納米顆粒用于治療不同階段缺血性卒中的研究進(jìn)展

趙芳石 綜述，張雪君，潘金彬 審校

（1．天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，天津 300052；2．天津醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院，天津 300270）

缺血性卒中是全世界成年人死亡和殘疾的主要原因之一[1]。缺血性卒中定義為由動(dòng)脈狹窄或閉塞引起，大腦部分血液供應(yīng)突然中斷導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)局灶性損傷，從而引發(fā)的神經(jīng)功能損害[2]。目前對缺血性卒中的急性期治療包括靜脈內(nèi)溶栓和血管內(nèi)血栓切除術(shù)。近年來，基于新的藥物、細(xì)胞療法和生物材料的發(fā)展提出了一些先進(jìn)的診斷和治療應(yīng)用方案，其中納米顆粒用于診斷和治療應(yīng)用受到廣泛關(guān)注[3]。納米顆粒主要作用是增加治療劑在血液中的循環(huán)時(shí)間和增強(qiáng)血腦屏障通透性以有效到達(dá)缺血部位。目前一些綜述聚焦在納米顆粒應(yīng)用于缺血性卒中的治療中，例如討論目前納米顆粒用于診斷、改善缺血性卒中的具體方案[4]以及探討不同納米顆粒在缺血性卒中治療中的增強(qiáng)溶栓、限制出血風(fēng)險(xiǎn)、減少神經(jīng)元死亡等的不同作用[5]。但針對缺血性卒中不同階段的納米顆粒綜述還尚未報(bào)道?，F(xiàn)根據(jù)不同的缺血性卒中階段描述納米顆粒在缺血性卒中的應(yīng)用。旨在概括基于治療不同階段缺血性卒中的病理生理分子機(jī)制采用的納米顆粒方法，為推動(dòng)有效臨床轉(zhuǎn)化提供目標(biāo)選擇。

1 缺血性卒中的生理病理機(jī)制和治療限制

卒中可分為兩種不同的類型：缺血性和出血性。缺血性卒中主要由動(dòng)脈閉塞引起，大腦部分血液供應(yīng)突然中斷導(dǎo)致功能喪失，而出血性卒中主要?dú)w因于血管破裂或異常的血管結(jié)構(gòu)[6]。急性缺血性卒中約占所有卒中病例的80%。

血－腦屏障破壞是缺血性卒中的主要病理生理學(xué)特征之一，了解血－腦屏障破壞和動(dòng)態(tài)修復(fù)對于預(yù)防急性缺血性卒中的出血性轉(zhuǎn)化等不良后果尤為重要。血－腦屏障是脈管系統(tǒng)和神經(jīng)組織之間的屏障，維持其穩(wěn)態(tài)，同時(shí)防止不需要的化合物進(jìn)入大腦[7]。在急性缺血性卒中之后，血－腦屏障在不同的血流動(dòng)力學(xué)階段作用不同，血－腦屏障通透性的增加一方面可能是不利的，可以導(dǎo)致出血性轉(zhuǎn)化，而另一方面可以促進(jìn)新生血管的形成，有利于遞送治療劑。

缺血性卒中根據(jù)血流動(dòng)力學(xué)分位4 個(gè)階段，即超急性期（＜6 h）、急性期（6～72 h）、亞急性期（＞72 h）和慢性期（＞4 周），在不同階段有不同的病理表現(xiàn)[8]。超急性期的特征是由于突然缺血導(dǎo)致第1 次血－腦屏障破壞和細(xì)胞死亡[9]。在接下來的6～72 h 內(nèi)，即急性期，由第1 次細(xì)胞毒性事件引發(fā)的神經(jīng)炎癥過程將進(jìn)一步破壞血－腦屏障，導(dǎo)致免疫因子滲入大腦。缺血性卒中發(fā)作后約1 周，即進(jìn)入亞急性期，這一階段的標(biāo)志是血管生成等恢復(fù)過程的開始[10]，此時(shí)血－腦屏障的滲透性對臨床恢復(fù)是有益的[11]。在腦缺血性損傷的慢性期，神經(jīng)再生和血管再生通常伴隨血－腦屏障恢復(fù)[6，10]。

