眼表局部給藥的屏障及克服屏障的方法研究進展

彭后平，孫麗萍，李曉林，操鋒

（中國藥科大學藥學院，江蘇 南京 210009）

智能電子產(chǎn)品的普及和學習工作壓力的加劇等因素，促使青光眼、干眼癥、結(jié)膜炎和葡萄膜炎等常見的眼前段疾病發(fā)病率逐年提升且出現(xiàn)年輕化的趨勢。而人口老齡化、“三高”人數(shù)增多和生活方式的改變等因素使年齡相關(guān)性黃斑變性（AMD）、巨細胞病毒視網(wǎng)膜炎（CMV retinitis）、脈絡(luò)膜新生血管生成（CNV）、糖尿病性視網(wǎng)膜病變（DR）等嚴重威脅視力的眼后段疾病的患病人數(shù)逐年上升。眼結(jié)構(gòu)的復雜性使藥物向眼前段和眼后段的遞送面臨巨大挑戰(zhàn)，新型眼部藥物遞送系統(tǒng)的開發(fā)成為迫切需求。玻璃體內(nèi)注射是眼后段疾病的主要給藥方式，這種侵入式給藥方式的眼部生物利用度雖高，但患者無法自主給藥，需手法熟練的醫(yī)生每1~6個月給患者注射1次藥物，患者的順應(yīng)性極差，同時還伴隨眼部炎癥、結(jié)膜下出血、晶狀體損傷和視網(wǎng)膜脫離等嚴重的并發(fā)癥[1]。眼表局部給藥是眼前段疾病常用的給藥方式，具有使用簡便、成本較低和患者接受度高等優(yōu)點，然而眼表局部給藥需克服眾多眼部給藥屏障，生物利用度低于5%[2]。隨著近年來材料科學和納米制劑的發(fā)展，眼表局部給藥治療眼前段和眼后段疾病取得了顯著進步。本文介紹了眼表局部給藥需克服的屏障，以及克服這些屏障的方法研究進展，以期為眼部疾病的治療提供新思路。

1 眼的解剖結(jié)構(gòu)及藥物到達眼內(nèi)的途徑

眼以晶狀體為界分為眼前段和眼后段，眼前段約占眼球的1/3，主要包括角膜、結(jié)膜、虹膜、睫狀體、房水、晶狀體和鞏膜前部；眼后段約占眼球的2/3，主要包括玻璃體、視網(wǎng)膜、脈絡(luò)膜和鞏膜后部?，F(xiàn)階段研究認為，局部給藥的眼用制劑由3種方式到達眼組織內(nèi)：1）角膜途徑：藥物從角膜滲透到房水，后通過玻璃體到達眼后段組織；2）結(jié)膜途徑：藥物從結(jié)膜通過，經(jīng)葡萄膜處的眼周液體擴散至鞏膜，后到達脈絡(luò)膜和視網(wǎng)膜等眼后段組織；3）葡萄膜-鞏膜途徑：進入房水中的藥物橫向擴散通過葡萄膜-鞏膜，到達脈絡(luò)膜和視網(wǎng)膜。人體結(jié)膜組織和鞏膜組織的表面積分別是角膜組織表面積的17倍和16.3倍，結(jié)膜途徑因其更大的表面積而成為大分子蛋白類親水性藥物和親水性納米制劑遞送至眼組織內(nèi)的主要途徑[3]。局部給藥時，結(jié)膜從淚液中攝取藥物的量遠大于角膜。

2 眼表局部給藥屏障

通常眼屏障可分為生理屏障、解剖屏障和其他屏障3部分。眼生理屏障包括淚流、鼻淚管引流和眨眼反射。眼解剖屏障包括靜態(tài)屏障和動態(tài)屏障，其中前者包括眼前段的角膜屏障和血-房水屏障（BAB）以及眼后段的鞏膜、脈絡(luò)膜和血-視網(wǎng)膜屏障（BRB），后者包括眼部的血液、淋巴、淚液和房水。其他屏障則包括眼黏液、黑色素、藥物外排轉(zhuǎn)運蛋白和眼部代謝酶等。這些眼屏障限制藥物進入眼內(nèi)，本文將其稱之為眼部給藥屏障。眼表局部給藥無論到達眼前段還是眼后段，共有的眼部給藥屏障有淚液屏障、黏液屏障、角膜屏障、結(jié)膜屏障、藥物外排轉(zhuǎn)運蛋白屏障、黑色素結(jié)合和代謝屏障。眼表局部給藥到達眼前段的給藥屏障還有BAB和晶狀體屏障。眼表局部給藥到達眼后段的給藥屏障還有玻璃體屏障、鞏膜屏障、脈絡(luò)膜屏障和BRB（見表1）。

2.1 眼前段與眼后段共有的給藥屏障

2.1.1 淚液屏障 淚液是一種pH為7.4的水性液體，包含電解質(zhì)、脂質(zhì)、溶菌酶和黏蛋白或非黏蛋白等蛋白質(zhì)。淚液屏障包括以下3個部分。1）淚膜屏障：淚膜是位于角膜前最外層的薄膜，從外到內(nèi)依次是脂質(zhì)層和水層，總厚度約為3 μm。脂質(zhì)層由游離脂肪酸、三酰甘油、磷脂和膽固醇等物質(zhì)組成，可密封天然淚液，防止水層被蒸發(fā)。水層占淚膜總體積的90%，可潤濕和潤滑眼表，洗去外來顆粒，并有助于防止眼部感染，溶菌酶是其主要成分。2）鼻-淚引流與淚液周轉(zhuǎn)：角膜前的區(qū)域保留容量有限，僅有約30 μL。每滴滴眼液滴入眼內(nèi)后，大部分藥物溶液會通過鼻淚管迅速從眼表排出，淚液恢復到7.5 μL的原有體積[4]，這導致藥物在角膜前損失。正常情況下，淚液的周轉(zhuǎn)速率為0.5 ~ 2.2 μL · min-1，給藥后的眨眼反射使淚液的周轉(zhuǎn)速率加快，這導致藥物在眼表的滯留時間縮短[5]。3）淚液中的蛋白質(zhì)與藥物的結(jié)合：淚液的準確組成未知，但已確定的蛋白如球蛋白、白蛋白和乳鐵蛋白等會與藥物結(jié)合，導致眼內(nèi)游離藥物減少。眼表局部給藥后，藥物及其制劑必須首先克服淚液屏障才可能向眼內(nèi)轉(zhuǎn)運。

