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血脑屏障（BBB）药物运输难题亟待解决，研究人员聚焦其生理学及药物运输展开研究。发现内源性受体介导转运（RMT）和载体介导转运（CMT）系统，开发分子特洛伊木马（MTH）等技术。成果用于治疗中枢神经系统（CNS）疾病，意义重大。
在神经科学领域，血脑屏障（Blood - Brain Barrier，BBB）一直是一个关键且充满挑战的研究对象。血脑屏障就像一道坚固的城墙，保护着大脑免受血液中有害物质的侵害，但这也给治疗中枢神经系统（Central Nervous System，CNS）疾病的药物运输带来了巨大阻碍。许多原本有效的药物，因为无法顺利穿过血脑屏障，难以抵达大脑发挥作用，使得中枢神经系统疾病的治疗进展缓慢，患者承受着极大的痛苦。比如常见的阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病，以及脑部肿瘤等疾病，治疗药物的研发和应用都受到血脑屏障的限制。因此，如何突破血脑屏障对药物运输的阻碍，成为了生命科学和健康医学领域亟待解决的重要问题。
为了攻克这一难题，来自美国加利福尼亚大学洛杉矶分校（University of California, Los Angeles，UCLA）等机构的研究人员，在威廉?M?帕德里奇（William M. Pardridge）的带领下，展开了一系列深入且富有成效的研究。他们的研究成果对推动血脑屏障生理学和药物运输领域的发展具有极其重要的意义，相关研究发表在《Fluids and Barriers of the CNS》杂志上。
研究人员采用了多种关键技术方法来开展研究。在研究初期，使用脑摄取指数（Brain Uptake Index，BUI）方法研究血脑屏障的运输。后来，通过分离动物和人类尸检大脑的毛细血管，深入探究血脑屏障的细胞生物学特性。此外，还运用了基因组学和蛋白质组学技术，以挖掘血脑屏障相关的基因和蛋白质。在药物运输技术开发方面，利用基因工程构建各种融合蛋白和脂质体进行实验。
研究结果如下：
- 血脑屏障营养物质运输研究：
- 对血脑屏障营养物质运输的研究，聚焦于葡萄糖和氨基酸的载体介导转运（Carrier - Mediated Transport，CMT）。结合体内毛细血管生理运输原理与酶动力学方程，深入剖析了营养物质在血脑屏障运输的动力学机制，揭示了大脑中间代谢的分子调控机制。
- 从细胞层面进一步研究，利用人类尸检大脑分离的毛细血管，探究氨基酸在人类血脑屏障的运输动力学。之后深入到分子生物学层面，成功克隆了 GLUT1 葡萄糖转运蛋白、LAT1 大中性氨基酸转运蛋白和 CNT2 嘌呤核苷转运蛋白等，这些转运蛋白由溶质载体（Solute Carrier，SLC）基因家族编码。
- 为了筛选能有效穿过血脑屏障并作用于脑细胞的小分子药物，提出了双轨高通量筛选方法。该方法基于对克隆的血脑屏障转运蛋白底物转运谱（Substrate Transporter Profile，STP）和体内 CMT 运输 STP 的了解，旨在分离出对脑细胞药物靶点和血脑屏障 CMT 系统都具有高亲和力的药物先导化合物。
- 分子特洛伊木马（Molecular Trojan Horse，MTH）技术开发：
- 从 1980 年开始，研究人员开发了分离脑毛细血管的方法，并鉴定了血脑屏障上的多种受体，如胰岛素受体、转铁蛋白受体、胰岛素样生长因子受体和瘦素受体等。基于对血脑屏障胰岛素受体的研究，提出了受体介导转运（Receptor - Mediated Transport，RMT）胰岛素从血液到大脑的假说。
- 在此基础上，产生了利用内源性肽作为分子特洛伊木马，通过内源性 RMT 系统运输药物穿过血脑屏障的想法，并开发出针对血脑屏障转铁蛋白受体（Transferrin Receptor，TfR）或胰岛素受体的受体特异性拟肽单克隆抗体（Monoclonal Antibody，MAb）作为血脑屏障 MTH。
