29、脑肿瘤蛋白和肽类药物递送方法

脑肿瘤蛋白和肽类药物递送方法

1. 神经营养因子及聚乙二醇化修饰

神经营养因子，如神经生长因子（NGF）、脑源性神经营养因子（BDNF）和神经营养蛋白 - 3，可用于治疗神经系统疾病。但和其他药物一样，它们会被肝脏和肾脏迅速从血浆中清除，降低血浆药时曲线下面积（AUC）和后续的脑部摄取。

对 BDNF 进行羧基导向的聚乙二醇化修饰，能改善其药代动力学。其中，PEG2000 可使肝脏和血浆清除率降低 67%，PEG5000 更是能降低 91%。不过，5000 Da 的 PEG 部分会使 BDNF 的生物活性部分降低，而 2000 Da 的 PEG 修饰后生物活性与天然 BDNF 相当。

在肿瘤学领域，聚乙二醇化也应用于辅助药物和治疗药物。例如，聚乙二醇化非格司亭是粒细胞集落刺激因子非格司亭的聚乙二醇化版本，具有更高的生物利用度、更低的给药频率和完整的生物活性。单聚乙二醇化还可作为肽生长因子（如表皮生长因子 EGF）与血脑屏障（BBB）药物递送载体之间的连接分子，使 EGF 能穿过中枢神经系统内皮细胞，同时延长的 PEG 连接子可减少 EGF 生物活性的空间位阻。

2. 纳米颗粒药物递送方法

2.1 纳米颗粒特性

纳米颗粒是由聚合物制成的固体胶体基质状颗粒，制备方法简单，物理稳定性高，能为大脑和全身器官持续释放肽、蛋白质、基因和其他药物。用于药物递送的纳米颗粒尺寸在 10 - 1000 nm 之间，大多数在 50 - 300 nm 范围内。由于尺寸原因，大多数纳米颗粒若不进行结构修饰，无法穿过 BBB 进入脑实质。

2.2 常用聚合物及作用机制

常用的制备纳米颗粒的聚合物有聚氰基丙烯酸正丁酯（PBCA）、聚丙交酯均聚物（PLA）和聚（丙交酯 - 乙交酯）共聚物（PLGA）。用非离子表面活性剂聚山梨酯 80 包被的 PBCA 纳米颗粒，已显示出向大脑递送药物（如阿霉素、洛哌丁胺）的能力，但其运输到大脑的机制尚不清楚，可能与跨 BBB 内皮细胞的内吞作用或纳米颗粒诱导的非特异性 BBB 通透性增加有关。

2.3 药代动力学及聚乙二醇化修饰

当 PLA 和 PLGA 纳米颗粒静脉注射时，会被肝脏和网状内皮系统（RES）迅速清除，血浆半衰期为 2 - 3 分钟，且在血浆中会迅速发生调理作用。对 PLA 和 PLGA 进行聚乙二醇化修饰，可减少调理作用、吞噬作用以及肝脏和 RES 的清除，改善其药代动力学。传统细胞毒性药物（如阿霉素、伊立替康、紫杉醇）和肽类可轻松负载到聚乙二醇化的 PLA 和 PLGA 纳米颗粒中，药物包封效率取决于药物的亲脂性，因为纳米颗粒具有疏水核心。而蛋白质的包封过程更为复杂，每个蛋白质纳米颗粒制剂都需要特定参数。PLA 和 PLGA 纳米颗粒到达作用部位后，可通过酯键的自催化裂解和自发水解，降解为低聚物、D,L - 乳酸和乙醇酸单体。

2.4 脑部靶向策略

纳米颗粒的脑部靶向策略包括用聚山梨酯 80 包被 PBCA，以及将蛋白质配体共价连接到聚乙二醇化的 PLA 和 PLGA 上。连接发生在围绕纳米颗粒的 1 - 2% 的 PEG 链的自由端，可使用生物素化、胺反应性或硫醇反应性化学方法。蛋白质配体通常是能靶向中枢神经系统组织中高表达且能跨 BBB 内皮细胞转运的受体的单克隆抗体，如转铁蛋白受体。

