综述：基于脂质纳米颗粒的药物递送策略用于阿尔茨海默病的治疗

《Journal of Nanobiotechnology》：Drug delivery strategies with lipid-based nanoparticles for Alzheimer’s disease treatment

阿尔茨海默病（AD）是一种常见的神经退行性疾病，严重影响患者生活质量。这篇综述聚焦于基于脂质纳米颗粒（LBNs）的药物递送策略在 AD 治疗中的应用。详细探讨了 AD 的病理假说、现有疗法的局限，以及 LBNs 跨越血脑屏障（BBB）的机制和各类 LBNs 的治疗应用与局限。

　　

阿尔茨海默病治疗现状与挑战

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是一种不可逆的、渐进性的神经退行性疾病，以年龄相关的认知能力下降和记忆障碍为特征。随着全球老龄化加剧，AD 的发病率逐年上升，给社会和家庭带来沉重负担。目前，AD 的病因尚未完全明确，普遍认为遗传和环境因素共同作用于其发病过程。患者大脑中存在一些共同特征，如 β- 淀粉样蛋白（Aβ）、tau 蛋白等错误折叠蛋白的进行性积累，同时伴有神经元死亡。

美国食品药品监督管理局（FDA）批准的治疗 AD 的药物，大多通过调节神经递质或酶，如乙酰胆碱酯酶（AChE）抑制剂、N - 甲基 - D - 天冬氨酸（NMDA）受体拮抗剂等，只能暂时缓解症状，无法从根本上阻止神经元死亡。免疫疗法虽尝试通过清除错误折叠蛋白治疗早期 AD，但存在副作用风险，且血脑屏障（Blood–brain barrier，BBB）穿透效率有待提高。BBB 作为一道高度选择性的物理化学屏障，阻止了大多数治疗分子进入大脑，使得药物递送成为 AD 治疗的一大难题。

阿尔茨海默病的病理假说

1. 胆碱能假说：该假说认为，大脑中神经递质乙酰胆碱（Ach）数量不足是导致 AD 的原因之一。在 AD 患者中，胆碱能神经元发生退化，使得海马体（参与记忆处理的脑区）中的 Ach 水平降低。Ach 由乙酰辅酶 A 和胆碱在 Ach 转移酶（ChAT）的作用下合成，释放到细胞外后与突触后神经元上的毒蕈碱或尼古丁受体结合，引发离子内流。而 AChE 可降解 Ach，维持突触处 Ach 的稳态。在 AD 患者中，ChAT 活性降低或 AChE 活性增加，导致大脑中 Ach 水平下降。
2. 谷氨酸兴奋性毒性：在 AD 过程中，兴奋性神经递质谷氨酸会积累并成为神经毒素，影响患者的行为、认知、学习和记忆。谷氨酸通过 NMDA 受体诱导兴奋性毒性，具体过程为：细胞外的钠和氯离子浓度变化导致细胞和树突肿胀，引发去极化；随后钙离子（Ca²⁺）内流，逐渐导致神经元变性。在生理状态下，NMDA 受体允许 Ca²⁺内流以实现神经传递，但在 AD 中，NMDA 受体活性增加，离子通道开放时间延长，导致过多 Ca²⁺内流，进而诱导兴奋性毒性和细胞死亡。
3. 淀粉样级联反应：淀粉样级联反应指的是 Aβ 的产生和积累过程，最终导致 AD。Aβ 肽由淀粉样前体蛋白（APP）经 α-、β- 和 γ- 分泌酶复合物依次切割产生。正常情况下，APP 经 α- 和 γ- 分泌酶加工，产生非聚集性的 Aβ；然而在神经病理状态下，APP 被 β- 和 γ- 分泌酶分解，形成易聚集的不溶性 Aβ。这些 Aβ 斑块具有神经毒性，可通过细胞内神经原纤维缠结形成、神经元可塑性下降和突触功能障碍等一系列级联反应，导致神经元死亡，最终使患者认知功能丧失。不过，动物模型和临床研究中的一些证据对淀粉样级联假说提出了挑战，表明 Aβ 斑块的聚集可能并非神经毒性的原因，而是结果，且 Aβ 积累与神经退行性变之间的确切分子机制仍不清楚。
4. tau 蛋白聚集：tau 蛋白是 AD 的另一个病理生物标志物。tau 蛋白在轴突中丰富且可溶，主要调节微管的稳定性。tau 蛋白的过度磷酸化会使其失去与微管的结合能力，形成神经原纤维缠结，破坏神经元微管网络，抑制细胞间通讯，最终导致细胞骨架功能障碍和神经退行性变。由于神经原纤维缠结是 AD 的关键病理状态，且单独抑制它较为困难，因此针对 tau 蛋白的治疗通常是多靶点的，尤其针对淀粉样斑块。

