《International Journal of Pharmaceutics: X》：Precision engineering of nanocarriers for transport across complex biological barriers
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生物屏障对维持组织稳态和保护器官免受有害外界因子至关重要；然而，它们也是治疗药物高效递送的主要障碍。血脑屏障（BBB）、眼屏障、黏膜屏障和血管内皮屏障表现出高度选择性通透性，限制小分子药物和生物药物（biopharmaceuticals）的转运，从而限制组织生
生物屏障对维持组织稳态和保护器官免受有害外界因子至关重要；然而，它们也是治疗药物高效递送的主要障碍。血脑屏障（BBB）、眼屏障、黏膜屏障和血管内皮屏障表现出高度选择性通透性，限制小分子药物和生物药物（biopharmaceuticals）的转运，从而限制组织生物利用度、降低治疗效果并增加全身不良反应风险。纳米技术的进展使精准工程化纳米载体能够通过合理优化其理化性质及与生物界面的相互作用来克服这些屏障。本综述全面探讨旨在穿越复杂生物屏障的纳米载体基药物递送系统（DDSs）的最新进展，重点关注转运机制、工程策略、临床转化和未来研究方向。研究人员将屏障解剖学与生理学同纳米载体转运联系起来，并评估针对特定屏障的策略，包括用于BBB的受体介导转胞吞（RMT）和聚焦超声（FUS）辅助可逆调制、用于眼部递送的黏膜黏附和两亲性系统、黏液穿透以及内皮转运。研究人员讨论了粒径、形态、表面电荷、配体功能化（ligand functionalization）和刺激响应性如何影响屏障转运和治疗性能。临床转化通过已批准制剂和正在进行的临床试验证据进行讨论。未来方向包括人工智能（AI）辅助设计、纳米-生物界面（nano-biointerface）相互作用的预测建模、基于细胞膜的仿生纳米载体（biomimetic nanocarriers）以及针对患者特异性屏障特征的纳米医学。这些进展可能为常规药物递送未能充分解决的疾病提供更安全、更有效的治疗。
论文解读：
研究背景：人体通过物理屏障、生化屏障和主动防御机制维持组织稳态，保护内部器官免受病原体、毒素等有害外界因子影响。代表性屏障包括保护中枢神经系统的BBB、维持眼特异微环境的血视网膜屏障（BRB），以及胃肠道和呼吸道黏膜屏障。这些屏障虽为生理功能所必需，却也是现代医学中有效药物递送的最大挑战之一。常规小分子药物因分子大小、亲脂性和电荷限制难以被动扩散穿越屏障；蛋白质、肽、抗体和核酸类药物则受紧密连接、主动外排转运和酶降解限制。全身给药后，很多治疗剂仅极少量到达靶组织，例如静脉给药药物通常不足0.1%到达脑，既限制疗效又增加脱靶毒性风险。纳米技术基药物递送系统可保护治疗载荷、延长循环、控制释放并增强组织特异性递送。第一代纳米药物主要改善溶解度、药代动力学和循环时间；当代平台则整合受体靶向配体、刺激响应材料和仿生表面工程。脂质纳米颗粒（LNPs）在COVID-19 mRNA疫苗中的成功，证明了纳米载体介导核酸治疗剂胞内递送的临床可行性。因此，研究人员综述影响治疗递送的主要生理屏障及其纳米载体设计原则，并评估临床转化格局和未来方向。
研究方法和主要关键技术方法：研究人员通过结构化检索PubMed/MEDLINE、Scopus和Google Scholar，纳入2020年1月至2026年6月英文文献；早期研究若仍为机制或药代动力学概念的主要来源也被纳入。检索词将屏障相关概念（“BBB”“BRB”“黏膜屏障”“黏液穿透”“血管内皮”）与载体和转运概念（“纳米颗粒”“纳米载体”“脂质纳米颗粒”“RMT”“FUS”“蛋白冠”“细胞膜包被”“仿生纳米载体”）及转化概念（“临床试验”“临床转化”“关键质量属性”）结合。研究人员手动筛选所获综述参考文献，并检索ClinicalTrials.gov确认所述纳米载体制剂开发状态。纳入标准为研究定义转运机制、指定实验模型并报告定量递送或疗效数据；多个研究支持同一结论时，优先采用最生理相关模型或最先进开发阶段者。该综述为叙述性而非系统性综述，引用文献具代表性而非穷尽性。