2.5 应用及研究结果

纳米颗粒技术在脑肿瘤治疗方面已进入体外和动物模型的临床前测试阶段。多项研究表明，用聚山梨酯 80 包被的 PBCA 纳米颗粒在动物实验中有良好表现。例如，Gelperina 等人用负载阿霉素的 PBCA 纳米颗粒治疗正常和患有胶质母细胞瘤（GBM）的大鼠，药物耐受性良好，且比游离阿霉素毒性更低，阿霉素能很好地穿透 BBB 进入脑实质。与其他化疗形式相比，接受阿霉素负载纳米颗粒治疗的动物存活时间显著延长，超过 20% 的动物实现了长期缓解。另外，负载紫杉醇的纳米颗粒能提高紫杉醇的脑部摄取，且对表达 p - 糖蛋白的肿瘤细胞系有毒性。不过，在一项关于负载阿霉素的 PBCA 纳米颗粒与游离阿霉素在大鼠 9L - 胶质肉瘤模型中的比较研究中，虽然纳米颗粒阿霉素的最大耐受剂量是游离阿霉素的 1.5 倍，但两组动物的存活时间相当。

以下是纳米颗粒药物递送方法的总结表格：
|项目|详情|
|----|----|
|纳米颗粒特性|固体胶体基质状，制备简单，稳定性高，能持续释放药物|
|常用聚合物|PBCA、PLA、PLGA|
|作用机制|可能与内吞作用或非特异性 BBB 通透性增加有关|
|药代动力学|静脉注射后迅速被清除，聚乙二醇化可改善|
|脑部靶向策略|聚山梨酯 80 包被 PBCA，蛋白质配体共价连接|
|应用效果|部分实验显示能提高药物脑部摄取和动物存活时间|

下面是纳米颗粒药物递送的流程图：

graph LR
    A[纳米颗粒制备] --> B[负载药物]
    B --> C{是否聚乙二醇化}
    C -- 是 --> D[聚乙二醇化纳米颗粒]
    C -- 否 --> E[普通纳米颗粒]
    D --> F[脑部靶向修饰]
    E --> F
    F --> G[静脉注射]
    G --> H{能否穿过 BBB}
    H -- 是 --> I[到达脑实质发挥作用]
    H -- 否 --> J[被肝脏和 RES 清除]

3. 脂质体药物递送方法

3.1 脂质体特性

脂质体是一种囊泡，其内部水相完全被磷脂膜双层包裹，直径在 50 - 100 nm 之间。与纳米颗粒类似，脂质体可作为治疗剂（包括小分子、肽、蛋白质、癌症化疗药物和核酸药物）的递送载体，一个 100 nm 的脂质体最多可包裹 10000 个小分子。

3.2 药代动力学及聚乙二醇化修饰

传统脂质体静脉注射后的药代动力学很差，会被血浆蛋白调理，被肝脏、脾脏和其他网状内皮器官吞噬清除。通过掺入神经节苷脂（如 GM1）或进行聚乙二醇化可延长脂质体的血浆半衰期。聚乙二醇化脂质体，也称为“空间稳定”或“隐形”脂质体，药代动力学有了很大改善。PEG 涂层可防止调理素结合，显著降低肝脏和 RES 吞噬细胞的识别。聚乙二醇化可使血浆分布容积减少 50 倍，全身血浆清除率降低 200 倍，浓度 - 时间曲线下面积增加近 100 倍。

3.3 脑部递送策略

由于即使是小的脂质体（50 - 80 nm）也太大而无法穿过 BBB 和血肿瘤屏障（BTB），因此改善空间稳定脂质体向大脑和脑肿瘤递送的常用方法是与合适的靶向载体结合，如能通过吸收介导或受体介导的跨内皮细胞转运穿过 BBB 内皮细胞的修饰免疫球蛋白和蛋白质。常见的脑部靶向载体有阳离子化白蛋白、抗大鼠转铁蛋白受体的 OX26 单克隆抗体和抗胰岛素受体的单克隆抗体。