缺血性卒中超急性期和急性期治療的關(guān)鍵仍然是靜脈或動(dòng)脈的再通，因此被廣泛應(yīng)用的是溶栓藥物，主要是通過組織纖溶酶原激活劑進(jìn)行的靜脈溶栓，其可降低缺血性卒中致殘率。然而靜脈溶栓時(shí)間窗短限制了其對大多數(shù)缺血性卒中患者的有效使用。亞急性期缺血性卒中護(hù)理的治療僅限于通過控制血壓、體液量、血糖和氧氣等來保護(hù)神經(jīng)，以避免繼發(fā)性損傷。除此之外，在急性期及亞急性期缺血性卒中治療中，還有抗血小板治療藥物(口服阿司匹林或氯吡格雷等）、降脂固斑藥物(他汀類等）、改善循環(huán)藥物(疏血通注射液/燈盞花注射液等）、神經(jīng)保護(hù)藥物(小牛血清蛋白注射液等）以及清除氧自由基藥物(依達(dá)拉奉等）輔助治療方案，雖然這些都有助于改善缺血性卒中預(yù)后，降低缺血性卒中的復(fù)發(fā)率，但治療缺乏靶向性和敏感性。在慢性期，一般使用抗血小板藥物或口服抗凝劑等只針對缺血性卒中病因進(jìn)行二級預(yù)防[12]。雖然通過運(yùn)動(dòng)、針灸等物理療法一定程度上能實(shí)現(xiàn)康復(fù)，但患者致殘率依舊很高[13]?？傊?，盡管急性缺血性卒中急性期溶栓可以有效地減少梗死面積，并通過再灌注和血管再通來逆轉(zhuǎn)神經(jīng)功能缺損，但仍然缺乏治療性藥物或靶向方案來使腦細(xì)胞更耐受缺血或抑制急性發(fā)作后持續(xù)存在的缺血性損傷[8,14]。

2 納米顆粒的組成和性質(zhì)

納米顆粒是一種特殊的材料，約一半以上是尺寸范圍為1～100 nm 的一維材料。從廣義上講，納米顆?？梢苑譃閮纱箢悾夯瘜W(xué)合成和生物合成。在生物納米粒子中，常用的是細(xì)胞外囊泡。細(xì)胞外囊泡是由細(xì)胞分泌的生物納米顆粒，其含有調(diào)節(jié)細(xì)胞活性的生物分子(miRNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì))[15]。細(xì)胞外囊泡擁有獨(dú)特的小尺寸和大表面積體積，因此具有更快的藥物釋放速度和更高效的生物利用度[16]。

一般來說，治療性納米粒子可分為3 類[17]：（1）基于脂質(zhì)的納米粒子。（2）聚合物納米粒子。（3）無機(jī)和金屬納米粒子。基于脂質(zhì)的納米顆粒包括脂質(zhì)體、由磷脂和類固醇組成的球形囊泡、雙層或其他表面活性劑；聚合物納米顆粒包括膠束、樹枝狀聚合物、和聚合物納米凝膠等。無機(jī)納米顆粒包括金屬納米粒子、金屬氧化物、量子點(diǎn)和陶瓷納米粒子制成。納米顆粒通常不具有全身的選擇性分布，一旦進(jìn)入血液，它們就容易聚集和結(jié)合蛋白質(zhì)，因此可以迅速從體內(nèi)清除，導(dǎo)致滯留時(shí)間減少，因此限制了生物利用度[17]。為了克服這一點(diǎn)，其表面通常涂有聚合物、小分子、肽或蛋白質(zhì)等分子，在增強(qiáng)吸收能力的同時(shí)也防止其表面被蛋白質(zhì)吸附。