2.1.2 黏液屏障 黏液覆蓋于人體黏膜表面，是復雜的黏彈性水凝膠。眼的角膜和結(jié)膜也覆蓋一層黏液，該層在上皮細胞頂端最密集，向外延伸到淚液中變稀[6]。眼黏液約95%的成分為水，其他成分為黏蛋白和非黏蛋白以及鹽和脂質(zhì)等，具有潤滑、細胞信號傳導及保護上皮免受外部有害物質(zhì)侵害的作用。黏蛋白是富含脯氨酸、蘇氨酸和絲氨酸重復結(jié)構(gòu)域的多肽骨架，其高度糖基化且整體帶負電荷。黏蛋白之間通過二硫鍵、靜電、氫鍵和疏水力作用組裝成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，保護底層組織免受異物侵害。黏蛋白不僅彼此間相互作用構(gòu)成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，還與藥物經(jīng)靜電相互吸引或排斥影響粒子的擴散，構(gòu)成藥物向眼內(nèi)遞送的屏障[7]。

表 1 眼表局部給藥屏障Table 1 Barriers of topical ocular drug delivery

2.1.3 角膜屏障 角膜位于眼球前部，是無血管和淋巴的完全透明的最大的靜態(tài)屏障。角膜分為上皮細胞層、前彈力層、基質(zhì)層、后彈力層和內(nèi)皮細胞層，其中角膜上皮細胞層和基質(zhì)層是藥物遞送的主要屏障。角膜上皮細胞層由3~6層富含脂質(zhì)并緊密連接的上皮細胞構(gòu)成，對大多數(shù)親水性藥物和少數(shù)親脂性藥物起屏障作用，導致藥物大多停留在上皮層?；|(zhì)層由水、膠原、蛋白聚糖和角膜基質(zhì)細胞組成，占角膜厚度的90%，是親脂性藥物滲透通過角膜的主要屏障[4]。內(nèi)皮層由孔狀的單細胞層組成，通透性比上皮層大，允許大分子物質(zhì)通過?；诮悄ど掀ぜ毎麑雍突|(zhì)層的雙重屏障作用，只有具合適的油水分配系數(shù)和解離常數(shù)（pKa）的藥物分子和有適當?shù)酿じ叫院蜐B透性的制劑，才有較好的角膜滲透性。

2.1.4 結(jié)膜屏障 結(jié)膜連接眼瞼與眼球，是富含血管的透明薄層黏膜，表面積為16 ~ 18 cm2。結(jié)膜覆蓋于眼瞼前面和眼球后面，包括瞼結(jié)膜和球結(jié)膜以及二者交界處的穹隆結(jié)膜。結(jié)膜產(chǎn)生的淚膜和黏液可潤滑和保護眼睛。親水性和相對分子質(zhì)量小于20 000的藥物易穿透結(jié)膜的黏液層到達結(jié)膜淋巴液和血液內(nèi)，被結(jié)膜淋巴和血液循環(huán)帶走[8]，降低到達眼組織內(nèi)的藥物量。

2.1.5 藥物外排轉(zhuǎn)運蛋白屏障 同人體其他組織一樣，眼組織細胞膜上也存在可保護眼組織免于暴露于潛在有毒異物的藥物轉(zhuǎn)運蛋白，角膜、結(jié)膜、BAB和BRB中藥物轉(zhuǎn)運蛋白均可能影響藥物向眼內(nèi)的遞送?？股亍⒖共《舅?、抗炎藥、α-腎上腺素能受體激動劑、前列腺素類似物和抗代謝物等小分子藥物，廣泛受藥物轉(zhuǎn)運蛋白的影響。藥物轉(zhuǎn)運蛋白分為內(nèi)流轉(zhuǎn)運蛋白和外排轉(zhuǎn)運蛋白，前者包括寡肽轉(zhuǎn)運蛋白、葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白-1、單羧酸轉(zhuǎn)運蛋白、有機陰離子轉(zhuǎn)運體和有機陽離子轉(zhuǎn)運體等，后者包括P-糖蛋白（P-gp）、乳腺癌耐藥蛋白（BCRP）和多藥耐藥相關(guān)蛋白（MRP），是藥物遞送的屏障。已知P-gp限制兩親性化合物進入正常組織和癌癥組織，MRP外排有機陰離子和共軛化合物。在此僅簡述藥物外排轉(zhuǎn)運蛋白。

藥物轉(zhuǎn)運蛋白的表達在保護角膜免受異物的刺激和毒害方面發(fā)揮重要作用。人角膜表達P-gp、BCRP和MRP（包括MRP1、MRP2、MRP3、MRP4、MRP5和MRP6）[9]。目前關(guān)于人角膜表達的藥物外排轉(zhuǎn)運蛋白對藥物遞送的影響的研究較少，已報道的離體和體內(nèi)研究主要集中在兔角膜，但藥物轉(zhuǎn)運蛋白在角膜上皮細胞的表達存在物種差異性，因此將此類數(shù)據(jù)從動物外推到人時必須謹慎。藥物在結(jié)膜的清除主要依賴結(jié)膜的血液和淋巴循環(huán)，藥物轉(zhuǎn)運蛋白的屏障作用相對較小，因此結(jié)膜上藥物轉(zhuǎn)運蛋白的表達與活性受到的關(guān)注與研究更少，僅證實P-gp和MRP1在兔結(jié)膜頂側(cè)表達[10]。BAB是以虹膜-睫狀體為解剖基礎(chǔ)的血-眼屏障，P-gp、BCRP、MRP1、MRP2和MRP3在人睫狀體和虹膜上表達，其中睫狀體無色素上皮細胞層頂膜的MRP經(jīng)研究被認為參與構(gòu)成BAB[11]。BRB是以視網(wǎng)膜為解剖基礎(chǔ)的血-眼屏障，已確證RPE表達P-gp、BCRP和MRP，但各外排轉(zhuǎn)運蛋白表達和定位的詳細信息在不同的報道里不一致?？傊栝_展更多研究以確定藥物外排轉(zhuǎn)運蛋白在角膜、結(jié)膜、BAB和BRB中的表達和定位，以及其對藥物轉(zhuǎn)運產(chǎn)生的影響。

