近年来，多肽和蛋白质治疗领域取得了显著增长，但将这些大分子药物递送至大脑的挑战限制了其临床应用。大分子药物如多肽和蛋白质因其难以穿过血脑屏障(BBB)，BBB通过紧密连接的内皮细胞限制了大分子药物进入中枢神经系统，只有少数特定的分子如胰岛素、转铁蛋白和铜蓝蛋白能够通过受体介导的转运机制跨越BBB。

大多数生物制剂(如重组蛋白、治疗性抗体和核酸)由于分子量过大，无法自然进入中枢神经系统(CNS)，使得针对神经疾病的创新药物发现进展缓慢。即便物理方法能够直接递送蛋白质药物，然而其破坏性强、风险高，难以有效解决疾病症状，因此需要探索更有效的多肽和蛋白药物的大脑递送策略。尽管大脑通常不允许大分子药物进入，但通过受体介导的转运(RMT)机制，可以实现某些蛋白质和多肽药物的递送。胰岛素和转铁蛋白等分子可通过相应的受体，如胰岛素受体(IR)和转铁蛋白受体(TfR)，有效穿透BBB。此外，吸附介导的胞吞作用(AMT)也可以帮助正电荷药物被吸收并进入脑部。借助这些机制，药物可以在不破坏血脑屏障结构的情况下递送至大脑，从而解决传统递送路径存在的风险。

近年来，纳米技术为多肽和蛋白质药物的递送带来了新的希望。纳米载体，如脂质体、固体脂质纳米颗粒和纳米结构脂质颗粒等，在递送系统中具有显著优势。相比于微粒，聚合物纳米颗粒(NPs)因其体积较小，能够更有效地穿过血脑屏障和紧密连接。纳米技术不仅能够提高药物在局部的生物利用度，还能减少非靶向部位的药物浓度，进而降低潜在的副作用。The journal of pharmacology and experimental therapeutics最新发表的论文——Recent Advances in Delivery of Peptide and Protein Therapeutics to the Brain详细总结了多肽和蛋白药物大脑递送的最新进展。

PART.01

蛋白质和多肽药物

穿越BBB的途径

01 扩散

药物通过增加亲脂性进行扩散。

02 载体介导的运输

通过特定的载体，如葡萄糖载体和氨基酸载体，使葡萄糖和氨基酸进入大脑，这些物质对于神经递质的产生和大脑发育至关重要。

03 受体介导的转运(RMT)

大分子，如胰岛素、瘦素、转铁蛋白、叶酸、神经肽等，通过与特定的受体结合，跨越内皮细胞进入大脑。

受体介导的转运(RMT)是一种将多肽和蛋白质递送到大脑的有效策略，依赖于囊泡(vesicle)结构，将内源性大分子从血液中高效、特异性地输送至大脑。内吞过程包括五个步骤：启动、货物选择、外壳构建、分裂和解包，最终生成内化的囊泡。

RMT相关生物制剂的递送研发中有两种主要策略：

一种是利用融合蛋白或化学连接物(如链霉亲和素/生物素连接)将RMT靶向部分与生物制剂结合;

另一种是将所需的生物制剂装载到脂质体或聚合物纳米颗粒中，再使用RMT靶向配体进行包被。

胰岛素受体和转铁蛋白受体是该过程中常见的受体，能够介导蛋白质和多肽的运输。

胰岛素及类胰岛素生长因子

胰岛素、IGF 1(胰岛素样生长因子1)、IGF 2(胰岛素样生长因子2)在中枢神经系统的发育和功能中发挥了重要作用，尤其是在胰岛素受体(IR)密度较高的区域，如嗅觉区、杏仁复合体和海马等。

虽然胰岛素是一种高分子量的多肽，但由于这些受体的存在，它可以通过血脑屏障进入大脑。IR通过配体诱导的自磷酸化进入细胞，随后在早期内体中被调控，大部分IR会回收到细胞膜，而少量会转移至晚期内体或细胞核。

基于这一机制，研究人员开发了通过抗胰岛素受体抗体包裹多肽药物的方法，用于治疗神经疾病。比如，在黏多糖贮积症I型中，单独的IDUA酶(α-L-艾杜糖醛酸苷酶)无法进入大脑，但与抗胰岛素受体单抗融合的IDUA蛋白则能顺利通过血脑屏障。

转铁蛋白受体(Transferrin receptor, TfR)

转铁蛋白是体内关键的铁载体蛋白，负责将铁从外周输送到大脑。它通过与血脑屏障(BBB)上的转铁蛋白受体(TfR)结合，介导铁-转铁蛋白复合物的跨屏障转运。转铁蛋白受体在BBB内皮细胞中高度表达，并且在细胞内铁水平的调节下发挥作用。释放铁后，转铁蛋白受体和转铁蛋白复合物再循环回细胞膜。