载体与脂质体的连接方法有直接和间接两种。直接方法是通过氨基反应性或二硫键连接共价连接到表面磷脂上，但常受 PEG 链的空间位阻影响；间接方法是将载体连接到 PEG 链的末端，可减少空间位阻，使靶标结合效率提高 2 - 3 倍。例如，将 OX26 单克隆抗体与空间稳定免疫脂质体结合，可提高脑部递送程度，静脉注射 60 分钟后，脑实质中每克组织可观察到注射剂量的 0.03%。

3.4 临床应用

脂质体满足癌症化疗药物理想药物递送系统的大部分标准，包括肿瘤局部递送和降低对正常组织的毒性。目前，脂质体技术在蒽环类药物（尤其是阿霉素）的制备方面进展最远。聚乙二醇化脂质体阿霉素在多种动物模型系统（包括乳腺癌、肺癌、卵巢癌、前列腺癌、结肠癌、膀胱癌、胰腺癌、淋巴瘤、肉瘤和骨髓瘤）中显示出活性。在临床环境中，脂质体阿霉素已在美国被批准用于治疗卡波西肉瘤和晚期卵巢癌，在加拿大和欧洲被批准用于治疗转移性乳腺癌。与传统阿霉素相比，大多数患者的胃肠道毒性、心脏毒性和脱发情况有所减轻。

在脑肿瘤方面，多项研究表明静脉注射脂质体阿霉素在血清和脑脊液中的药物水平显著高于传统药物，且使用脂质体制剂治疗的动物存活时间明显长于使用传统阿霉素治疗的动物。通过对流增强递送（CED）可改善脂质体阿霉素在脑肿瘤和邻近浸润正常脑中的分布。

临床应用中，不同研究有不同结果。例如，Koukourakis 等人用 99mTc - DTPA 放射性标记的脂质体阿霉素治疗原发性和转移性脑肿瘤患者，GBM 患者中放射性标记脂质体阿霉素的积累比周围正常脑高 13 - 19 倍，MBT 患者高 7 - 13 倍，MBT 队列中有部分患者有完全缓解（CR）和部分缓解（PR）。在复发性恶性胶质瘤的研究中，不同剂量和方案的脂质体阿霉素治疗有不同的疾病稳定情况和生存时间。

以下是脂质体药物递送方法的总结表格：
|项目|详情|
|----|----|
|脂质体特性|内部水相被磷脂膜双层包裹，可包裹多种治疗剂|
|药代动力学|传统脂质体差，聚乙二醇化可改善|
|脑部递送策略|与合适靶向载体结合，连接方法有直接和间接两种|
|临床应用|在多种肿瘤模型和临床治疗中有应用，脑肿瘤治疗有一定效果|

下面是脂质体药物递送的流程图：

graph LR
    A[脂质体制备] --> B[负载药物]
    B --> C{是否聚乙二醇化}
    C -- 是 --> D[聚乙二醇化脂质体]
    C -- 否 --> E[普通脂质体]
    D --> F[与靶向载体结合]
    E --> F
    F --> G[静脉注射]
    G --> H{能否穿过 BBB}
    H -- 是 --> I[到达脑肿瘤部位发挥作用]
    H -- 否 --> J[被肝脏和 RES 清除]

4. 对流增强递送方法

对流增强递送是一种相对较新的脑部药物递送方法，可绕过 BBB 和 BTB。药物通过外部泵系统直接连续注入脑肿瘤，并通过整体流动在大脑中分布。其重要特点是治疗分子的分布取决于输注参数和被输注组织的类型（即脑肿瘤和周围实质），而较少取决于输注液中药物的大小或浓度。大的治疗剂，如单克隆抗体、免疫毒素、脂质体、反义寡核苷酸和病毒载体，都可通过 CED 输注，并在肿瘤和周围神经组织中达到显著浓度。目前，正在开展临床试验，将 CED 技术应用于大分子治疗剂（如脂质体、肽、免疫毒素、蛋白质）向脑肿瘤的药物递送问题。

5. 基于免疫球蛋白的递送方法

5.1 放射免疫治疗

在这种方法中，免疫球蛋白用于靶向脑肿瘤细胞表面的特定抗原，以递送治疗剂，如放射性药物和免疫毒素。随着单克隆抗体技术的改进，放射免疫治疗领域在过去几十年中得到了扩展。

