成前体药物药物的分
11、子量和亲脂性是影响药物吸收速度和程度的关键理化因素，快速吸收主要决定于药物的脂溶性，慢吸收则主要受分子量影响。前药策略旨在对母体药物进行结构改造，改变其物理化学与生物学性质以利于药物的吸收，对经鼻给药的 CNS 治疗药物的前药合成也取得了新发展 19，Kao 等 32合成了系列左旋多巴烷基酯水溶性前体药物，并经大鼠鼻腔给药，结果发现左旋多巴丁酯经鼻吸收入 CSF 效果显著优于母药，且测得 CSF 中的药量也显著高于静注给药。前药改造是提高药物经鼻给药入脑量的有效方法之一。3.2 改变药物剂型显然，药物的有效入脑吸收与可使药物沉积于嗅黏膜、延长滞留时间和在局部高扩散浓度的鼻用制剂和装置密切相关。
12、那些静注给药很难透过 BBB 的药物，将其制成一定剂型后鼻腔给药，既可保护药物不受酶代谢或外排，又可能提高药物的入脑转运。Dalpiaz 等 21将环戊腺苷（N-cyclopentyladenosine, CPA）包裹于甘露醇- 磷脂微球和壳聚糖微球后大鼠鼻腔给药，并与 CPA 混悬剂鼻腔给药比较。5结果显示，相比于 CPA 混悬剂，CPA 微球制剂极显著地增加了药物经鼻转运入脑量，且壳聚糖微球与甘露醇-磷脂微球制剂的 AUCCSF/AUCBlood 比值达 10 倍之多，黏膜粘附性壳聚糖微球给药后 60 min 内 CSF 中药物浓度竟高于甘露醇-磷脂微球制剂 3 个数量级，迅速促进了药物的
13、直接转运入脑，这可能与壳聚糖材料自身具有的黏膜粘着性和可开启紧密连接特性有关。3.3 加入吸收促进剂或酶抑制剂促吸收渗透剂，如表面活性剂、-环糊精、胆酸盐、磷脂和溶血磷脂等能显著增加药物跨鼻黏膜吸收进入 CNS 的效果 23；酶抑制剂能够提高药物的稳定性，尤其是蛋白多肽类药物，因此均能提高经鼻入脑的药量。Gwak 等 24比较了酶抑制剂和吸收促进剂添加与否对亮氨酸-脑啡肽鼻腔给药对小鼠的镇痛效果，结果加酶抑制剂组和吸收促进剂组小鼠扭体的抑制率分别是对照组的 4 倍和 2 倍，具有极好的镇痛效果，并且持续镇痛时间显著延长。谢英等 33对神经生长因子（NGF）大鼠鼻腔给药的组织分布进行研究，考察处
14、方中加入酶抑制剂杆菌肽对NGF 脑摄取的影响。结果表明，NGF 合用杆菌肽组约有 80%的 NGF 以完整的分子形式入脑，而 NGF 组的脑内药物浓度很低。酶抑制剂对 NGF 的保护作用为其脑摄入提供了必要的前提。但是，吸收促进剂对鼻纤毛的毒性问题必须引起足够的注意。3.4 凝集素介导转运组织化学研究发现，鼻腔黏膜上皮细胞存在多种糖基，其中 N-乙酰氨葡萄糖、L-岩藻糖等在嗅黏膜上的表达显著高于呼吸部黏膜 34, 35；这些糖基可分别与麦胚凝集素(wheat germ afflutinin, WGA)和荆豆凝集素 (ulex europaeus agglutinin I, UEA I)特异性结
15、合，将信号传导到细胞内，诱导细胞的胞吞和转运 36。高小玲等 25-27根据上述生理特性分别制备了凝集素修饰 PEG-PLA 纳米粒，利用凝集素与嗅黏膜上糖基的特异性结合，增加纳米粒在大鼠嗅黏膜的富集和入脑转运。载血管活性肠肽(vasoactive intestinal peptide, VIP) WGA 修饰纳米粒经鼻给药后，测得嗅球、大脑和小脑中 VIP 的数量分别是 VIP 溶液经鼻给药的 5.66，6.61 和 7.74 倍，相比普通纳米粒组，入脑量也有显著性提高。药效学试验结果显示，载 VIP-WGA-PLA 纳米粒可显著改善痴呆模型鼠的空间记忆行为。该项研究为有效提高药物经鼻入脑提