阿尔茨海默病现有治疗药物及局限

1. 临床使用的药物：胆碱酯酶抑制剂是 FDA 批准用于治疗轻度至中度 AD 的药物，如利伐斯的明、加兰他敏和多奈哌齐，它们通过抑制 AChE 介导的 Ach 水解，维持突触处 Ach 水平，延缓 AD 进展。然而，这些药物存在腹泻、恶心、呕吐等副作用。FDA 批准的美金刚是一种 NMDA 拮抗剂，自 2003 年起用于治疗中度至重度 AD，它可非竞争性结合 NMDA 受体通道，减少谷氨酸过度结合，降低 Ca²⁺内流，从而改善患者的记忆、认知和日常行为表现，但具体作用机制和疗效程度仍有待确定。此外，多奈哌齐和美金刚的固定剂量组合（如 Namzaric）也用于治疗中度至重度 AD，多项荟萃分析表明联合治疗在改善认知方面比单一药物治疗更有效，但该药物也可能引起头痛、腹泻、厌食、呕吐和瘀斑等不良反应，且在儿童中的疗效和安全性尚未确定。
2. 抗淀粉样蛋白治疗：针对淀粉样假说的治疗主要目的是破坏 Aβ 在实质区域的积累，降低 AD 患者大脑中的淀粉样沉积物水平，其靶点包括 Aβ 的产生、聚集和清除三条途径。
   • 抑制 β- 淀粉样蛋白产生：β- 分泌酶（BACE1）抑制剂可阻断 Aβ 产生途径，预防 AD 进展，但如维鲁贝西他、拉那贝西他等进入 III 期临床试验的药物，因未能改善认知功能，甚至在部分案例中导致认知恶化而终止试验。可能原因是 BACE1 除 APP 外还有广泛的底物，即使酶特异性抑制成功，也可能产生副作用。γ- 分泌酶在淀粉样蛋白产生的最后阶段发挥作用，诱导 Aβ40 和 Aβ42 生成。γ- 分泌酶抑制剂如司马西他、阿瓦西他等进入临床试验后，因出现皮肤癌等不良反应和脱靶效应而中断试验。作为替代，γ- 分泌酶调节剂应运而生，试图在阻断 APP 加工的同时避免对其他 γ- 分泌酶底物（如 Notch）的干扰，但如 R - 氟比洛芬（tarenflurbil）等药物在临床试验中未能显著降低 Aβ42 水平和改善认知功能，仍需进一步改进。
   • 抑制 β- 淀粉样蛋白聚集：Aβ 聚集破坏剂可通过与 Aβ 肽结合抑制斑块聚集，防止后续神经毒性。然而，口服 Aβ 聚集抑制剂如肌醇（scyllo-inositol）在 II 期试验中未能改善疗效，在剂量确定方面也存在问题；曲美普坦（tramiprosate）在 III 期轻度至中度 AD 试验中未显示出认知改善效果，导致试验暂停，虽然后续重新分析在特定亚组患者中发现了临床疗效，但仍需进一步验证。
   • 促进 β- 淀粉样蛋白清除：Aβ 定向免疫疗法是目前治疗 AD 的一种重要方法，包括主动免疫和被动免疫策略。主动免疫通过注射 Aβ 片段刺激患者免疫系统产生抗体，如第一代抗 Aβ 疫苗 AN-1792，虽在临床前阶段成功清除 Aβ，但 II 期试验因部分患者出现无菌性脑膜脑炎而终止。第二代疫苗如阿米洛莫肽（CAD106）、瓦努肽克里迪法尔（ACC-001）、ABvac40 等正在进行临床试验，部分疫苗显示出一定的安全性和免疫反应，但仍面临挑战。被动免疫则是直接注射外源性抗体，如巴匹纽单抗（Bapineuzumab，AAB-001）、索拉珠单抗（solanezumab，LY2062430）等在 III 期试验中未能显著改善认知或功能障碍，且存在安全性问题；阿杜卡那单抗（Aducanumab，BIIB037）、莱卡那单抗（Lecanemab，BAN2401）、多纳那单抗（Donanemab，LY3002813）等药物在临床试验中显示出一定的疗效，但仍需进一步观察安全性和长期效果。
3. 抗 tau 治疗：由于针对 Aβ 的治疗未达到预期效果，研究重点逐渐转向 tau 靶向试验。最初研究的激酶抑制剂、tau 聚集抑制剂和微管稳定剂等，因毒性和 / 或疗效不足而效果不佳。目前，tau 免疫治疗的临床试验（I 期和 II 期）和临床前研究正在进行中，但 tau 靶向治疗仍面临诸多挑战，不过若能成功，有望开发出多靶点联合疗法用于治疗早期 AD。

