综述：骨架钥匙与特洛伊木马：脑部治疗递送策略回顾

《Frontiers in Cell and Developmental Biology》：Skeleton keys and Trojan horses: a review of therapeutic delivery to the brain

这篇前沿综述系统梳理了突破血脑屏障（BBB）的多种创新递送策略，涵盖了从病毒载体（AAV）、造血干细胞（HSC）到细胞穿膜肽（CPP）、受体介导转运（RMT）及脂质纳米粒（LNP）等前沿技术。文章深入剖析了各类“特洛伊木马”与“骨架钥匙”式技术穿越BBB内皮细胞层（如通过网格蛋白包被囊泡的内吞作用）并最终抵达脑实质的精确机制、各自优势与临床挑战（如AAV的包装容量与免疫原性），为开发神经系统疾病（如阿尔茨海默病、胶质母细胞瘤等）的变革性疗法提供了关键见解。

　　

引言

三千多年前的古埃及人认为大脑无足轻重，甚至在木乃伊制作过程中也不对其进行特殊处理或防腐。时至今日，我们已将大脑视为人体最重要且不可替代的器官。然而，治疗脑部疾病面临的最大挑战之一，正是保护大脑免受感染的血脑屏障（BBB）。BBB是一个复杂而广泛的半透性、高选择性血管网络，它能允许必需分子从血液进入大脑，同时阻挡大多数病原体以及超过98%的潜在治疗药物。随着人类基因组测序的完成，许多神经系统疾病被追溯到单基因，使其成为精准治疗的理想候选。目前，已知的神经系统疾病超过5000种，全球有三分之一的人受其影响，这代表了神经系统疾病治疗领域巨大的未满足需求。遗传医学技术（如反义寡核苷酸（ASO）、基因替代疗法（cDNA）等）虽展现出巨大潜力，但其充分发挥疗效的关键在于能否高效、广泛地穿越BBB。

城堡防御工事：血脑屏障的结构与细胞组成

BBB是一个由内皮细胞、星形胶质细胞和周细胞组成的复杂系统。位于中心的血管在整个大脑中编织成复杂的网络，血管周围是内皮细胞，再外层是周细胞和星形胶质细胞，更外围则是神经元和小胶质细胞。BBB的内皮细胞是治疗药物进入大脑的主要“守门人”，它们之间通过紧密连接和粘附连接相连，缺乏小的跨细胞孔道，这限制了细胞间的物质泄漏，但也使治疗药物难以通过。在阿尔茨海默病等神经退行性疾病中，这些连接会随着疾病进展而遭到破坏。周细胞在调节脑血流和释放信号因子方面起核心作用，影响BBB的结构完整性。星形胶质细胞则通过其终足包围着内皮细胞和周细胞，在大脑废物清除、稳态调节、营养维持和免疫反应中扮演关键角色，并为神经元提供能量底物。神经元是治疗干预的“终极目标”，但要到达这些细胞，治疗药物必须设法穿过或绕过BBB。

穿越迷宫：分子通过BBB的途径

分子和药物通过BBB的途径取决于其大小、电荷、极性和受体识别序列等特性。脂溶性、小且不带电的分子可通过被动扩散穿过BBB，许多小分子药物（如苯巴比妥、替莫唑胺）利用此途径。但由于内皮细胞间的紧密连接，细胞旁路途径的作用有限。对于无法使用上述途径的大多数生物制剂（如寡核苷酸、抗体、AAV等），主要利用载体转运和受体介导的转胞吞作用（RMT）。载体转运利用特定的载体蛋白（如葡萄糖和氨基酸转运蛋白），而RMT则涉及治疗药物与内皮细胞膜上的特定受体（如转铁蛋白受体）结合，启动内吞作用，形成内体，内体携带药物穿越细胞质，最终与细胞膜融合并将内容物释放到脑实质中。此后，治疗药物还必须从内体中逃逸才能发挥作用，否则将被溶酶体降解。

特洛伊木马与骨架钥匙：穿越BBB的递送策略

腺相关病毒

腺相关病毒（AAV）是研究最深入的脑部递送载体。传统的AAV通过脑脊液直接注射（如脑室内注射ICV）以绕过BBB，但往往局限于注射部位。AAV9是早期能够通过静脉注射（IV）穿越BBB的血清型，它通过活跃的转胞吞作用穿越内皮细胞。然而，未修饰的AAV9在人类治疗中存在转导效率有限、包装容量小（约4.7 kb）、可能引发免疫反应以及肝脏靶向等问题。通过定向进化工程化的新型AAV衣壳，如PHP.eB（在鼠类中展示出高效的全脑递送），以及旨在实现特定脑区或细胞类型靶向（如星形胶质细胞、小胶质细胞、兴奋性神经元）的衣壳，正在解决这些挑战。尽管高剂量静脉注射AAV存在安全性风险（如近期STXBP1试验中的患者死亡事件），但优化后的AAV有望实现微创静脉注射下的广泛脑部递送。