16、供了一种新方法。63.5 叶酸介导转运叶酸及其衍生物单独或与其它药物的复合物均可直接经鼻腔吸收进入 CNS，叶酸与胆碱酯酶抑制剂或乙酰胆碱酯酶连接物鼻腔给药后能够快速起效阻止或治疗阿耳茨海默病和中风 37，但叶酸介导的经鼻入脑转运机理目前仍不清楚。3.6 噬菌体展示筛选的鼻腔入脑（特异）肽介导转运噬菌体展示技术作为一种快捷而有效的体内筛选体系，在过去的二十年里，已成为一种筛选组织归巢（tissue-homing）肽 38, 39和选择性与特异受体或配体结合多肽 40, 41的极强有力工具。噬菌体展示的基本原理是将外源随机蛋白质或多肽的基因插入到噬菌体衣壳蛋白上形成融合产物在噬菌体表面展示。将大
17、量带不同肽段的单个噬菌体组成的重组噬菌体肽库给入动物体内 38, 42-43（如鼻腔给药 44） ，进行生物组织亲和筛选 28（从 CNS 中回收与脑组织结合或进入 CSF 的噬菌体） ，经数次“吸附- 洗涤- 洗脱- 扩增”过程，可筛得表达特异肽（高效经鼻入脑肽）的噬菌体，通过测序即可获得特异肽的氨基酸序列，该经鼻入脑肽再用于经鼻给药的病毒及非病毒载体的修饰。Solomon 等 44将表达抗淀粉样蛋白抗体片段的噬菌体用于阿兹海默转基因小鼠的体内鼻腔给药，实现淀粉样蛋白斑的靶向定位，用于阿兹海默病的早期诊断。Janda 等 28将治疗蛋白通过特异噬菌体介导经鼻入脑转运，在模型动物体内实现烟瘾的
18、有效戒断治疗。虽然噬菌体外壳融合的外源蛋白或短肽随机序列数量巨大，但已构建的商品化噬菌体展示肽库种类有限，且在体内淘选试验中，噬菌体经多轮扩增出现的序列偏嗜现象和所筛得的高效转运靶肽修饰到载体上均可能导致转运效能降低或介导转运无效。即噬菌体展示技术虽是一种有效筛选工具，但存在筛选成功的机遇性，将筛得短肽修饰于载体并实现体内高效介导转运的成功实例并不多。4 结语目前，脑内靶向递药的主要方法有受体介导、吸附介导和载体介导的胞吞转运，其具有一定的效果，但大多制备技术复杂，并且必须通过静脉注射给药或侵入性(invasive) 给药。相比之下，鼻腔给药的脑内递药系统制备方法简单，使用便捷，具有良好的研究
19、价值和应用前景，具有可以绕过血脑屏障等诸多优点。对于那些目标受体位于 CNS 的疾病，以及常规途径给药后脑内浓度极低的药物，鼻黏膜给药优势更为明显，但其关键仍是进一步提高药物经鼻入脑的转运量，减7少局部刺激性和长期使用的毒性。如何将足够剂量的药物经鼻腔直接递送到CNS，还有待于神经科学家、细胞生物学家和药剂学家的共同努力。新型鼻腔递药系统的进一步研究将为脑部疾病的治疗带来新的希望和广阔前景。References 1 TALLKVIST J, PERSSON E, HENRIKSSON J, et al. Cadmium-metallothionein interactions in the o
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