2.1.6 藥物與黑色素結(jié)合 黑色素是約1 μm左右的顆粒，含羧基且?guī)ж撾姾?，具有酸性和疏水性，在眼葡萄膜和視網(wǎng)膜色素上皮中廣泛存在。葡萄膜又稱為色素膜，是位于鞏膜與視網(wǎng)膜之間的富含色素和血管的組織，其包括眼前段的虹膜和睫狀體以及眼后段的脈絡(luò)膜。藥物與黑色素結(jié)合但機制尚不清楚，范德華力、離子相互作用、疏水相互作用和電荷轉(zhuǎn)移相互作用可能參與此過程[4]。哺乳動物的黑色素以真黑色素和褐色素這2種不同的化學形式存在，真黑色素與藥物的結(jié)合效率相對更高，因此有必要進一步研究眼部黑色素的分子組成，以了解和預(yù)測其對眼部藥物分布的影響。由于黑色素具有酸性和疏水性，所以帶正電荷的藥物和制劑、脂溶性藥物和金屬離子易與黑色素結(jié)合，如親脂性的β-阻滯劑與脈絡(luò)膜和視網(wǎng)膜中的黑色素大量結(jié)合，只有小部分處于游離形式，而寡核苷酸類親水性藥物不易與黑色素結(jié)合[12]。藥物與黑色素的結(jié)合具有高親和性和高容量性，微摩爾級別的黑色素也能結(jié)合較多的藥物量。黑色素與藥物的結(jié)合影響眼后段組織中藥物的分布已被證實，例如食蟹猴多次接受溴莫尼定眼表局部給藥后，含黑色素的眼組織虹膜、睫狀體和視網(wǎng)膜/脈絡(luò)膜中藥物的曲線下面積（AUC）分別是無色素眼組織玻璃體中藥物的1 103、1 396和1 561倍[13]。葡萄膜中的黑色素與藥物的結(jié)合一方面使眼后段游離藥物的濃度降低，另一方面導致藥物向RPE和脈絡(luò)膜蓄積，延長藥物的作用時間。Rimpel?等[13]研究了5種模型藥物（氯喹、普萘洛爾、噻嗎洛爾、雙氯芬酸和甲氨蝶呤）在RPE和無色素人視網(wǎng)膜上皮細胞ARPE-19中的藥物結(jié)合與攝取，發(fā)現(xiàn)RPE中藥物的細胞攝取率為ARPE-19中的30 ~ 270倍，RPE中藥物的未結(jié)合率為ARPE-19中的10% ~ 33%，表明色素細胞中有大量藥物與黑色素結(jié)合?？梢姡谏亟Y(jié)合是藥物遞送設(shè)計中應(yīng)考慮的重要因素，其既有利于形成藥物貯庫、發(fā)揮緩釋控釋效果，也有利于藥物靶向色素細胞。

2.1.7 代謝屏障 藥物代謝酶分為Ⅰ相藥物代謝酶和Ⅱ相藥物代謝酶，其在藥物代謝中起重要催化作用，在眼組織中也不例外。Ⅰ相藥物代謝酶屬于微粒體藥物代謝酶系統(tǒng)，CYP450是其中重要的一類，它們是含血紅素的同工酶家族，參與約80%藥物的氧化代謝和約50%藥物的消除[14]。Ⅱ相藥物代謝酶是非微粒體酶系統(tǒng)，主要催化葡萄糖醛酸化、硫酸化或乙?；磻?yīng)。眼組織中的藥物代謝酶可使藥物分子降解或者對藥物產(chǎn)生的毒性起解毒作用，但這對眼部疾病的治療藥物構(gòu)成屏障作用，有文獻稱之為眼的代謝屏障，并且認為人眼的代謝屏障主要由CYP450組成[15]。在人角膜、視網(wǎng)膜和脈絡(luò)膜組織中均檢測到CYP2A6、CYP3A4、CYP2C8、CYP2D6和CYP2E1的基因，盡管已經(jīng)在mRNA和蛋白質(zhì)水平上表征了幾種眼部CYP450，但需要開展更多的研究以確定該酶底物的特異性以及這種特異性對藥物向眼內(nèi)遞送產(chǎn)生的影響。關(guān)于眼部的Ⅱ相藥物代謝酶，研究發(fā)現(xiàn)牛睫狀體、RPE和脈絡(luò)膜中存在谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶和N-乙?；D(zhuǎn)移酶。從人Y-79視網(wǎng)膜母細胞瘤、ARPE-19、角膜上皮和角膜角化細胞系，或新鮮分離的眼組織和上皮細胞中獲得的永生化細胞系對于識別眼部藥物代謝酶的存在至關(guān)重要[16]。體外微粒體、細胞質(zhì)和S9組分是研究全眼或眼部組織總體藥物處置后代謝的有利模型。這類模型簡單、可重復且易于在臨床前研究進行不同種屬與人之間的橋接。在組織或細胞水平上測定眼部代謝對了解局部用藥后藥物的眼部處置和轉(zhuǎn)運具有重要意義。

2.2 眼前段的給藥屏障

2.2.1 血-房水屏障 BAB是以眼前段的睫狀體和虹膜為解剖基礎(chǔ)的血-眼屏障，由無色素睫狀上皮細胞和虹膜后部以及虹膜周圍的緊密內(nèi)皮和睫狀體內(nèi)毛細血管構(gòu)成。從內(nèi)向外，睫狀體一共分為五部分：無色素睫狀上皮、色素睫狀上皮、基質(zhì)、睫狀肌和睫狀體上腔。其中無色素睫狀上皮細胞間以及色素睫狀上皮細胞間存在緊密連接，阻礙藥物分子進入眼內(nèi)。虹膜內(nèi)毛細血管管徑較小，內(nèi)皮細胞間連接緊密，血液內(nèi)血漿蛋白等大分子不能通過，藥物大分子在血液和房水間的往來也受到阻礙。睫狀上皮下的毛細血管的管徑較大，血管內(nèi)皮細胞壁上有小孔，血液中的分子可自由通過進入到實質(zhì)組織。兔虹膜和睫狀體的總血流量約為144 mL · min-1，小分子親脂性化合物的血流清除率高達10 ~ 20 mL · min-1[17]，大分子如菊粉在虹膜和睫狀體的血流清除率則基本為零。房水98.78%的體積為水，BAB的存在使房水中蛋白成分比血漿低，正常情況下房水的生成率為2 ~ 2.5 mL · min-1。藥物及納米制劑通過BAB的滲透性取決于滲透壓和藥物分子的理化特性，其中分子的大小是主要因素，小分子可滲透，蛋白質(zhì)和直徑2 nm及以上的大分子通過受到限制[18]。