血脑屏障与脑靶向方法

血脑屏障是一个由内皮细胞、周细胞、星形胶质细胞和小胶质细胞等多种细胞组成的复杂结构，它限制和控制蛋白质、离子等进入大脑，同时将促炎和神经毒性物质释放到血液中。内皮细胞的紧密连接形成物理屏障，限制化学物质的细胞旁运输。血脑屏障的存在使得药物递送面临巨大挑战，目前主要有吸附介导的转胞吞作用（Adsorptive-mediated transcytosis，AMT）、受体介导的转胞吞作用（Receptor-mediated transcytosis，RMT）和载体介导的转胞吞作用（Carrier-mediated transcytosis，CMT）三种跨细胞运输机制。

1. 吸附介导的转胞吞作用（AMT）：AMT 是一种非特异性的转胞吞运输机制，基于带正电或两亲性的化学物质与血脑屏障带负电的膜之间的静电相互作用。当阳离子 / 两亲性分子与带负电的顶端膜接触时，形成电复合物，随后形成内体并移动到基底外侧膜，将分子释放到大脑中。虽然有研究尝试利用 AMT 使颗粒穿透血脑屏障，但由于其非特异性靶向，目前尚未取得显著成果。
2. 载体介导的转胞吞作用（CMT）：CMT 通过大脑内皮细胞上表达的约 20 种转运体实现物质进入大脑，如葡萄糖、肽和核苷酸等营养物质通过该机制运输。转运体蛋白识别底物后，转运体 - 底物复合物发生变化，根据底物浓度差异被运输到管腔。通过将转运体靶向肽与底物结合，可实现更高效的药物递送，例如 L 型氨基酸转运体 1（LAT1）在血脑屏障和脑肿瘤中高表达，利用这一特性可有效靶向脑肿瘤并穿透血脑屏障。
3. 受体介导的转胞吞作用（RMT）：RMT 是一种高度特异性、选择性和亲和力的跨细胞运输方式，被广泛用于实现纳米颗粒的脑内递送。大多数内源性大分子通过 RMT 进入脑实质。其具体机制为：管腔中的配体与脑内皮细胞上表达的特定受体结合形成复合物，受体蛋白发生修饰，然后复合物通过网格蛋白包被的小窝内吞，在跨细胞运输过程中，网格蛋白脱离并与内体融合，受体从配体上切割下来并回收，最后内体从腔外侧面通过胞吐释放，实现配体向靶标的运输。RMT 通常是能量依赖的，效率相对较高，通过对纳米颗粒进行选择性表面修饰，结合特定配体，可促进负载的治疗药物向脑内靶标的运输。

脂质纳米颗粒及其在阿尔茨海默病治疗中的应用

脂质纳米颗粒（Lipid-based nanoparticles，LBNs）是由脂质组成的纳米递送系统，能够将遗传物质或药物运输到体内，具有稳定性、生物利用度和药代动力学等优势，已在多个领域得到应用，包括农业、营养、化妆品、医学成像等。FDA 已批准 LBNs 用于药物和疫苗的递送，在 COVID-19 mRNA 疫苗中，LBNs 对有效递送和保存 mRNA 起到关键作用。在 AD 治疗中，LBNs 如外泌体、脂质体、固体脂质纳米颗粒（Solid lipid nanoparticles，SLNs）和纳米结构脂质载体（Nanostructured lipid carriers，NLCs）等，因其能够增强血脑屏障靶向性和穿透性，实现精确和持续的药物递送，同时具有生物相容性高、易于合成、药物缓释和增强疏水性药物溶解性等优点，受到广泛关注。