3 納米顆粒在缺血性卒中不同血流動(dòng)力學(xué)階段的應(yīng)用

3.1 納米顆粒在缺血性卒中超急性期的應(yīng)用 超急性期缺血性卒中的病理機(jī)制為血栓的形成和血-腦屏障的破壞，因此在此階段的治療機(jī)制主要應(yīng)針對：（1）提高溶栓效率，即將負(fù)載不同功能的納米顆粒和溶栓藥物結(jié)合，實(shí)現(xiàn)溶栓藥物安全、可控、靶向的遞送至血栓部位，完成溶栓。（2）調(diào)節(jié)血-腦屏障通透性，納米顆粒負(fù)載易通過血-腦屏障的蛋白，可以有助于藥物更安全可靠的透過血-腦屏障。

超急性期的治療對患者預(yù)后非常關(guān)鍵，早期通過再通恢復(fù)正常血流是組織存活的關(guān)鍵步驟[18]。由于靜脈溶栓有時(shí)間窗，并且溶栓還可能導(dǎo)致出血性轉(zhuǎn)化，因此研究表明納米顆粒旨在克服當(dāng)前治療的局限性，即不同納米顆粒通過攜帶不同粒子，能提高再通的安全性，防止免疫系統(tǒng)快速清除，可以快速靶向性將溶栓藥物遞送到血栓中[19]。比如，將負(fù)載溶栓藥物（組織纖溶酶原激活劑）的脂質(zhì)體包被靶向活化血小板中表達(dá)的糖蛋白，可延長溶栓藥物的半衰期，減少纖維蛋白原的消耗，從而降低出血風(fēng)險(xiǎn)，因此可應(yīng)用于缺血性卒中超急性期，能提高溶栓藥物的應(yīng)用效能[20]。另有研究提出聯(lián)合納米顆粒和溶栓藥物，通過外部刺激可在缺血性卒中超急性期實(shí)現(xiàn)溶栓藥物的靶向遞送，例如應(yīng)用外部磁場可以觸發(fā)脂質(zhì)體在血栓中直接釋放組織纖溶酶原激活劑[21]，也可通過氧化鐵立方體產(chǎn)生局部熱療加速溶栓[22]。同時(shí)，將溶栓藥物再灌注治療與載有神經(jīng)保護(hù)劑或抗氧化劑的納米顆粒相結(jié)合，可以減低溶栓藥物的不良反應(yīng)，例如在常規(guī)治療前靜脈內(nèi)給含有法舒地爾（一種防止血-腦屏障破壞的Rho 激酶抑制劑）的脂質(zhì)體藥物可以改善與組織纖溶酶原激活劑對血-腦屏障的破壞作用[23]。另外在超急性期納米顆粒還可用于調(diào)節(jié)血-腦屏障通透性，已知基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）-9 能夠通過干擾腦內(nèi)皮細(xì)胞緊密連接導(dǎo)致血-腦屏障滲漏，將納米顆粒負(fù)載MMP-9抑制肽、基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制劑或CD147 拮抗肽，不僅能順利夠穿過血-腦屏障，還可抑制MMP-9 從而用于治療超急性缺血性卒中[24]。

3.2 納米顆粒在缺血性卒中的急性期的應(yīng)用 急性期的主要特征是血-腦屏障破壞和神經(jīng)炎癥發(fā)生，是由損傷開始時(shí)產(chǎn)生的神經(jīng)毒性因子的釋放導(dǎo)致的[8]。因此急性期納米顆粒作用機(jī)制主要通過負(fù)載靶向炎性因子的顆粒，來緩解神經(jīng)炎性的損傷和修復(fù)血-腦屏障的通透性。臨床上絕大多數(shù)患者沒有機(jī)會(huì)在發(fā)病6 h 內(nèi)及時(shí)到院就治，因此進(jìn)入急性期對于緩解神經(jīng)炎癥和修復(fù)的治療方法是必不可少的。