2.2.2 晶狀體屏障 晶狀體位于眼球后方，處于虹膜后表面和玻璃體表面之間，由晶狀體囊和晶狀體纖維組成，是透明的無神經(jīng)且無血管的組織。晶狀體囊主要由膠原、硫酸軟骨素和纖維蛋白構(gòu)成，晶狀纖維由蛋白質(zhì)和類蛋白質(zhì)構(gòu)成，主要包括α-、β-、γ-晶狀體蛋白，每種蛋白的分子結(jié)構(gòu)內(nèi)都含有數(shù)目不同的巰基。因晶狀體是高度填充的纖維細胞，故藥物在晶狀體內(nèi)的分布相當緩慢。Sigurdsson等[19]給兔眼局部滴注地塞米松后，觀察到晶狀體中地塞米松的濃度為房水中濃度的6.47%，為虹膜和睫狀體中濃度的8.08%。Heikkinen等[20]研究了16種藥物和3種熒光染料在整個豬晶狀體中的分布，結(jié)果表明，藥物和染料在晶狀體中始終僅分布在結(jié)構(gòu)較疏松的囊、上皮和皮質(zhì)中，而不在結(jié)構(gòu)致密的晶狀體核中分布，藥物分布到豬晶狀體的程度普遍較低而與化合物的性質(zhì)無關(guān)。總之，晶狀體在前房和玻璃體之間形成的致密屏障限制了藥物從前房到玻璃體的分布。

2.3 眼后段的給藥屏障

2.3.1 玻璃體屏障 玻璃體位于晶狀體和視網(wǎng)膜之間，由98%的水與2%的膠原和透明質(zhì)酸組成，為無色透明的膠體。成人的玻璃體體積約為4.5 mL，占人眼的80%左右。玻璃體中的蛋白大部分為結(jié)構(gòu)蛋白，包括膠原蛋白、纖維蛋白和軟骨寡聚基質(zhì)蛋白，還含有白蛋白、免疫球蛋白、補體蛋白和轉(zhuǎn)鐵蛋白等少量的功能性蛋白。結(jié)構(gòu)蛋白呈三維結(jié)構(gòu)排列形成網(wǎng)架，其上附著透明質(zhì)酸黏多糖。透明質(zhì)酸黏多糖是相對分子質(zhì)量為2h 106~ 4h 106的陰離子親水聚合物，整體的凈電荷為負，能吸引并結(jié)合正離子和水[21]。透明質(zhì)酸在眼內(nèi)分布不均勻，其提供的溶脹壓力使纖維蛋白分開而支撐視網(wǎng)膜。玻璃體組織本身形成的靜態(tài)屏障和其凝膠狀態(tài)擁有的流變特性形成的動態(tài)屏障共同構(gòu)成玻璃體的屏障作用。一般來說，帶正電的納米材料會與玻璃體網(wǎng)格的帶負電組分相互作用，導致在擴散中受阻，帶負電的粒子，如聚乳酸-羥基乙酸（PLGA）或人血清白蛋白等，可成功地分布在玻璃體的各部分[22]。制劑在黏性水凝膠狀態(tài)的玻璃體液內(nèi)的移動或擴散非常緩慢且不一致。藥物分子的消除和分布主要取決于藥物在玻璃體中的擴散速率，較大的粒子由于擴散更慢而在玻璃體中的停留時間比小粒子更長[23]。

2.3.2 鞏膜屏障 鞏膜是眼球最外層的不透明保護性膜，富含膠原蛋白和彈性纖維。鞏膜可分為3層，鞏膜表層為一層疏松的纖維組織，鞏膜基質(zhì)層為粗細不均勻且斜向緊密排列的不透明的致密結(jié)締組織層，棕黑色板層由細小的彈力纖維組成，內(nèi)含大量的色素細胞[24]。鞏膜的膜面積約為16 ~ 17 cm2，為排列疏松的膠原纖維，水化程度高，約1/3的膜面積被球結(jié)膜黏附，藥物到達此處易被清除。鞏膜復雜的纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使小分子藥物在鞏膜的滲透性更高，此外親水性分子比親脂性分子更易通過鞏膜。研究還發(fā)現(xiàn)鞏膜細胞外基質(zhì)的蛋白聚糖帶負電荷，故呈正電性的分子在鞏膜中的滲透性較低[25]。

2.3.3 脈絡(luò)膜屏障 脈絡(luò)膜是位于視網(wǎng)膜色素上皮和鞏膜之間的高度血管化層，可將血液中的氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)輸送到視網(wǎng)膜。脈絡(luò)膜從外向內(nèi)分為5層：脈絡(luò)膜上腔、兩層血管層、脈絡(luò)膜毛細血管層和Bruch膜。脈絡(luò)膜毛細血管的小孔允許營養(yǎng)物質(zhì)及蛋白質(zhì)等大分子通過，高速的脈絡(luò)膜血液循環(huán)為高代謝活性的視網(wǎng)膜色素上皮細胞提供必需的氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)。Abarca等[26]研究了高速的脈絡(luò)膜血液循環(huán)對藥物在眼組織中的遞送產(chǎn)生的影響，結(jié)果顯示脈絡(luò)膜的基質(zhì)會結(jié)合親脂性藥物，親水性藥物注射到脈絡(luò)膜上腔后，在脈絡(luò)膜循環(huán)中被部分清除，即脈絡(luò)膜循環(huán)阻礙親水性化合物有效地向眼后段遞送。