1. 外泌体：外泌体是自然分泌的纳米颗粒，源自体内各种细胞，大小在 30 - 150nm 之间。它由多囊泡向内出芽并在内涵体系统中形成内部囊泡产生，可在多种生物体液中检测到，其结构包含外层脂质双分子层和跨膜蛋白，包裹着酶、生长因子、核酸、脂质和转录因子等物质。外泌体凭借其细胞来源的外膜，具有独特的跨屏障组织（尤其是血脑屏障）的能力，并且能够负载多种治疗性货物，成为 AD 治疗中颇具潜力的药物递送载体。
   • 外泌体在阿尔茨海默病中的治疗应用：外泌体的治疗作用取决于其来源细胞的功能。间充质干细胞（MSCs）来源的外泌体（MSC-exo）可通过携带多种再生蛋白和核酸发挥治疗作用，如向 MSC-exo 中额外加载 miR-223 靶向 PI3K/Akt 信号通路，能更好地减少 AD 神经元的凋亡，促进神经元修复；加载雷帕霉素（一种自噬激活剂）可改善 AD 小鼠模型的记忆和认知功能。此外，通过将 MSC-exo 与脑靶向肽（如狂犬病病毒糖蛋白，RVG）结合，可增强其向中枢神经系统的递送效率，降低 Aβ 积累和炎症反应，改善认知功能。树突状细胞来源的外泌体可作为 siRNA 的递送载体，通过融合 RVG 肽实现神经元特异性靶向，减少免疫原性。神经干细胞（NSC）来源的外泌体也具有神经保护潜力，可降低 tau 蛋白过度磷酸化（p-tau）和 Aβ 水平，抑制激酶活性，减少炎症标志物，增强神经母细胞活力。
   • 外泌体治疗阿尔茨海默病的局限性：尽管外泌体疗法在 AD 治疗中前景可观，但仍面临诸多挑战。首先是外泌体的低生产率，从数百万个人类细胞中收获的外泌体产量通常较低，难以满足临床研究的需求，且生产时间和成本效益较低。其次，外泌体的异质性需要精确的标准化和质量控制，其生产受细胞培养环境影响较大，目前的质量控制方法仍需进一步完善。此外，外泌体在体内的长期稳定性、安全性和疗效尚不确定，缺乏全面的纵向研究，需要进一步研究其药代动力学和药效学特征，以了解其治疗机制并预防潜在的不良反应。
2. 脂质体：脂质体是人工合成的球形囊泡，由磷脂双分子层组成，大小在 50 - 100nm 之间。它能够同时包裹亲水性和疏水性药物，提高药物稳定性，延长循环时间，是一种有潜力的脑靶向药物载体。通过表面功能化修饰，可增强脂质体在大脑中的药物溶解度和生物利用度。脂质体的合成方法中，薄膜水化法较为常用。
   • 脂质体在阿尔茨海默病中的治疗应用：研究表明，使用能够穿越血脑屏障的配体修饰脂质体，可减轻 AD 中的神经炎症。例如，转铁蛋白（Tf）作为一种常用的靶向血脑屏障的配体，可与血脑屏障上的转铁蛋白受体（TfR）结合，促进药物在大脑中的积累。Tf 修饰的脂质体可负载具有神经保护作用的小肽 Pep63，减少海马体中的 Aβ 负荷，改善认知障碍；也可负载香豆素化合物蛇床子素（Osthole），增强药物向脑靶点的递送，提高药物稳定性、溶解度和生物利用度。乳铁蛋白（Lf）属于转铁蛋白家族，对脑细胞尤其是血脑屏障的内皮细胞具有高亲和力，Lf 修饰的脂质体可利用这一特性增强药物递送，如 Lf 修饰的脂质体负载神经生长因子（NGF）可保护大鼠基底前脑胆碱能神经元免受退化，改善神经元存活并清除 Aβ。此外，一些新型修饰方法也在不断探索中，如环状 D，L-α 肽（CP-2）修饰的脂质体可破坏 Aβ 聚集，减轻 Aβ 介导的毒性，改善 AD 转基因模型的行为和认知能力；共负载淫羊藿苷（ICA）和丹参酮 IIA（TSIIA）的 Angiopep-2 修饰的脂质体可通过内吞作用穿透血脑屏障，减少 APP/PS1 小鼠的细胞凋亡，调节神经炎症和氧化应激，改善认知功能；壳聚糖包被的纳米脂质体可提高稳定性和生物利用度；脂质体释放的 microRNAs-195 可调节 APP 和 BACE1 的表达，减少 Aβ 的产生和 tau 蛋白的过度磷酸化；脂质体递送脑源性神经营养因子基因可促进 APP/PS1 小鼠模型的 AD 病理改善。
   • 脂质体在阿尔茨海默病治疗中的局限性：修饰后的脂质体在 AD 治疗中虽有潜力，但也存在一些问题。由于脂质体是人工合成的，在体内被视为外来物质，可能表现出变异性、不稳定性和有限的寿命。其生产成本相对较高，在药物递送过程中脂质可能发生氧化和水解反应。此外，脂质体的精确靶向定位存在挑战，需要进行表面修饰以增强稳定性，但 Tf 修饰和 Lf 修饰脂质体的配方和优化过程复杂且成本高昂，大规模生产和商业化面临困难。同时，脂质体配方和转铁蛋白修饰可能引发免疫原性反应，限制其临床应用，且目前需要大规模临床试验来确认其在人体中的疗效和安全性。
3. 固体脂质纳米颗粒（SLNs）：SLNs 是一种有前景的药物递送系统，具有疏水脂质