综述：纳米递送策略用于热量限制模拟物在年龄相关神经退行性疾病中

《Ageing Research Reviews》：Nanodelivery Strategies for Caloric Restriction Mimetics in Age-Associated Neurodegeneration

　　

脑衰老主要与认知功能下降有关，并且是多种神经退行性疾病（NDDs）的主要风险因素。衰老的主要标志包括氧化应激、慢性神经炎症、线粒体功能障碍和蛋白质稳态失衡。尽管热量限制（CR）已一致显示出神经保护作用，但其在人类中的长期效果仍具挑战性。因此，热量限制模拟物（CRMs）如二甲双胍（metformin）、亚精胺（spermidine）和姜黄素（curcumin）因其能够重现CR的关键分子效应而被广泛使用。尽管具有治疗效果，CRMs的临床转化因其较差的生物利用度、快速代谢、低水溶性以及低效的血脑屏障（BBB）穿透能力而受到显著限制。基于纳米颗粒的药物递送系统为解决这些限制提供了有前景的方法。聚合物、脂质体和脂质基纳米载体可通过受体介导的转胞吞作用（receptor-mediated transcytosis）进行工程化设计，以增加BBB转运并实现靶向和持续的药物释放。将CRMs封装于纳米颗粒中，通过提高其稳定性和生物利用度并减少系统性降解，改善了其药代动力学（pharmacokinetic）和药效学（pharmacodynamic）特征。此外，CRMs的靶向递送已被证明可调节衰老相关通路，这些通路对维持神经元完整性和突触功能至关重要。本综述强调了负载CRM的纳米载体作为延缓脑衰老和年龄相关疾病的治疗新系统的潜力。此外，还讨论了优化脑靶向递送以实现在年龄相关NDDs中成功临床转化的当前挑战和未来展望。

1. 引言
脑衰老是一个复杂的生物学过程，其特征为神经元完整性下降以及维持系统和细胞稳态的能力受损，导致多种疾病。在所有器官系统中，大脑因其高代谢率、有限的再生能力和复杂结构而特别易受影响。衰老的标志在脑中主要表现为氧化应激、线粒体功能障碍和蛋白质稳态失衡。氧化应激源于活性氧（ROS）产生与抗氧化防御通路之间的失衡，导致脂质过氧化、蛋白质氧化和DNA损伤。线粒体功能障碍加剧了这一过程，通过损害ATP产生并增加ROS生成，破坏细胞和分子稳态。蛋白质稳态的丧失涉及蛋白质的错误折叠、聚集和积累，导致蛋白毒性。这与自噬和溶酶体降解通路的受损密切相关。慢性低度神经炎症，通常称为“炎性衰老”，通过持续的小胶质细胞激活和促炎细胞因子的释放在驱动神经元功能障碍中起关键作用。其他贡献标志包括基因组不稳定性、表观遗传改变、端粒损耗、干细胞耗竭、细胞间通讯改变和细胞衰老。这些过程高度相互关联，共同破坏神经元稳态、突触可塑性和认知功能，最终加速NDDs的发生和进展。
血脑屏障（BBB）是一个高度选择性和严格调控的界面，由内皮细胞、周细胞和星形胶质细胞足突形成。BBB限制大多数药物化合物进入中枢神经系统（CNS）。机械上，BBB的内皮细胞通过紧密连接（由occludin、claudins如claudin-3和claudin-5以及zonula occludens-1（ZO-1）组成）相互连接，以最小化旁细胞扩散。Claudin-3是紧密连接的形态决定因子，claudin-5是BBB的中央紧密连接蛋白，作为分子门控限制小于约1 kDa的小分子通过。Occludin是一种调节蛋白，通过ZO-1等支架蛋白将连接复合物锚定至肌动蛋白细胞骨架。ZO-1是一个细胞质支架蛋白，锚定跨膜蛋白至肌动蛋白，维持屏障完整性。此外，屏障稳定性由星形细胞和周细胞增强。主动外排系统如P-糖蛋白（P-glycoprotein）利用ATP将异物和药物泵回血流。其他外排转运蛋白如乳腺癌耐药蛋白（BCRP/ABCG2）和多药耐药相关蛋白（MRPs/ABCC家族）也起关键作用。为克服这些挑战，已开发多种抗衰老策略，其中热量限制（CR）和间歇性禁食（IF）是最有力的非药物干预措施。CR定义为减少20-60%的热量摄入，可延长寿命并延缓年龄相关病理。CRMs如二甲双胍、亚精胺、姜黄素和白藜芦醇可调节衰老相关通路，但由于生物利用度差、水溶性低、代谢快和BBB穿透有限，临床转化受阻。纳米技术提供了新机遇，纳米载体可表面功能化以促进受体介导的转胞吞作用，改善脑特异性药物递送。本综述聚焦于纳米颗粒（NP）介导的CRM递送用于治疗脑衰老和年龄相关NDDs。