2.3.4 血-視網(wǎng)膜屏障 BRB是基于視網(wǎng)膜的血-眼屏障，由視網(wǎng)膜毛細血管的內(nèi)皮細胞組成，分為內(nèi)BRB和外BRB。視網(wǎng)膜是一層緊貼在脈絡(luò)膜內(nèi)面柔軟而透明的膜，是眼睛中神經(jīng)和血管最多的部分。視網(wǎng)膜自內(nèi)向外分為10層：內(nèi)界膜、神經(jīng)纖維層、神經(jīng)節(jié)細胞層、內(nèi)叢狀層、內(nèi)核層、外叢狀層、外核層、外限制層、感光層（由視桿和視錐細胞組成）和RPE。內(nèi)BRB由視網(wǎng)膜毛細血管內(nèi)皮形成，阻止視網(wǎng)膜毛細血管內(nèi)的成分自由地進入到視網(wǎng)膜。視網(wǎng)膜毛細血管內(nèi)皮頂端細胞間的緊密連接，導致內(nèi)BRB具有與血腦屏障阻力相當?shù)目缒ぷ枇?，阻礙直徑2 nm及以上分子的滲透，小分子可以一定程度地滲透到內(nèi)BRB。外BRB由RPE、Bruch膜和脈絡(luò)膜毛細血管層組成，阻止脈絡(luò)膜來源的異常成分進入視網(wǎng)膜。與RPE和視網(wǎng)膜內(nèi)皮血管相比，脈絡(luò)膜毛細血管缺少緊密連接，允許蛋白質(zhì)等大分子通過[27]。因此，構(gòu)成外BRB的脈絡(luò)膜毛細血管不是限制大分子向視網(wǎng)膜擴散的主要因素。RPE細胞間的緊密連接是限制直徑2 nm及以上的大分子藥物及納米制劑滲透的主要因素，小分子的滲透則取決于它們的親脂性，例如同為小分子化合物，親水性藥物萘多洛爾的滲透率為2h 10-6cm·s-1，而親脂性藥物紫杉醇的滲透率是萘多洛爾的8倍[16]。

3 克服眼表局部給藥屏障的方法

材料科學和制劑學的進步使基于納米制劑的眼表局部新型藥物遞送系統(tǒng)成為治療眼科疾病的新希望。相比傳統(tǒng)制劑和侵入式治療，經(jīng)眼表局部給藥的新型眼部藥物遞送系統(tǒng)可延長藥物在眼表的滯留時間、增強藥物在眼組織的滲透性并有效地將藥物遞送至靶部位。經(jīng)調(diào)研，眼表局部給藥常用的手段有凝膠、乳劑、膠束、聚合物納米顆粒、環(huán)糊精聚集體、層狀雙氫氧化物、脂質(zhì)體、脂質(zhì)納米顆粒、樹狀聚合物和前藥（見表2）。

表 2 克服眼表局部給藥屏障的方法Table 2 Strategies to overcome the ocular barriers via topical administration

3.1 凝膠

凝膠分為普通凝膠和即型凝膠。普通凝膠可延長藥物的眼表滯留時間，減少藥物鼻淚引流，但給藥不便，用藥期間視力模糊。即型凝膠以低黏度的溶液形式滴入眼表，在眼表離子（Na+、Mg2+和Ca2+等）、溫度或pH環(huán)境條件的刺激下轉(zhuǎn)化為凝膠狀態(tài)[28]。TIMOPTIC-XE?是Valeant Pharms研制的以結(jié)冷膠為凝膠基質(zhì)的馬來酸噻嗎洛爾離子敏感型眼用即型凝膠，1993年11月被FDA批準用于治療眼前段疾病青光眼。Karthik等[29]研究顯示，基于結(jié)冷膠制備的納他霉素（NT）即型凝膠（NTG）與市售混懸液Natacyn?相比，其在兔角膜的穩(wěn)態(tài)通量提高6.3 ~ 9.0倍，給藥6 h后NTG組的角膜和鞏膜中NT量顯著高于Natacyn?組。曲安奈德（TA）是治療后葡萄膜炎和糖尿病性黃斑水腫等眼后段疾病的皮質(zhì)類固醇。Akshaya等[30]以TA的固體脂質(zhì)納米粒（TA-SLN）為基礎(chǔ)加入結(jié)冷膠作為凝膠基質(zhì)制備了離子敏感型即型凝膠（TA-SLN-IG），在兔眼單次局部給藥后，TA-SLN-IG組的玻璃體、視網(wǎng)膜和鞏膜中的TA濃度分別是TA-SLN組的2.8、4.1和4.2倍。TA-SLN-IG因克服了淚液屏障、結(jié)膜屏障和鞏膜屏障而延長了藥物在眼表和結(jié)膜囊中的滯留時間，增加了角膜滲透性，進而增加眼后段組織中的藥物濃度。除離子響應(yīng)性即型凝膠外，溫度響應(yīng)性即型凝膠和pH響應(yīng)性即型凝膠也被認為是向眼內(nèi)遞送藥物的良好載體，它們都具有成本低、易于生產(chǎn)和生物相容性好等優(yōu)點[31]。

3.2 乳劑

乳劑分為普通乳、微乳和納米乳，尺寸為5 ~200 nm的乳劑可增強藥物在角膜前的滲透性及眼部藥物的生物利用度。O/W型乳劑因可改善脂溶性藥物的溶解度且對眼組織刺激性低而被用于眼表局部藥物的遞送[32]。Restasis?是Allergan公司研制的O/W型環(huán)孢素A陰離子納米乳劑，用于治療眼部炎癥導致的干眼癥，2002年12月被FDA批準上市，是首個市售的眼用乳劑。Ayman等[33]制備的曲伏前列素納米乳劑同市售曲伏前列素滴眼液（Travatan?）相比，單次給藥后Travatan?可維持36 h的治療時間，而曲伏前列素納米乳劑可維持正常的眼壓直至60 h。乳劑在結(jié)膜囊中的滯留時間長，合適的親水親油特性使其容易滲透通過角膜屏障，大的比表面積增加藥物在角膜的吸收，因此增加藥物在眼部的生物利用度。Zhang等[34]制備的他克莫司陽離子納米乳與市售制劑Talymus?相比，藥物在角膜前的滯留時間延長，兔房水的平均駐留時間（MRT）顯著延長。乳劑可改善藥物的水溶性，增加藥物的載藥量并延長藥物在眼表的滯留時間，是將疏水性藥物遞送至眼前段的合適載體，是一種應(yīng)用于眼部疾病的有前景的劑型。