研究结果：
2.1 血脑屏障（BBB）：BBB由脑微血管内皮细胞通过特化紧密连接形成，并与周细胞、星形胶质细胞终足及细胞外基质构成神经血管单元（NVU）。该结构严重限制多数治疗剂，尤其大分子和亲水或带电化合物的被动扩散，是阿尔茨海默病、帕金森病和原发或转移性脑肿瘤等中枢神经系统疾病治疗的主要障碍。
2.1.1 受体介导转胞吞（RMT）：RMT利用转铁蛋白受体（TfR）、胰岛素受体和低密度脂蛋白受体相关蛋白（LRP）家族成员等内源性转运通路。配体-受体结合触发内吞、囊泡运输和转胞吞。其优势是不破坏屏障完整性并具分子选择性。但存在亲和力悖论：过强受体结合促进溶酶体隔离或胞内滞留，降低转胞吞效率。TfR靶向免疫脂质体可增加脑内皮细胞摄取，但完整脂质体实质转胞吞证据有限。TfR1并非BBB特异，且小鼠与人脑微血管RMT受体丰度存在差异。临床方面，pabinafusp alfa在日本获批，tividenofusp alfa获美国FDA批准；ANG1005 II期未达疗效终点；SGT-53进入临床评价。总体上，RMT分子治疗剂已证明可转化至人体，但RMT靶向纳米载体仍处早期临床阶段。
2.1.2 低强度聚焦超声（FUS）：FUS结合系统给药微泡，通过机械性空化瞬时、可逆开放BBB，增加旁细胞和跨细胞通透性。其优势为空间控制、受体非依赖，可递送不同大小和理化性质的治疗剂。临床前研究显示可增强小分子、抗体、核酸及多种纳米载体递送。临床研究已证明重复、可逆开放具可接受安全性，并增强曲妥珠单抗递送、改善aducanumab区域效应；MR引导FUS联合脂质体阿霉素已用于高级别胶质瘤，植入式超声装置使声处理脑组织中纳米白蛋白结合紫杉醇浓度提高约3.7倍。局限包括声压、频率、微泡、颅骨和装置参数依赖，开放窗口可变，需标准化和实时监测。
2.1.3 细胞膜仿生递送：巨噬细胞和中性粒细胞可响应神经炎症趋化信号穿越BBB，研究人员开发“特洛伊木马”递送系统；红细胞膜包被纳米颗粒主要延长循环和免疫逃逸，但通常需额外BBB靶向配体。中性粒细胞介导纳米颗粒改善胶质瘤递送，红细胞膜包被并功能化BBB靶向肽的纳米颗粒增强脑积累和胶质瘤治疗。细胞膜包被纳米颗粒已在非中枢神经系统适应症进入临床开发，但BBB穿越和中枢神经系统递送仍主要为临床前。
2.2 眼屏障：眼屏障分为前节和后节屏障，包括角膜、结膜、巩膜等静态屏障，以及泪液转换、结膜血液和淋巴清除、血眼屏障等动态屏障。角膜三层结构为脂溶性上皮、亲水基质和脂溶性内皮，是局部递送主要障碍。
2.2.1 黏膜黏附/黏液穿透眼纳米载体：黏膜黏附聚合物如壳聚糖或透明质酸可延长角膜前滞留；但过强黏附可限制到达上皮。黏液穿透颗粒通过小粒径和低亲和亲水表面减少黏蛋白相互作用。两亲性纳米载体可跨角膜交替层。兔模型中透明质酸包被壳聚糖纳米颗粒使地塞米松眼生物利用度提高约2.14倍；黏液穿透纳米颗粒增强loteprednol暴露。KPI-121已获FDA批准用于术后眼炎症和干眼病。总体需平衡滞留与穿透。
2.2.2 局部后节纳米载体：BRB由视网膜血管内皮内屏障和视网膜色素上皮（RPE）外屏障组成，限制系统药物进入视网膜。玻璃体内注射仍为标准但有创。局部纳米载体经角膜或结膜-巩膜途径递送。80 nm脂质体局部给药后到达RPE，较大颗粒穿透有限；PLGA纳米颗粒和penetratin系统可实现视网膜递送；提高PLGA-PEG纳米颗粒表面亲水性增强结膜-巩膜转运和脉络膜-视网膜分布，在兔视网膜新生血管模型中产生与玻璃体内给药相当疗效。OCS-01在早期临床改善视力和黄斑厚度，但III期DIAMOND-1和DIAMOND-2未达主要终点。目前无局部后节纳米载体获批。