最開始組織損傷后引發(fā)先天免疫反應(yīng)，導(dǎo)致炎癥，產(chǎn)生損傷；而隨后小膠質(zhì)細(xì)胞活化參與調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫反應(yīng)產(chǎn)生，即已經(jīng)存在的炎癥介質(zhì)導(dǎo)致炎癥細(xì)胞的激活和浸潤，其在缺血性卒中后的保護(hù)作用中起著重要作用，為治療提供了機(jī)會(huì)。因此納米顆粒具有靶向炎癥相關(guān)因子和調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞適當(dāng)活化的作用，可對缺血性卒中等病理反應(yīng)中產(chǎn)生好的治療的效果[25]，例如在急性期缺血性卒中大鼠中，利用裝載miRNA-126 的細(xì)胞外囊泡能夠抑制小膠質(zhì)細(xì)胞活化，使炎性因子腫瘤壞死因子(TNF)-α 和白細(xì)胞介素（IL）-1β 顯著減少，從而減少急性期的炎性損傷，改善缺血性卒中預(yù)后[26]。另外將負(fù)載維甲酸的納米顆粒用于治療急性期缺血性卒中，因?yàn)樵摷{米顆粒在暴露于缺血性卒中產(chǎn)生的脂多糖等炎癥因子后，能夠參與抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥[27]。

3.3 納米顆粒在缺血性卒中亞急性期的應(yīng)用 亞急性期是缺血性卒中發(fā)作后1 周左右，其病理過程是血管和神經(jīng)元的再生[8]。在此階段中，血管再生可以生理性增加血-腦屏障通透性，有助于缺血性卒中后功能恢復(fù)。因此該階段納米顆粒作用機(jī)制是通過負(fù)載促進(jìn)血管再生藥物和神經(jīng)保護(hù)劑來促進(jìn)血管和神經(jīng)元再生，尤其是血管再生為主。

缺血性卒中開始時(shí)內(nèi)皮祖細(xì)胞被動(dòng)員，產(chǎn)生炎性趨化因子和生長因子，例如缺氧細(xì)胞分泌血管內(nèi)皮生長因子和血管生成素[8]。缺血性卒中后期治療主要是進(jìn)行身體和認(rèn)知水平的康復(fù)，該過程是基于亞急性期神經(jīng)血管的恢復(fù)來刺激神經(jīng)元的再生[28]。納米顆?？梢匝娱L藥物活性的時(shí)間窗，這一特性也被用于亞急性期的血管保護(hù)和再生。在亞急性期，聚合物納米顆粒最常用于輸送血管生成因子[29-31]。例如，研究通過含有聚合納米顆粒的水凝膠在梗死周圍區(qū)域同時(shí)遞送基質(zhì)細(xì)胞衍生因子和成纖維細(xì)胞生長因子，促進(jìn)了神經(jīng)發(fā)生和血管生成，顯著減少了亞急性期梗死面積[32]。此外，亞急性期使用的雙離子pH 響應(yīng)共聚物（氨基甲酸酯氨基磺胺二甲嘧啶）在缺血區(qū)域釋放基質(zhì)細(xì)胞衍生因子，有助于永久性大腦中動(dòng)脈閉塞后缺血邊緣的血管生成[30]。另有研究將細(xì)胞外囊泡用于缺血性卒中的亞急性期。研究將載有膽固醇修飾的miR-210 細(xì)胞外囊泡用于改善腦缺血后腦組織修復(fù)血管生成，并且腦區(qū)功能也得到恢復(fù)，并提出了靶向遞送至缺血性腦組織的方案，該研究相當(dāng)于提供了一種用于治療亞急性期缺血性卒中的血管生成劑[33]。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)狂犬病病毒糖蛋白與外泌體蛋白溶酶體相關(guān)膜糖蛋白融合，可有效地將miR-124 遞送至梗死部位[34]。

3.4 納米顆粒在缺血性卒中慢性期的應(yīng)用 慢性期開始于缺血性卒中發(fā)病后1 個(gè)月，這個(gè)階段是真正的神經(jīng)修復(fù)機(jī)制，如神經(jīng)發(fā)生、血管發(fā)生以及血腦屏障修復(fù)。因此，在缺血性卒中慢性期給藥的治療性納米顆粒應(yīng)側(cè)重于促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞增殖、遷移和分化為神經(jīng)元，以支持和放大內(nèi)源性分泌因子的作用[8]，其中最常用的是負(fù)載各種生長因子，例如成纖維細(xì)胞生長因子、血管內(nèi)皮生長因子、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子等。