3.3 膠束

包含表面活性劑納米膠束和聚合物納米膠束在內(nèi)的納米膠束逐漸成為將藥物遞送至眼內(nèi)的新型遞送手段。兩親性分子或高分子聚合物在水性介質(zhì)中自組裝形成具有核-殼結(jié)構(gòu)的納米膠束遞送載體，其納米級的尺寸（10 ~ 100 nm）具有藥物遞送的優(yōu)勢，如制備簡單、增加藥物的溶解性和穩(wěn)定性、增強眼表的滲透性以及生物相容性好[35]等。Cequa?是Sun Pharma研制的一款環(huán)孢素A納米膠束制劑，可提高淚液產(chǎn)量，用于治療干眼癥，2018年8月被FDA批準上市。Lin等[36]制備了他克莫司兩親性聚乙二醇-聚谷氨酸芐基酯嵌段共聚物納米膠束，對兔眼單次給藥30 min后，其房水中產(chǎn)生的藥物濃度比市售制劑高18倍。筆者所在課題組設(shè)計的用于眼表局部藥物遞送的主動靶向型殼寡糖-纈氨酰纈氨酸-硬脂酸納米膠束（CSO-VV-SA），在細胞和動物水平上獲得了與基于Cequa?處方制備的混合納米膠束（氫化蓖麻油40/辛氧基醇40）相當?shù)臏魰r間、滲透性和生物利用度，并證明了納米膠束主要通過結(jié)膜途徑到達眼后段[37]。膠束被認為是一種治療眼前段和眼后段疾病非常有前景的載體。

3.4 聚合物納米顆粒

聚合物的組成具有多樣性，具有膠體納米尺寸（1 ~ 1 000 nm）的聚合物納米顆粒是合適的新型眼部藥物遞送系統(tǒng)。PLGA是獲FDA批準的可用于眼部藥物遞送的納米載體，也是目前納米載體系統(tǒng)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的生物相容性和可生物降解的聚合物材料。Qureshi等[38]制備了對視神經(jīng)有保護作用、可應(yīng)用于青光眼治療的PLGA-聚乙二醇（PEG）納米顆粒，在離體兔角膜和鞏膜中有較高的滲透率。Fan等[39]制備了曲安奈德PLGA復合物納米顆粒，對兔眼給藥后，藥物在房水中的峰濃度Cmax和AUC0-6h分別為曲安奈德混懸液組的36.8和44.9倍。細胞穿透肽具有細胞膜穿透作用，可攜帶寡核苷酸、質(zhì)粒DNA、小肽、蛋白質(zhì)和納米顆粒等物質(zhì)克服眼屏障，增加制劑在眼表的滲透性和靶部位的藥物濃度。Jiang等[40]設(shè)計了一種類似“章魚”的柔性八價穿透蛋白（8VP），以多臂PEG為核心，PEG臂兩端的結(jié)合穿透蛋白作為伸展觸角，促進治療性核酸的濃縮和輸送。8VP穩(wěn)定地將核酸壓縮成小于100 nm的帶正電的多聚體，可使細胞攝取效率提高近100%，使轉(zhuǎn)染率提高75%以上。將8VP注入結(jié)膜囊后，8VP通過非角膜途徑使核酸在視網(wǎng)膜中迅速分布且保留時間長于6 h。在視網(wǎng)膜母細胞瘤荷瘤小鼠模型中，局部滴注8VP/siRNA可有效抑制眼內(nèi)腫瘤蛋白的表達且眼部耐受性良好。納米顆粒是經(jīng)眼表局部給藥將藥物有效遞送至眼內(nèi)的良好載體。

3.5 環(huán)糊精聚集體

環(huán)糊精是一種用途廣泛的功能性輔料，其外表存在羥基，分子之間可以形成氫鍵，在水溶液中可以自組裝形成聚集體。對于藥物-環(huán)糊精包合物而言，疏水性的藥物客體分子也能驅(qū)動聚集體的形成，從而形成納米和微米級的聚集體。利用藥物與環(huán)糊精的包合物在水溶液中易自組裝形成聚集體的特性，制備環(huán)糊精聚集體也成為提高藥物眼表局部給藥生物利用度的策略之一。環(huán)糊精聚集體主要從以下3個方面促進藥物在眼部的吸收：1）包合物聚集體可增加藥物在水溶液中的溶解度，從而提高藥物在淚液中的濃度；2）聚集體具有黏膜黏附性，可以延長藥物眼表滯留時間，持續(xù)釋放藥物；3）聚集體作為載體能促進藥物通過親水層從而直接到達角膜外側(cè)[41]。Jansook等[42]制備了含有環(huán)糊精聚集體的多佐胺-γ環(huán)糊精混懸滴眼液，與市售的多佐胺滴眼液（Trusopt?）相比，家兔單次眼表局部給藥4和8 h后，房水中多佐胺的濃度分別提高了13和45倍。環(huán)糊精聚集體滴眼液可提供房水中長達24 h的持續(xù)高濃度多佐胺，而Trusopt?在給藥8 h后在房水中幾乎檢測不到多佐胺。Johannsdottir等[43]通過家兔的組織分布試驗證明了地塞米松-γ環(huán)糊精混懸滴眼液可將治療濃度的地塞米松遞送到眼后段組織，并研究表明非角膜途徑是地塞米松從眼表滲透到眼后段的主要途徑。此外越來越多的相關(guān)研究顯示環(huán)糊精聚集體技術(shù)在提高藥物眼表局部給藥生物利用度和實現(xiàn)藥物眼后段遞送方面具有一定潛力。