2.3 黏膜和血管屏障：黏膜屏障覆盖胃肠道、呼吸道和生殖道，黏液层由黏蛋白、脂质、电解质、抗菌肽和免疫因子组成，限制纳米颗粒转运。
2.3.1 黏膜黏附/黏液穿透纳米载体：设计具部位依赖性。黏膜黏附系统延长局部滞留；黏液穿透系统通过PEG化或两性离子表面促进扩散。口服硫醇化壳聚糖包被纳米颗粒使多西他赛生物利用度从6.5%提高至68.9%；PEG化DNA纳米颗粒改善气道分布和基因转移。临床中，吸入CFTR mRNA-LNP的MRT5005完成I/II期但肺功能无一致改善，ARCT-032和RCT2100进入II期；ARIKAYCE穿透呼吸道黏液和生物膜并获批准。总体存在滞留与上皮进入的权衡。
2.3.2 上皮通透性增强纳米载体：壳聚糖和硫醇化衍生物可抑制酶降解并可逆调节紧密连接，增强旁细胞转运。壳聚糖和zonula occludens toxin衍生肽功能化纳米载体改善糖尿病大鼠口服胰岛素吸收；硫醇化壳聚糖纳米颗粒使口服胰岛素生物利用度约16%。Nodlin? I期显示降糖但吸收个体差异大，Oshadi-Icp和脂质体肝导向胰岛素进入II期。直接依赖可逆紧密连接调节的纳米颗粒尚未获临床验证。
2.3.3 血管通透性调节：早期纳米医学依赖增强渗透滞留（EPR）效应，但中位肿瘤递送低于注射剂量1%，且活体成像提示若干肿瘤模型中纳米颗粒外渗主要经主动内皮转胞吞而非内皮间隙被动移动。iRGD激活α
v-整合素/神经纤毛蛋白-1依赖转运通路，增加共递送治疗剂肿瘤穿透；CEND-1在转移性胰腺癌I期增强吉西他滨和白蛋白结合紫杉醇递送。CYT-6091在晚期实体瘤I期可行并可在肿瘤活检中检测到。主要限制是空间和时间控制。
2.3.4 机械响应血管靶向：利用狭窄或血栓血管的高剪切应力触发药物靶向释放，不依赖受体表达。剪切激活纳米颗粒聚集体在生理流下稳定，在病理剪切下释放载药纳米颗粒；小鼠肺栓塞模型中tPA负载剪切激活纳米颗粒恢复血流并在更低剂量下实现溶栓。兔颈动脉闭塞模型中与临时血管内旁路联合改善再通。红细胞搭便车可增加肺递送最高120倍。该策略仍处临床前，需控制粒径、机械稳定性、激活阈值和可放大制造。
3 纳米颗粒设计策略与理化性质：粒径、形态、表面电荷、蛋白冠、配体功能化和刺激响应性共同决定循环、摄取、屏障转运、生物分布和胞内运输。
3.1 粒径、形态和流体动力学行为：约10至100 nm的纳米载体在延长循环和有效组织穿透间较有利；小于约10 nm经肾快速清除，较大颗粒易被单核吞噬细胞系统（MPS）清除。形态影响血流行为和细胞相互作用，但受尺寸、变形性、表面组成和流变条件影响，非球形本身不必然赋予优势。
3.2 表面电荷优化与蛋白冠生物身份：高阳离子表面增强结合和摄取，但增加毒性、非特异相互作用和免疫清除；中性或略阴离子表面改善循环和生物相容性。电荷可切换设计可在循环中近中性，在疾病刺激下反转电荷。蛋白冠在生物流体中迅速形成并改变纳米载体生物身份；ApoE富集可促进LRP相互作用和BBB转运，但体内蛋白冠组成难以精确稳定控制。
3.3 配体工程与结合亲和力悖论：配体密度、空间取向、可及性和亲和力共同影响受体识别、摄取和胞内运输。配体密度不足导致受体结合弱，过高可致受体饱和、空间位阻、聚集或非特异相互作用。过强亲和力促进内化但常损害转胞吞，稳定配体-受体复合物易滞留于内体或溶酶体。
3.4 刺激响应与仿生智能系统：刺激响应纳米载体利用肿瘤和内体酸性pH、升高的胞内谷胱甘肽（GSH）和增强的基质金属蛋白酶（MMP）活性触发结构转化、解离或药物释放。仿生纳米载体以红细胞、白细胞、干细胞等质膜包被，保留天然膜蛋白和表面抗原，以逃避免疫清除、延长循环并促进靶向相互作用。