多種納米顆粒已成功在體外或缺血性卒中動(dòng)物模型中發(fā)揮促進(jìn)神經(jīng)生長的作用。例如，載有視黃酸（一種神經(jīng)發(fā)生和血管生成調(diào)節(jié)劑）的聚乙烯亞胺納米顆粒能夠在體外增強(qiáng)人內(nèi)皮祖細(xì)胞的增殖，進(jìn)而分泌能夠誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞向神經(jīng)元的分化，可用于慢性期缺血性卒中促進(jìn)壞死區(qū)的新生神經(jīng)元生長[35]。在光栓造模形成局灶性缺血性卒中小鼠模型中，慢性期使用負(fù)載有低氧誘導(dǎo)因子（HIF）-脯氨酰羥化酶的聚乙烯亞胺封裝的超順磁性氧化鐵納米顆粒轉(zhuǎn)染臍帶血來源的內(nèi)皮祖細(xì)胞，其能夠到達(dá)的腦室下區(qū)并增殖并誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞的神經(jīng)分化[36]。納米顆粒中多種生物分子的組合可以同時(shí)調(diào)節(jié)多種再生途徑，從而改善腦部功能。例如，在治療慢性期缺血性卒中神經(jīng)修復(fù)機(jī)制中，負(fù)載表皮生長因子和促紅細(xì)胞生成素的兩種納米顆粒制劑分別被包裹在水凝膠中，用于誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞的增殖和限制細(xì)胞凋亡，促進(jìn)神經(jīng)再生[37]；納米顆粒經(jīng)多種生物分子修飾后可以靶向腦內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)的受體，并在腦中積累，提高神經(jīng)再生藥物的效能；在含有神經(jīng)保護(hù)劑納米顆粒中，加入轉(zhuǎn)鐵蛋白受體的抗體，使納米顆粒能靶向腦內(nèi)皮細(xì)胞中，順利穿過血腦屏障，從而增強(qiáng)誘導(dǎo)神經(jīng)保護(hù)的能力[38]。另外細(xì)胞外囊泡等生物納米顆粒也可用于治療慢性期缺血性卒中。據(jù)報(bào)道，將間充質(zhì)干細(xì)胞來源的細(xì)胞外囊泡用于大腦中動(dòng)脈閉塞的雄性大鼠，給藥后28 d 可誘導(dǎo)大鼠神經(jīng)發(fā)生，表現(xiàn)出軸突生長、雙皮質(zhì)素陽性成神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)功能的恢復(fù)，有助于慢性期缺血性卒中的恢復(fù)[39]。也有其他來源的細(xì)胞外囊泡干細(xì)胞如脂肪來源和尿源性干細(xì)胞的相關(guān)研究，尿源性細(xì)胞外囊泡成功誘導(dǎo)大鼠神經(jīng)干細(xì)胞的分化[40]。

綜上所述，缺血性卒中是一種復(fù)雜、多因素和異質(zhì)性的疾病，因此需要尋找不同的治療方法以應(yīng)對其不同血流動(dòng)力學(xué)階段發(fā)生的不同病理過程。本文討論了缺血性卒中不同階段使用的納米顆粒，從超急性期和急性期改善再通治療和減少神經(jīng)炎癥，到亞急性期和慢性期神經(jīng)恢復(fù)。雖然納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域非常有前途，但需進(jìn)一步探索其神經(jīng)毒性才能應(yīng)用于人體。相信隨著越來越多研究對納米顆粒的探索，更多納米顆粒的批準(zhǔn)可以促進(jìn)臨床應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。此外，在單個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行單一干預(yù)可能無法解決缺血性卒中的復(fù)雜病理，納米顆粒制劑的可塑性可以優(yōu)化治療方法以滿足每個(gè)患者在不同時(shí)間點(diǎn)的特定生物學(xué)需求?？傊?，納米顆粒靶向給藥平臺的設(shè)計(jì)可以極大地改善缺血性卒中治療的前景，可以改進(jìn)現(xiàn)有療法甚至預(yù)防、恢復(fù)腦缺血，為患者帶來更好的治療和預(yù)后。