3.6 層狀雙氫氧化物

層狀雙氫氧化物（LDH）是由帶正電的水-鎂石樣層組成的無機層狀化合物，中間層區(qū)域包含電荷補償陰離子和溶劑化分子，整體帶正電。陰離子藥物易插層于LDH板層間形成LDH插層材料。有機無機雜化的LDH因同時具有有機材料和無機材料的優(yōu)點而在藥物遞送中受到重視。近10年來筆者所在課題組開展了基于LDH的眼表局部藥物遞送系統(tǒng)的研究，基于LDH和殼聚糖-谷胱甘肽（CG）衍生物，合成了吡諾克辛鈉（PRN）眼用新型納米復合滴眼液（CG-PRN-LDH），兔體內(nèi)角膜前滯留實驗結(jié)果顯示CG-PRN-LDH納米復合滴眼液的MRT和AUC0-6h分別比市售PRN滴眼液高2.1和6.3倍。在LDH表面接上PepT-1的底物纈氨酰纈氨酸（VV）后獲得的靶向制劑CG-VV-PRN-LDH在兔體外角膜滲透試驗中的累積滲透量比市售制劑高5.2倍。體內(nèi)實驗中兔眼晶狀體的AUC0-8h和MRT分別比市售制劑組高14.7和2.2倍[44]。用LDH、功能性羧甲基殼聚糖（CMCS）、VV和谷胱甘肽-甘氨酰肌氨酸（GS）制備的地塞米松磷酸鈉（DEXP）靶向納米復合物滴眼液CMCS-GS-DEXP-LDH的兔角膜前滯留數(shù)據(jù)AUC0-6h、Cmax和MRT較市售DEXP滴眼液分別增加8.35、2.87和2.58倍。對兔單次滴眼給予CMCS-GS-DEXP-LDH 3 h后，仍能在其視網(wǎng)膜和脈絡(luò)膜組織中檢測到120.04 ng · g-1的藥物，熒光成像和組織分布結(jié)果表明結(jié)膜-鞏膜途徑是CMCG-GSDEXP-LDH在眼內(nèi)的轉(zhuǎn)運途徑[45]。研究表明，有機-無機雜化LDH納米粒是有前景的眼表向眼內(nèi)高效遞送藥物的納米復合物。

3.7 脂質(zhì)體

脂質(zhì)體是脂質(zhì)分散在水性介質(zhì)中自組裝形成的囊泡，可包封親水性和親脂性藥物，通過融合、吸附、內(nèi)吞和脂質(zhì)交換等機制促進藥物的吸收。脂質(zhì)體的外表面修飾聚合物材料可增加制劑的黏膜黏附性和在眼組織中的滲透性，在外表面引入PEG化單元是常見的修飾，修飾后的脂質(zhì)體有更強的眼表滲透性、更高的生物利用度和更低的眼毒性。Zorzi等[46]研制了修飾PEG的脂質(zhì)體囊泡，用其裝載siRNA以治療眼角膜炎，此脂質(zhì)體復合物與洗必泰的組合療法在小鼠模型中可使角膜損傷減少60%。陽離子脂質(zhì)體藥物載體也被用于眼部藥物的遞送。其通過與負電荷相互作用，從而延長藥物在眼表的滯留時間和滲透性，提高藥物的眼部生物利用度。陰離子脂質(zhì)體則可增加眼表黏附性，增強載體系統(tǒng)穿透角膜屏障的能力，還可克服眼后段玻璃體等眼部屏障，提高藥物向眼后段遞送的效率。Davis等[47]構(gòu)建了蛋白annexin A5修飾的陰離子脂質(zhì)體以遞送貝伐單抗，用于治療AMD。相比市售制劑Avastin?，annexin A5修飾的陰離子脂質(zhì)體在大鼠眼后房和兔視網(wǎng)膜/脈絡(luò)膜中獲得顯著更高的貝伐單抗?jié)舛?，研究還顯示該脂質(zhì)體可克服角膜屏障，增加藥物向眼后段的遞送。經(jīng)眼表向眼前段和眼后段遞送藥物時，脂質(zhì)體因其良好的生物相容性成為極具潛力的遞送系統(tǒng)。

3.8 脂質(zhì)納米顆粒

固體脂質(zhì)納米粒（SLN）、納米結(jié)構(gòu)脂質(zhì)載體（NLC）和雜化脂質(zhì)納米顆粒是研究中經(jīng)常使用的3種脂質(zhì)納米顆粒。脂質(zhì)納米顆粒的脂質(zhì)成分，與淚膜的脂質(zhì)成分相似，可增加載體在結(jié)膜囊中的滯留時間；與細胞膜的脂質(zhì)成分相似，可增加藥物的眼表滲透性和眼部生物利用度，并為親水性和親脂性藥物提供可控的藥物釋放。Hussein等[48]用殼聚糖（CTS）和PEG涂層修飾的SLN制備了氧氟沙星固體脂質(zhì)納米粒，給兔眼局部給藥24 h后，相比于市售氧氟沙星滴眼液，氧氟沙星固體脂質(zhì)納米粒的角膜滲透率高1.66倍，在房水中的藥物濃度高2 ~ 3倍。Yadav等[49]制備的阿托伐他?。ˋTS）脂質(zhì)納米粒在兔角膜中的滲透率比市售制劑高2.5倍，在房水和玻璃體中的AUC0-50h分別為市售制劑的8和12倍。Platania等[50]將多球殼菌素裝載到NLC中，與多球殼菌素的混懸液相比，NLC制劑在家兔和小鼠視網(wǎng)膜中的達峰時間（Tmax）延長3倍，AUC0-240min增加1 000多倍。故SLN和NLC都被認為是向眼內(nèi)遞送藥物的良好載體，它們易克服淚膜屏障、角膜屏障和BRB而增加藥物在眼表的滲透性和眼內(nèi)靶部位的生物利用度。與SLN相比，NLC的固體基質(zhì)中摻入了液體脂質(zhì)，可增加脂質(zhì)納米粒中不規(guī)則晶型的比例，使空間容量增加從而增加載藥能力，此外控制液體脂質(zhì)的比例可使NLC在體溫下保持固體骨架結(jié)構(gòu)并實現(xiàn)控制釋放。Balguri等[51]制備了吲哚美辛的SLN制劑和NLC制劑，SLN制劑表現(xiàn)出更高的角膜滲透性，NLC制劑的載藥能力更強并且維持更高的角膜和鞏膜藥物濃度?？傊琒LN和NLC可增加藥物與眼睛表面之間的接觸時間從而增強眼表滲透性，是具有應(yīng)用前景的眼部藥物遞送載體。