2. 热量限制模拟物（CRMs）作为抗衰老和神经保护候选物
一些模拟CR特性的生物活性化合物包括多酚（姜黄素、白藜芦醇、槲皮素、EGCG）和多胺（亚精胺）以及NAD+前体，它们作为CRMs发挥作用。它们增强自噬和抗氧化特性，激活关键长寿通路如AMPK和SIRT1通路。CRMs通过多种分子机制发挥神经保护作用。白藜芦醇激活SIRT1（NAD⁺依赖性去乙酰化酶），调节线粒体生物发生、应激抵抗和神经元存活，同时激活AMPK改善能量稳态和自噬。姜黄素通过激活核因子红系2相关因子2（Nrf2）和抑制NF-κB信号，减少ROS积累和炎症。槲皮素通过直接清除自由基和激活Nrf2信号，调节PI3K/Akt和MAPK通路。雷帕霉素通过抑制mTOR通路诱导自噬，清除错误折叠蛋白。亚精胺通过乙酰转移酶抑制和线粒体质量控制诱导自噬。CRMs也调节神经炎症，抑制小胶质细胞和星形胶质细胞激活，减少炎症介质，增加神经营养信号如BDNF和CREB。然而，CRMs本身的药代动力学特性差：白藜芦醇水溶性约0.05 mg/ml，口服后血浆浓度<10 ng/ml；姜黄素口服生物利用度约1%，半衰期28-45分钟；槲皮素水溶性1.53-12.5 mg/L，绝对生物利用度约16%；亚精胺口服后血浆浓度低；二甲双胍口服生物利用度55±16%。纳米载体封装可改善这些限制。

2.1. CRMs的纳米制剂用于增强抗衰老和神经保护潜力
聚合物纳米颗粒（NP）由可生物降解的聚合物如聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）、聚乙二醇（PEG）和聚己内酯组成，可控制药物释放速率并提高稳定性。脂质体是由脂质双层构成的球形囊泡，可改善生物利用度和控制药代动力学。脂质基NP由磷脂、胆固醇和离子化脂质组成，促进细胞摄取和内涵体逃逸。NP进入生物系统后自发吸附蛋白质形成蛋白冠，可能阻碍靶向配体与受体结合，并影响免疫识别。PEG化可减少蛋白冠形成和免疫清除。

3. 纳米颗粒的表面修饰用于脑靶向递送
纳米载体的表面特性决定其命运。PEG化是最常用的亲水表面修饰方法，减少调理作用和免疫识别，延长循环时间。配体偶联策略包括将靶向基团如肽、抗体和载脂蛋白偶联至NP表面，通过受体介导的转胞吞作用提高选择性和摄取。例如，RVG29肽修饰的NP可靶向烟碱型乙酰胆碱受体（nAChR），增强BBB穿透。转铁蛋白（Tf）和乳铁蛋白（LfR）也是常用配体。NP的形状（球形、棒状）、大小（<200 nm有利于BBB穿透）、表面电荷（适度负电荷-20至-30 mV维持稳定性和减少聚集）以及形态修饰（核壳结构、多孔表面、PEG化）显著影响治疗效果。ROS响应性NP可在氧化应激条件下实现位点特异性药物释放。

3.1. 基于配体的NP脑靶向递送
NP可通过口服、鼻内和静脉途径给药。口服需克服肠道屏障和BBB，NP可通过转胞吞和淋巴转运绕过肝脏首过代谢。鼻内递送通过嗅觉通路绕过BBB，实现快速吸收和高生物利用度。NP跨越BBB的机制包括被动扩散（仅限小分子）、载体介导转胞吞（例如葡萄糖转运蛋白GLUT1）、吸附介导转胞吞（通过阳离子蛋白与内皮细胞负电荷表面相互作用）和受体介导转胞吞（RMT）。RMT通过抗体或肽配体与转铁蛋白受体（TfR）、胰岛素受体、低密度脂蛋白受体相关蛋白1（LRP1）等结合实现。研究显示，转铁蛋白修饰的固体脂质NP（SLN）使BBB通透性增加1.5倍；RVG29修饰的聚多巴胺NP在帕金森病（PD）模型中减少α-突触核蛋白聚集和ROS，改善运动功能。超声介导的BBB开放可暂时增强NP递送，研究提示5-6 nm的金NP（AuNP）最适合高效穿透。

4. 脑区域特异性靶向递送NP
配体修饰的CRM负载NP可靶向特定脑区。例如，乳铁蛋白包被的姜黄素自组装NP通过鼻内递送先在嗅球积累，随后分布至皮层和海马，在阿尔茨海默病（AD）模型中产生神经保护作用。血管肽-2（angiopep-2）修饰的红细胞膜包被NP通过识别LRP-1受体介导转胞吞，在白藜芦醇递送中实现脑积累浓度8.85±0.03 μg/g，显著高于游离药物，并改善认知功能。海马靶向蛋白（Ht）如胰岛素融合蛋白可用于靶向海马神经元。