最初尝试使用 123I 标记的抗表皮生长因子受体（EGF 受体，常过度表达于脑肿瘤细胞）的抗体进行治疗，在 10 例复发性间变性星形细胞瘤（AA）和 GBM 患者中，6 例患者有临床改善，持续时间为 6 个月至 3 年，其中 2 例患者在影像学检查中肿瘤缩小。

近期，多项研究集中在使用抗腱糖蛋白（一种在胶质瘤和其他实体肿瘤中普遍表达的肿瘤相关细胞外基质糖蛋白）的抗体。例如，Riva 等人使用 131I 标记的抗腱糖蛋白抗体 BC - 2 和 BC - 4 治疗 62 例新诊断和复发性恶性胶质瘤患者，结果显示 3 例患者完全缓解，9 例部分缓解，11 例疾病稳定，总体中位生存期为 23 个月。杜克大学的研究人员使用 131I 标记的抗腱糖蛋白抗体 81C6 进行了 I 期试验，治疗耐受性良好，最大耐受剂量在 100 - 120 mCi 之间，高剂量会导致延迟性神经毒性。新诊断和复发性 GBM 患者治疗后的中位生存期分别为 69 周和 52 周。在 II 期试验中，33 例新诊断的恶性胶质瘤患者接受 120 mCi 的 131I 标记的抗腱糖蛋白抗体 81C6 治疗，整个队列和 GBM 亚组的中位生存期分别为 86.7 周和 79.4 周，超过了传统放疗和化疗的历史对照。

5.2 免疫毒素治疗

免疫毒素治疗是将靶向配体或载体与细菌细胞毒素结合。通过开发能靶向脑肿瘤细胞表面比正常细胞过度表达的受体和其他肿瘤相关抗原的单克隆抗体，使抗体与受体特异性结合并诱导抗原/受体内化，从而让细胞毒素进入细胞质细胞器。

常用的细菌细胞毒素有白喉毒素（DT）、铜绿假单胞菌外毒素（PE）和蓖麻毒素 A 链，它们都是能破坏蛋白质合成的细胞毒物。内化后，细胞毒素在内涵体中经蛋白水解切割激活，然后转移到胞质溶胶，到达内质网，通过不可逆的 ADP - 核糖基化反应使延伸因子 2 失活（DT 和 PE）或使核糖体失活（蓖麻毒素 A 链）。细胞毒素非常有效，IC50 极低（某些情况下处于飞摩尔范围），且能在低氧条件下杀死脑肿瘤细胞。

临床研究方面，Laske 等人使用与基因修饰的 DT（Tf - CRM 107）相连的抗转铁蛋白受体单克隆抗体治疗 18 例恶性脑肿瘤患者，治疗耐受性良好，9 例患者有客观反应（2 例完全缓解，7 例部分缓解），输注后生存期为 11 - 142 周，肿瘤进展的中位时间为 38 周。Weber 等人开发了由环状排列的白细胞介素 - 4 和截短形式的 PE 组成的嵌合重组融合蛋白 IL4 - PE，在 I 期研究中治疗 31 例 GBM 和 AA 患者，未观察到全身药物相关毒性，总体中位生存期为 8.2 个月，GBM 队列中位生存期为 5.8 个月，部分患者治疗后 MRI 有肿瘤坏死迹象。另一项 I 期试验测试了由转化生长因子 - α（TGF - α）和突变形式的 PE（TP - 38）组成的嵌合重组免疫毒素，治疗 20 例复发性恶性脑肿瘤患者，耐受性较好，未达到最大耐受剂量。

以下是基于免疫球蛋白的递送方法的总结表格：
|治疗方法|详情|
|----|----|
|放射免疫治疗|使用标记抗体靶向肿瘤相关抗原，如 EGF 受体、腱糖蛋白，部分患者有临床改善和生存期延长|
|免疫毒素治疗|将靶向配体与细菌细胞毒素结合，多种细胞毒素有效，临床研究显示有一定治疗效果|

下面是基于免疫球蛋白的递送方法的流程图：

graph LR
    A[免疫球蛋白制备] --> B{放射免疫治疗}
    A --> C{免疫毒素治疗}
    B --> D[标记抗体]
    C --> E[结合细胞毒素]
    D --> F[靶向肿瘤抗原]
    E --> F
    F --> G[治疗脑肿瘤]