研究人员探索通过单抗靶向转铁蛋白受体来输送生物大分子，如神经生长因子(NGF)和脑源性神经营养因子(BDNF)，以此途径跨越血脑屏障。NGF对于神经元存活至关重要，但无法自行通过血脑屏障。将NGF与抗转铁蛋白受体抗体结合后，可以将其输送至大脑，为神经系统疾病的治疗提供潜在的新策略。

04 吸附介导转胞吞作用(AMT)

正电荷分子(如阳离子化白蛋白和免疫球蛋白)通过与内皮细胞的结合和胞吐机制进入大脑。

吸附介导转胞吞作用的转运(AMT)是一种通过正电荷药物与血脑屏障(BBB)膜上的阴离子之间的静电相互作用，将药物输送入脑内的机制。AMT是一种由蛋白介导的内吞过程，且方向性为单向，即从血液到大脑。研究表明，阳离子化的白蛋白和免疫球蛋白能够作为吸附载体，有助于较大分子的转运。

阳离子化白蛋白(cationized albumin)

阳离子化白蛋白(cationized albumin)由于其非免疫原性、生物相容性、无毒性等优点，可以成为一种有前景的药物载体，特别是在蛋白质和肽类药物的递送中。

与天然白蛋白相比，阳离子化白蛋白能够更快速地从血液渗透进入脑脊液。结合阳离子化白蛋白的策略有望将非穿透性蛋白或肽类药物输送到大脑，从而克服这些大分子药物在临床应用中的局限性，例如低安全性和高免疫原性问题。

研究还表明，利用阳离子化白蛋白与药物结合，可以提高药物在脑部肿瘤中的疗效。通过类似的结合策略，蛋白质或肽类分子也可能通过BBB进入大脑，为治疗神经疾病提供新的可能性。

阳离子化免疫球蛋白

阳离子化免疫球蛋白可以穿过血脑屏障(BBB)，与自然带负电的细胞膜相互作用，促进跨细胞运输，因此可能成为治疗神经系统疾病及神经诊断成像的潜在载体。研究表明，阳离子化IgG可以有效跨越BBB并进入大脑实质，相较于未阳离子化的IgG分子，其在体内的转运效果更佳。

PART.02

多肽药物

在神经系统疾病中的应用

蛋白质和肽类治疗在多种神经疾病中的应用面临血脑屏障渗透的挑战。通过被动扩散、主动运输和内吞作用等途径，蛋白质和肽类能作为受体激动剂或拮抗剂，或发挥神经保护功能。细胞穿透肽模仿病毒，促进内涵体逃逸，纳米技术增强蛋白质和肽类的脑部递送，保护其免于酶降解。

阿尔茨海默病(AD)：由于淀粉样蛋白(Aβ)斑块和tau蛋白缠结导致神经元损伤。纳米技术支持的蛋白质和肽类可抑制Aβ和tau蛋白聚集，减缓疾病进展。

帕金森病(PD)：与α-突触核蛋白聚集和多巴胺神经元退化相关。蛋白质和肽类通过调节多巴胺释放和神经保护，缓解运动症状。

亨廷顿病(HD)：亨廷顿蛋白突变导致神经退化。蛋白质治疗减少突变蛋白或增强其清除。

肌萎缩侧索硬化症(ALS)：蛋白质疗法靶向错误折叠的SOD1或TPD-43蛋白，减少神经毒性聚集物。

多发性硬化症(MS)：自体免疫攻击髓鞘，蛋白质疗法调节免疫反应。

神经性疼痛：通过调节神经递质释放和受体激活，蛋白质和肽类减轻神经过度兴奋，缓解疼痛。

癫痫：蛋白质和肽类通过影响神经递质和离子通道活动，减少癫痫发作的发生。

自闭症：肽类如催产素调节社交行为，纳米技术支持的递送系统增强疗效。

PART.03

纳米载体递送多肽蛋白

神经系统类疾病药物案例

01 阿尔茨海默病

多项研究使用纳米载体递送多肽和蛋白阿尔茨海默病药物，并且取得了不同程度的成功。

研究者发现将维生素D结合蛋白(Vit D-BP)装载在聚乳酸-羟基乙酸(PLGA)纳米颗粒中，能够在体外显著抑制Aβ聚集，并在Aβ过表达的AD小鼠模型中减少Aβ的累积、神经炎症、认知功能障碍和神经元损失，显示出潜在的治疗效果。