- 随后，对这些 MAb 进行基因工程改造，表达和验证了嵌合和人源化形式的抗体，如针对人胰岛素受体的 HIRMAb。利用这些技术，成功构建了多种 IgG 融合蛋白，包括神经营养因子、治疗性抗体、溶酶体酶和诱饵受体等，并在多种中枢神经系统疾病的啮齿动物模型中进行研究。
- MTH 技术应用于 IgG 融合蛋白的研究成果在临床试验中得到验证。例如，valanafusp alpha 和 lepunafusp alfa 用于治疗 Hurler 综合征（MPSI），pabinafusp alfa 用于治疗 Hunter 综合征（MPSII），其中 pabinafusp alfa 成为首个被监管机构批准用于治疗 Hunter MPSII 综合征的脑穿透性生物制剂。此外，AGT - 194（一种与棕榈酰蛋白硫酯酶 - 1 融合的脑穿透性 IgG 融合蛋白）在神经元蜡样质脂褐质沉积症 1 型（CLN1 疾病）患者的同情用药中也显示出疗效。
- 特洛伊木马脂质体（Trojan Horse Liposomes，THLs）技术应用：
- 基于血脑屏障穿透性受体特异性分子特洛伊木马的发现，设计了 THLs 用于将质粒 DNA 非病毒、非侵入性地递送至大脑。在成年恒河猴实验中，静脉注射包裹报告基因的 THLs，实现了转基因在灵长类动物大脑各部位的全面表达。
- THLs 技术在多种神经疾病模型中得到应用。在治疗实验性脑癌时，将编码针对表皮生长因子受体（Epidermal Growth Factor Receptor，EGFR）mRNA 的短发夹 RNA（short hairpin RNA，shRNA）的质粒 DNA 封装在 THLs 中，并利用 HIRMAb 和 TfRMAb 特洛伊木马靶向小鼠脑中的人类癌症，每周治疗可使颅内脑癌小鼠的生存时间增加 100%。在 GUSB 基因敲除小鼠中，通过 TfRMAb 靶向的 THL 将 GUSB 表达质粒 DNA 递送至大脑，实现了溶酶体酶葡萄糖醛酸酶（Glucuronidase，GUSB）的治疗水平。在帕金森病（Parkinson’s Disease，PD）实验大鼠模型中，静脉注射携带编码胶质细胞源性神经营养因子（Glial - derived Neurotrophic Factor，GDNF）质粒 DNA 的 THLs，通过将 GDNF 基因置于酪氨酸羟化酶基因启动子的影响下，使 GDNF 转基因的表达局限于纹状体，显著减轻了 PD 症状。
- 血脑屏障基因组学和蛋白质组学研究：
- 为了促进新的血脑屏障基因的发现，研究人员将新兴的基因组学技术应用于血脑屏障领域。利用抑制性消减杂交方法发现了大鼠血脑屏障特异性基因，该技术也应用于人类血脑屏障研究。通过这些研究，分离出了一种编码新型阴离子转运蛋白的未知基因，命名为血脑屏障特异性转运蛋白 1 型（BBB specific transporter type 1，BSAT1），现在 SLC 基因家族命名法中称为 SL01C1，它对有机阴离子和甲状腺素具有独特的双亲和力。
- 研究还扩展到基于蛋白质组学的方法来发现新的血脑屏障基因，这些关于血脑屏障基因组学 / 蛋白质组学的研究有助于理解脑微血管在脑部疾病中的作用，并为脑药物递送发现新的靶点。
研究结论和讨论部分指出，威廉?M?帕德里奇在血脑屏障研究领域的贡献是多方面且具有开创性的。他的研究成果为中枢神经系统疾病的治疗开辟了新的途径，分子特洛伊木马技术、特洛伊木马脂质体技术以及对血脑屏障营养物质运输和基因组学 / 蛋白质组学的深入研究，为开发新一代脑穿透性生物制剂提供了坚实的理论基础和技术支持。他的工作不仅在学术界产生了深远影响，还推动了生物技术产业的发展，其创立的 ArmaGen Inc. 公司基于分子特洛伊木马技术，为中枢神经系统疾病的治疗提供了新的可能。他作为导师，培养了众多优秀的科研人才，激励着无数科学家继续在这一领域探索，为攻克中枢神经系统疾病而努力。他的研究成果和科学精神将永远铭刻在血脑屏障研究的历史长河中，为后续研究指引方向，不断推动该领域向前发展，为人类健康事业做出更大的贡献。