综上所述，目前有多种脑肿瘤蛋白和肽类药物递送方法，每种方法都有其特点和应用前景，但也都面临一些挑战，未来还需要进一步研究和改进，以提高脑肿瘤的治疗效果。

6. 各种递送方法的对比与分析

6.1 药代动力学对比

不同的药物递送方法在药代动力学方面存在显著差异。纳米颗粒和脂质体在未进行聚乙二醇化修饰时，都会被肝脏和网状内皮系统迅速清除，血浆半衰期较短。例如，PLA 和 PLGA 纳米颗粒静脉注射后血浆半衰期为 2 - 3 分钟，传统脂质体静脉注射后也会迅速被清除。而聚乙二醇化修饰能显著改善它们的药代动力学，如聚乙二醇化的纳米颗粒和脂质体可减少调理作用、吞噬作用以及肝脏和 RES 的清除，延长血浆半衰期。神经营养因子同样会被肝脏和肾脏迅速从血浆中清除，聚乙二醇化修饰对其药代动力学也有改善作用，如 BDNF 经羧基导向的聚乙二醇化修饰后，肝脏和血浆清除率降低。

6.2 脑部递送效率对比

在脑部递送效率方面，不同方法各有优劣。用聚山梨酯 80 包被的 PBCA 纳米颗粒和与合适靶向载体结合的脂质体在脑部递送方面有一定效果。例如，负载阿霉素的 PBCA 纳米颗粒能很好地穿透 BBB 进入脑实质，将 OX26 单克隆抗体与空间稳定免疫脂质体结合，可提高脑部递送程度。而对流增强递送方法可绕过 BBB 和 BTB，能使大的治疗剂在肿瘤和周围神经组织中达到显著浓度。基于免疫球蛋白的递送方法通过靶向脑肿瘤细胞表面的特定抗原，也能实现治疗剂的递送，但不同的抗原靶向和抗体类型效果有所不同。

6.3 临床应用效果对比

从临床应用效果来看，各种方法都有一定的成果，但也存在差异。脂质体阿霉素在多种肿瘤模型和临床治疗中有应用，在脑肿瘤治疗中能提高药物在血清和脑脊液中的水平，延长动物存活时间，且能减轻胃肠道毒性、心脏毒性和脱发情况。纳米颗粒技术在动物实验中显示能提高药物脑部摄取和动物存活时间，但在某些研究中，纳米颗粒药物与游离药物的存活时间相当。放射免疫治疗和免疫毒素治疗在脑肿瘤患者中也有部分患者出现临床改善和生存期延长的情况，但不同的抗体和治疗方案效果不同。

以下是各种递送方法的对比表格：
|递送方法|药代动力学|脑部递送效率|临床应用效果|
|----|----|----|----|
|纳米颗粒|未修饰时迅速清除，聚乙二醇化可改善|部分方法能穿透 BBB|部分动物实验效果好，部分与游离药物相当|
|脂质体|传统脂质体差，聚乙二醇化可改善|与靶向载体结合可提高|多种肿瘤有应用，脑肿瘤治疗有一定效果|
|对流增强递送| - |可绕过 BBB 和 BTB，大治疗剂可达显著浓度|用于大分子治疗剂递送，临床试验开展中|
|基于免疫球蛋白的递送| - |靶向特定抗原实现递送|部分患者有临床改善和生存期延长|

6.4 不同递送方法的适用场景

不同的药物递送方法适用于不同的场景。纳米颗粒适用于负载各种药物，尤其是亲脂性药物，且制备方法简单，可通过聚乙二醇化和脑部靶向修饰提高其在脑部的递送效果，适用于多种类型的脑肿瘤治疗。脂质体适用于包裹多种治疗剂，尤其是蒽环类药物，聚乙二醇化脂质体在减少毒性和延长循环时间方面有优势，适用于需要减少对正常组织毒性的脑肿瘤治疗。对流增强递送适用于大分子治疗剂的递送，可绕过 BBB 和 BTB 的限制，适用于需要高浓度药物到达脑肿瘤部位的情况。基于免疫球蛋白的递送方法适用于靶向脑肿瘤细胞表面特定抗原的治疗，可根据不同的抗原选择合适的抗体，适用于特定类型的脑肿瘤治疗。