3.9 樹狀聚合物

樹狀聚合物是球形的樹枝狀納米級（3 ~ 20 nm）有機聚合物，藥物可通過離子間相互作用、疏水相互作用、氫鍵、化學鍵偶聯(lián)等方式嵌入聚合物網(wǎng)絡(luò)中。對樹狀聚合物的外圍官能團進行表面修飾可有效延長藥物在眼表的滯留時間和增加藥物在眼表的滲透性。研究表明，樹狀大分子與眼部黏蛋白發(fā)生顯著的相互作用利于藥物克服黏液屏障并向眼后段遞送。聚酰胺-胺型樹狀高分子（PAMAM）是水溶性且無免疫原性的材料，是樹狀聚合物中研究最廣泛的材料之一，用PEG修飾PAMAM，可增加其生物相容性。PAMAM樹狀大分子與角膜上皮細胞外膜的脂質(zhì)雙層的結(jié)合使角膜上皮細胞間的連接疏松，有利于藥物從PAMAM樹狀大分子中釋放并通過旁細胞途徑轉(zhuǎn)運到角膜，克服角膜屏障并增加角膜滲透性，從而提高藥物的眼部生物利用度。Bravo-Osuna等[52]制備了阿昔洛韋的碳硅烷樹狀大分子，發(fā)現(xiàn)其與眼黏蛋白之間的永久性相互作用使阿昔洛韋的降眼壓效果顯著提高。Yang等[53]構(gòu)建了環(huán)狀精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸六肽和細胞穿透肽共修飾的PEG化PAMAM納米載體（NC），將其用于脈絡(luò)膜新生血管的治療，結(jié)果顯示，與未經(jīng)修飾的樹狀聚合物相比，NC體外角膜滲透性提高1.5倍，在角膜和視網(wǎng)膜分布濃度更高，且延長藥物在視網(wǎng)膜的滯留時間至12 h以上。樹狀聚合物可克服角膜、結(jié)膜和黏液等眼部給藥屏障，有望成為治療眼前段和眼后段疾病的一種眼部藥物遞送系統(tǒng)。

3.10 前藥

在過去的幾十年中，化學方法的前藥策略已被用于賦予原型藥物新穎的理化特性，以改善藥物在眼部的生物利用度。Barot等[54]介紹了眼部前藥設(shè)計中的化學修飾，包括形成酯、氨基甲酸酯、磷酸鹽和肟，這種修飾使藥物成為具有合適理化性質(zhì)的前藥，前藥在眼內(nèi)降解轉(zhuǎn)化為活性原型藥物。拉坦前列素、甲基強的松龍、地塞米松的琥珀酸酯或磷酸酯是典型的經(jīng)化學策略制備的眼用前藥。Vyzulta?是Bausch Health公司研制的拉坦前列素硝酸酯滴眼液，2017年11月2日獲FDA批準上市，用于治療開角型青光眼或高眼壓。前藥與其他新型眼部藥物遞送系統(tǒng)相結(jié)合可提高藥物的眼部生物利用度。Zhang等[55]制備了琥珀酸地塞米松（Dex-SA）前藥超分子水凝膠，對兔眼單次局部給予該制劑后，房水中的藥物濃度顯著高于地塞米松磷酸鈉水溶液組（Dexp），AUC0-6h是Dexp組的5.6倍。Dex-SA超分子水凝膠的黏度大，可延長藥物在角膜的滯留時間。Mandal等[56]等開發(fā)了環(huán)西多福韋生物素化脂質(zhì)前藥的靶向聚合物前藥系統(tǒng)，其可自組裝形成穩(wěn)定的納米膠束，并在生物素的作用下繞過外排轉(zhuǎn)運蛋白將藥物靶向至視網(wǎng)膜。研制前藥以及將前藥與新型制劑手段相結(jié)合，改善了藥物的理化性質(zhì)，使藥物在眼部的滲透性增強，并在眼前段和眼后段靶部位維持較長時間的活性藥物濃度。前藥在克服眼部角膜屏障、向眼前段遞藥方面具有優(yōu)勢，在向眼后段遞送藥物方面也具有一定的潛力。

4 臨床研究中的眼表局部給藥新制劑

以上綜述了目前在研的新型眼部藥物遞送系統(tǒng)，筆者所在課題組近期還綜述了市售的眼用新劑型[57]。本節(jié)通過ClinicalTrials.gov網(wǎng)站和Pharmaprojects數(shù)據(jù)庫檢索了新型眼表局部給藥系統(tǒng)的臨床研究進展（見表3），結(jié)果顯示進入臨床研究階段的劑型主要為凝膠和乳劑，而納米粒、膠束、混懸液和環(huán)糊精聚集體較少。除地塞米松的環(huán)糊精聚集體混懸滴眼液用于治療眼后段疾?。ㄌ悄虿⌒渣S斑水腫）外，其他制劑的適應(yīng)證均為眼前段疾病。

表 3 新型眼表局部給藥系統(tǒng)的臨床研究Table 3 The clinical research on new topical ocular drug delivery system

5 結(jié)語與展望

眼作為一種精密復雜的器官存在諸多屏障，防止異物進入眼內(nèi)以保持視覺正常，但這些屏障使向病變的眼組織遞送藥物存在困難。眼表局部給藥生物利用度低，玻璃體內(nèi)注射不良反應(yīng)多?；诩{米制劑的新型眼部藥物遞送系統(tǒng)使經(jīng)眼表局部給藥將藥物有效遞送至眼組織內(nèi)成為可能。理想的眼表局部藥物遞送系統(tǒng)需關(guān)注以下3個關(guān)鍵點：1）延長藥物的眼表滯留時間；2）克服多種眼部給藥屏障，增強藥物的多組織深層滲透；3）較長時間內(nèi)，藥物在靶組織中的濃度可維持在有效治療濃度以上。眼表局部給藥向眼內(nèi)遞送藥物時面臨的眼部給藥屏障主要為角膜屏障、BAB和BRB。結(jié)合文獻研究和臨床研究最新進展，筆者發(fā)現(xiàn)凝膠、乳劑、膠束和前藥是經(jīng)眼表局部給藥向眼前段遞送藥物的有效方法，目前均有相關(guān)制劑上市，它們常用于治療眼前段疾病如干眼癥、青光眼和結(jié)膜炎等。文獻研究中的上述遞送系統(tǒng)均可被設(shè)計為從眼表將藥物向眼前段和眼后段遞送的系統(tǒng)，但目前除地塞米松的環(huán)糊精聚集體外，尚無向眼后段遞送的制劑成功進入臨床試驗階段，提示從眼表高效遞送藥物到眼后段仍面臨巨大挑戰(zhàn)?；诩{米制劑的新型眼部藥物遞送系統(tǒng)可延長藥物的眼表滯留時間、增強藥物的多組織滲透性并顯著提高藥物在眼內(nèi)靶部位的生物利用度，故在藥物從眼表向眼后段的遞送中顯示出良好的應(yīng)用前景，具備進一步臨床開發(fā)的潛力。