通过用狂犬病毒糖蛋白(RVG29)和三苯基膦(TPP)修饰的巨噬细胞膜包裹固体脂质纳米颗粒，研究者实现了有效的抗氧化剂递送到神经元线粒体，能够穿过血脑屏障并选择性靶向神经元，显著改善AD症状。

另一项开创性研究探索了蛋白质包裹的氧化铁和硫化镉纳米颗粒在体外抑制Tau蛋白聚集的潜力，发现这些纳米具有抑制和解聚Tau的双重特性。这些研究为AD治疗提供了新的思路，并揭示了生物纳米结构在药物递送中的潜力。

02 帕金森病

一项研究利用angiopep肽结合的树状聚赖氨酸(DGL)来研究其在帕金森病慢性模型中的神经保护作用。Angiopep肽作为配体，能专门与在血脑屏障(BBB)上高表达的低密度脂蛋白受体相关蛋白结合，并通过亲水性的PEG与可生物降解的DGL结合，形成DGL-PLGA-angiopep。

研究者使用DGL-PLGA-angiopep纳米颗粒，并将其包裹治疗基因hGDNF(人源胶质细胞源性神经营养因子)。实验表明，与未修饰的对照组相比，改良后的纳米颗粒在脑细胞中表现出更高的细胞摄取率和基因表达。在体内实验中，注射了DGL-PLGA-angiopep/hGDNF纳米颗粒的大鼠表现出更好的运动能力恢复和多巴胺能神经元的恢复，效果优于其他实验组。

03 癫痫

研究人员使用封装有甲状腺释放激素的聚乳酸纳米颗粒(PLA-NPs)测试在癫痫动物模型和人类中的应用。结果发现，PLA-NPs在不同浓度下对癫痫的行为阶段产生依赖性效应。在小鼠实验中，荧光染料载荷的纳米颗粒通过鼻腔给药后成功进入大脑。

另一项研究中，研究者探索了载有催产素的纳米颗粒，通过脑内注射提高抗癫痫性和改善社会行为。在小鼠的体内研究中，纳米催产素对诱导癫痫具有保护作用。

04 自闭症

催产素(OXT)用于治疗脑部疾病(如自闭症)具有巨大的应用潜力，但由于频繁给药、血液代谢及大脑穿透等限制，催产素的进一步应用受到制约。为此，研究人员尝试制备PLGA或牛血清白蛋白(BSA)纳米颗粒，结合转铁蛋白(Tf)或RVG(Rabies Virus Glycoprotein，狂犬病毒糖蛋白)作为靶向分子。这些纳米颗粒带负电荷，药物负载率最高可达75%。与PLGA颗粒相比，BSA制剂中的催产素释放较快，之后维持较长时间。

研究者得出结论，RVG结合的BSA制剂在脑部递送催产素方面表现出更好的载体系统。研究者认为，纳米封装的催产素制剂在自闭症谱系障碍的动物模型中具有更大的潜力。

PART. 04

未来展望

如果多肽和蛋白能够取代小分子药物成为未来治疗中枢神经系统疾病的主力，那么包括阿尔茨海默病和帕金森病在内的众多疾病管理将迎来革命性的飞跃。血脑屏障(BBB)和血脊液屏障(BCSFB)是横亘在多肽和蛋白药物面前最大的生化屏障，它们常常限制了神经疾病的有效非侵入性治疗。许多药物，如蛋白质和肽类抗癌药物以及脑靶向神经保护肽，被血脑屏障阻挡，这对这些药物在局部作用部位的输送造成了巨大挑战。因此，针对血脑屏障的研究以及药物如何进入大脑的运输，需要跨学科的合作，需结合药物输送科学、技术、神经科学和生物科学等领域的研究。

为了克服蛋白质和肽类药物的局限性，已有许多技术和制剂的进展，采用了基于纳米技术的蛋白质和肽类载体系统，例如Prolease技术、肽类的纳米颗粒。这些系统已被证明是蛋白质和肽类药物传递的优秀方法。随着科学研究的进步，多肽类药物取得了巨大的进步，采用了新的疾病靶点、化学技术加强多样性、连接策略，并改善了生物制药特性。

近年来，许多纳米药物被尝试用于传递中枢神经系统(CNS)治疗药物，包括聚合物纳米颗粒、固体脂质纳米颗粒(SLNs)、脂质体、胶束、树状聚合物和纳米悬浮液。未来，CNS纳米药物研究的主要目标应是新的靶向分子、提高血脑屏障的通透性以及减少神经毒性。多肽类药物的制剂、递送和改善药物在体内半衰期的新策略将显著扩展多肽类药物在中枢神经系统疾病领域内的地位。