7. 未来发展方向

7.1 技术改进方向

未来，各种药物递送方法都有技术改进的空间。在纳米颗粒技术方面，可进一步优化聚乙二醇化修饰的方法和参数，提高纳米颗粒的稳定性和靶向性。例如，研究更合适的 PEG 链长度和修饰比例，以更好地平衡药代动力学和生物活性。同时，探索新的聚合物材料和制备工艺，提高纳米颗粒的药物包封效率和释放性能。在脂质体技术方面，可研发更有效的靶向载体和连接方法，减少 PEG 链的空间位阻，提高靶向结合效率。例如，开发新型的靶向抗体或配体，优化载体与脂质体的连接方式。对流增强递送方法可进一步研究输注参数和组织特性对药物分布的影响，优化输注方案，提高药物在脑肿瘤中的分布均匀性。基于免疫球蛋白的递送方法可继续寻找新的肿瘤相关抗原，开发更高效的单克隆抗体和免疫毒素，提高治疗效果。

7.2 联合治疗策略

联合使用不同的药物递送方法和治疗手段可能是未来脑肿瘤治疗的重要方向。例如，将纳米颗粒技术与基于免疫球蛋白的递送方法相结合，可同时实现药物的高效递送和靶向治疗。先用纳米颗粒将治疗药物递送至脑肿瘤部位，再用基于免疫球蛋白的方法靶向肿瘤细胞表面的特定抗原，增强治疗效果。也可将对流增强递送方法与脂质体药物递送相结合，通过对流增强递送将脂质体药物更均匀地分布在脑肿瘤组织中。此外，药物递送方法还可与其他治疗手段，如放疗、化疗、免疫治疗等联合使用，发挥协同作用，提高脑肿瘤的治疗效果。

7.3 个性化治疗方案

随着对脑肿瘤分子机制和患者个体差异的深入了解，未来有望实现个性化的药物递送和治疗方案。根据患者脑肿瘤的类型、分子特征、基因表达谱等信息，选择合适的药物递送方法和治疗药物。例如，对于特定基因突变的脑肿瘤患者，可选择能靶向该基因突变相关抗原的基于免疫球蛋白的递送方法，并结合相应的治疗药物。同时，根据患者的身体状况和药物耐受性，调整药物的剂量和递送方案，实现个性化治疗，提高治疗的有效性和安全性。

8. 总结

脑肿瘤的治疗是一个复杂的过程，药物递送是其中的关键环节。目前，神经营养因子的聚乙二醇化修饰、纳米颗粒、脂质体、对流增强递送和基于免疫球蛋白的递送等多种方法为脑肿瘤治疗提供了不同的策略。每种方法都有其特点和优势，但也面临一些挑战，如脑部递送效率、药代动力学、临床应用效果等方面的问题。未来，通过技术改进、联合治疗策略和个性化治疗方案的发展，有望进一步提高脑肿瘤的治疗效果，为脑肿瘤患者带来更好的治疗前景。

以下是脑肿瘤药物递送方法未来发展方向的流程图：

graph LR
    A[技术改进方向] --> B[纳米颗粒技术优化]
    A --> C[脂质体技术研发]
    A --> D[对流增强递送方法研究]
    A --> E[基于免疫球蛋白的递送方法创新]
    F[联合治疗策略] --> G[纳米颗粒与免疫球蛋白方法结合]
    F --> H[对流增强递送与脂质体方法结合]
    F --> I[药物递送与其他治疗手段联合]
    J[个性化治疗方案] --> K[根据肿瘤分子特征选择方法]
    J --> L[根据患者身体状况调整方案]
    B --> M[提高脑肿瘤治疗效果]
    C --> M
    D --> M
    E --> M
    G --> M
    H --> M
    I --> M
    K --> M
    L --> M

希望通过对这些脑肿瘤药物递送方法的介绍和分析，能让大家对脑肿瘤治疗有更深入的了解，也期待未来能有更多的研究成果和创新方法应用于临床，为脑肿瘤患者带来新的希望。