4 临床应用与临床转化：已批准代表包括Doxil?和Abraxane?，其优势主要来自改变生物分布和改善耐受性，而非跨过原本不可渗透屏障。LNPs在Comirnaty?和Spikevax?等mRNA疫苗中成功，Onpattro?为首个LNP小干扰RNA（siRNA）治疗剂。BBB方面，tividenofusp alfa于2026年获美国加速批准，pabinafusp alfa于2021年在日本获批，机制均为RMT递送蛋白-受体融合物而非纳米颗粒。FUS介导BBB开放继续临床评价。眼和黏膜方面，KPI-121和ARIKAYCE获FDA批准；OCS-01III期未达主要终点。血管方面，EndoTAG-1进入III期，CYT-6091 I期可行。临床失败案例表明，肿瘤积累改善未必在患者重现，附加靶向功能未必优于非靶向制剂。制造与控制方面，结构越复杂，关键质量属性越多，配体密度、取向、膜蛋白保留等难以精确测量，放大生产也受自组装动力学影响。已批准纳米载体平台结构相对简单。
5 未来研发方向与前景：未来方向包括仿生纳米载体、工程化细胞外囊泡和外泌体、AI和机器学习辅助优化、数字孪生模拟患者特异性血管结构、组织生理和药物转运，以及患者特异性精准纳米医学和诊疗一体化。挑战包括连续微流控生产、长期生物分布、生物降解、免疫原性和监管框架。
6 结论：讨论部分强调，临床转化需区分屏障跨越、组织积累、细胞摄取和功能性治疗递送；结构复杂性带来表征、重现性和监管负担，且不一定转化为疗效优势；未来需测量方法、预测模型和分析方法支持复杂载体的规范控制。
研究结论部分翻译：纳米载体介导递送的核心问题不是生物屏障能否被跨越，而是跨越能否可靠地产生足以支持临床使用的治疗获益。本综述汇集证据表明，这一点已经实现，但实现情形比临床前文献广度所提示的更窄，且多数情况下所用方法在结构上比当前最受关注的方法更简单。按临床验证阶段而非机制复杂程度评估，所讨论策略分为三组：最强证据支持黏液穿透颗粒系统，其密集PEG化眼科制剂已基于转运机制本身获监管批准；白蛋白介导内皮转胞吞已临床使用十余年；BBB受体介导转胞吞在转铁蛋白受体靶向酶融合物于2021年日本和2026年美国获批用于黏多糖贮积症II型神经表现后得到支持。中等证据支持FUS介导屏障调节，其临床可行性、耐受性和重复给药已建立，但归因于增强递送的治疗获益尚未在对照疗效终点中证明。其余策略，包括细胞膜仿生递送、工程化细胞外囊泡、刺激响应结构、刻意蛋白冠工程、机械响应血管靶向和形态优化，仍主要基于临床前数据，且尚无一项进入屏障跨越应用的晚期临床评价。EPR效应处于特殊位置：它不是等待验证，而是作为设计前提需要修正，因为报道的中位肿瘤递送低于注射剂量1%，且证据显示外渗主要经主动内皮转胞吞而非经内皮间隙被动移动。若干未解决问题决定该领域轨迹：RMT普适性未知，已批准例子为单基因病、单一酶载荷且脑脊液标志物可直接测量，尚不清楚多基因或异质性中枢神经系统疾病能否取得相当递送，也不清楚纳米颗粒能否完成蛋白-受体融合物已完成的任务；尚无经验证的定量关系连接组织积累与功能性治疗效应；蛋白冠组成能否在不同生物流体、疾病状态和给药条件下以足够重现性控制尚不清楚；结构复杂性的治疗回报未量化，若干主动靶向平台在临床评价中未显示优于相应非靶向制剂；临床前模型的预测有效性仍是转化主要障碍，整合人屏障组织的微生理系统能否减少失败尚未确定。总体而言，该领域进展更多来自识别在人体生理中稳健运行的转运机制，并工程化能够利用这些机制的最简单构造，而非增加纳米载体结构复杂性。未来最有价值的贡献可能不是额外设计元素，而是测量：区分屏障跨越与功能性递送的测定、预测人体屏障转运的模型，以及能够按监管批准要求规定复杂载体属性的分析方法。