5. 年龄相关疾病的纳米神经治疗学

5.1. 阿尔茨海默病（AD）
AD的特征是Aβ斑块和tau蛋白积累。转铁蛋白修饰的介孔硒纳米载体负载二甲双胍（Met@MSe@Tf）在AD小鼠模型中增强Aβ降解、减少神经炎症，并将小胶质细胞从M1促炎状态转变为M2保护状态，恢复树突棘密度，提高细胞存活率（从41%至90%），并改善认知。槲皮素通过固体脂质NP和脂质体递送可减少神经毒性、氧化应激并改善记忆。白藜芦醇固体脂质NP包被抗转铁蛋白受体单克隆抗体（OX26 mAb）可减少Aβ_1-42聚集26%。姜黄素脂质体抑制线粒体功能障碍，固体脂质NP提高生物利用度。环糊精封装姜黄素可防止突触核蛋白淀粉样蛋白形成。槲皮素硒纳米复合物具有抗淀粉样蛋白活性。金-槲皮素NP抑制PI3K/Akt/mTOR/GSK-2β通路。表没食子儿茶素-3-没食子酸酯（EGCG）通过PEG化PLGA NP递送可延长循环时间。非瑟酮（fisetin）Pluronic-PAMPS纳米凝胶可减轻A_lCl₃/D-半乳糖诱导的AD模型中Aβ斑块和tau蛋白过度磷酸化。

5.2. 帕金森病（PD）
PD以α-突触核蛋白聚集和多巴胺能神经元退变为特征。姜黄素通过调节BDNF/NF-κB信号在鱼藤酮诱导的PD模型中发挥神经保护作用。白藜芦醇固体脂质NP微针贴片在PD模型中表现出持续释放和改善行为表现。RVG29修饰的聚多巴胺NP（尺寸55±2.6 nm）在MPTP诱导的PD模型中抑制α-突触核蛋白纤维化、清除ROS、改善运动功能并恢复酪氨酸羟化酶表达。表儿茶素没食子酸酯（ECG）外泌体在SHSY5Y细胞PD模型中抑制鱼藤酮引起的细胞损伤。

5.3. 亨廷顿病（HD）
HD由亨廷顿蛋白（HTT）突变引起。EGCG聚天冬酰亚胺纳米胶束（约25 nm）可清除可溶性扩展HTT并阻断polyQ聚集。迷迭香酸固体脂质NP通过鼻内给药在3-硝基丙酸（3-NP）诱导的HD模型中改善行为异常并减少氧化应激。姜黄素固体脂质NP（72-148 nm）恢复线粒体酶活性（NADH脱氢酶、细胞色素c氧化酶、F1-F0合酶），减少ROS和脂质过氧化，激活Nrf2通路，改善运动协调。

5.4. 肌萎缩侧索硬化症（ALS）
ALS与兴奋性氨基酸转运蛋白2（EAAT2）功能障碍和超氧化物歧化酶1（SOD1）突变相关。姜黄素纳米胶束在临床试验（NCT01403545）中显示安全性和延长生存期的潜力，尤其对延髓症状患者。目前，CRM负载NP用于ALS的专门研究很少。

6. CRM封装纳米颗粒的药代动力学（PK）和药效学（PD）
NP显著增强CRMs的PK/PD。姜黄素PLGA NP在海马和皮层的AUC和平均滞留时间（MRT）增加83-96%。白藜芦醇纳米晶（RESNCs）口服后血浆C_max和AUC_0-t增加3-3.5倍，脑摄取增加约2倍。

7. 局限性
NP递送系统面临临床局限性：BBB穿透能力有限；安全性问题如氧化应激、免疫反应和长期毒性；制造中的技术问题如药物负载量、粒径一致性和zeta电位；存储稳定性、聚集风险和早期药物释放。小尺寸NP（<10 nm）可深入脑组织但具有毒性；高正电荷NP导致BBB泄漏；无机NP如氧化铁NP可催化ROS产生和神经炎症。长时期积累研究显示>90%的清除率。监管机构如FDA和EMA的指导强调评估毒性和免疫原性，需要早期参与IND和NDA途径。

8. 结论与未来展望
现有研究强调NP递送CRM的潜力，但面临过早降解和蛋白冠导致的系统清除问题。本综述提供了表面修饰NP增强BBB穿透和靶向递送的见解。未来应优先设计能同时跨越BBB并靶向特定脑区（如海马或黑质）的NP，以减少脱靶效应。将CRM纳米载体与生物传感器和纳米芯片技术整合，可实现氧化应激或Aβ积累的实时监测，推动精准医学在NDDs管理中的应用。需进行人体试验以桥接临床前成功与治疗现实。