造血干细胞

造血干细胞（HSC）疗法巧妙地模仿了“特洛伊木马”的递送方式。患者自身的HSC经过基因改造（通常使用慢病毒载体）后，移植回体内。HSC分化出的单核细胞在神经炎症等条件下，能够通过受损的紧密连接或借助CCR5受体介导的过程穿越BBB，进入脑实质并分化为巨噬细胞或小胶质样细胞。这些细胞随后分泌治疗性蛋白质，供神经元摄取。自2022年以来，已有多种基于HSC的疗法获FDA批准，用于治疗脑性肾上腺脑白质营养不良（CALD）、异染性脑白质营养不良等。这种疗法可能是一次性治疗，显示出持久的疗效。然而，风险包括慢病毒整合可能靠近原癌基因导致继发性恶性肿瘤（如Skysona治疗中观察到的髓系增生异常综合征MDS风险），以及对预处理方案的不良反应。

细胞穿膜肽

细胞穿膜肽（CPP）是短氨基酸序列，像“骨架钥匙”一样，可自身携带或与其他递送载体（如AAV、LNP）结合使用，以增强其穿越BBB的能力。CPP通过吸附介导的转胞吞作用（依赖正电荷与带负电的细胞膜成分相互作用）、受体介导的转胞吞作用或直接穿透（如通过形成倒置胶束或孔道模型）等机制穿越细胞膜。TAT（源自HIV）和Penetratin（源自触角足蛋白）是研究较多的CPP。CPP的应用挑战在于其递送效率可能因所携带的货物而异，且在从动物模型向人类转化时存在不一致性。将CPP与AAV或LNP结合可提高其穿越BBB和脑内分布的可预测性。人工智能（如AlphaFold）辅助预测CPP-货物复合物的结构，有望推动CPP的合理设计。

受体介导的靶向

受体介导的靶向（RMT）策略涉及设计与BBB内皮细胞上特定受体（如转铁蛋白受体（TfR）、低密度脂蛋白受体相关蛋白1（LRP-1））结合的配体，并将该配体与治疗药物连接，通过受体介导的转胞吞作用穿越BBB。例如，JCR制药公司的IZCARGO（用于治疗粘多糖贮积症II型）是一种与抗TfR抗体融合的酶替代疗法。Denali Therapeutics也开发了基于TfR的药物递送平台（如用于亨特综合征的疗法）。靶向LRP-1的Angiopep-2肽已在神经胶质瘤的临床试验中应用。这种方法的挑战在于受体在身体其他部位也有表达，可能导致脱靶递送，且并非所有治疗货物都适合与靶向配体结合。

脂质纳米粒

脂质纳米粒（LNP）是直径约50-200纳米的球形颗粒，由聚乙二醇化脂质、胆固醇等组成，可封装mRNA、蛋白质等治疗货物。LNP主要通过内吞作用进入细胞，其包封的离子化脂质有助于内体逃逸。在COVID-19 mRNA疫苗中成功应用后，LNP的安全性得到验证。近年来，LNP在脑部递送方面取得进展。通过在其表面展示特定配体（如RVG29、T7、AP2、载脂蛋白E（ApoE）），LNP能够通过受体介导的转胞吞作用、吸附介导的转胞吞作用或载体介导的转胞吞作用穿越BBB。新开发的脑靶向LNP（BLNPs）库显示了多次注射的安全性和良好的脑分布，为需要重复给药的神经系统疾病（如神经发育障碍）的治疗带来了希望。

打开主门：BBB的物理性绕过

聚焦超声（FUS）是一种物理方法，通过静脉注射微泡并结合靶向超声波，使微泡振荡，暂时性地 loosens BBB内皮细胞间的紧密连接，从而增加治疗药物的渗透。这种方法模拟了晚期神经退行性疾病中BBB被削弱的状态，但作用是暂时和可控的。FUS可用于增强单次给药疗法（如病毒载体）的递送，但对于需要重复给药的疗法，其长期对BBB完整性的潜在影响需要评估。FUS目前正在胶质母细胞瘤和阿尔茨海默病等疾病的临床试验中进行研究。

扬起旗帜：BBB递送的未来

过去几十年间，基因编辑和脑部递送技术取得了惊人进展。AAV、HSC、CPP、RMT、LNP和FUS等递送模式各具优势，且它们之间的协同作用（如CPP增强LNP递送，FUS辅助初始分布）正成为新的研究方向。人工智能将加速新型肽、AAV衣壳的设计和优化。随着对大脑结构和功能理解的加深，以及对递送载体的持续优化，治疗大多数神经系统疾病的潜力正在变为现实。这些递送系统的进步也将反过来加深我们对大脑发育、结构和疾病机制的理解。