Paclitaxel trevatide

胶质母细胞瘤（Glioblastoma, GBM）因导致极高的发病率与死亡率而成为重大临床挑战。现有治疗手段受限于严密调控的血脑屏障（Blood–Brain Barrier, BBB）及异质性的血脑肿瘤屏障（Blood–Brain Tumor Barrier, BBTB），二者共同严重限制了药物向肿瘤组织的递送。基于纳米材料的给药系统为克服传统GBM治疗药物半衰期短、生物利用度低及BBB穿透能力不足等问题提供了可能。纳米技术同时可提供安全、有效且具有靶向性的给药系统，从而增强药物穿透性、稳定性及治疗效力。本综述讨论了面向GBM的生物材料基纳米药物平台，重点关注脂质载体、聚合物纳米粒、树枝状大分子、无机纳米材料及专为与BBB/BBTB相互作用设计的仿生纳米系统。研究人员总结了被动与主动脑靶向策略如何与内源性及外源性刺激响应设计（pH/氧化还原敏感性、磁热疗、光热/光动力治疗及超声触发系统）相结合，以提升瘤内药物蓄积及抗GBM疗效。总体而言，本综述探讨了近期在感知BBB、刺激响应及仿生纳米药物用于GBM领域的研究进展，并概述了其治疗潜力以及在安全性、大规模生产及临床转化方面持续存在的挑战。背景 胶质母细胞瘤（GBM）为WHO IV级弥漫性星形细胞瘤，是成人最常见且最具侵袭性的原发性恶性脑肿瘤，约占恶性脑及中枢神经系统肿瘤的45%，即便接受标准治疗，中位总生存期仅为14–15个月。组织学层面GBM表现为高细胞密度、多形性扭曲细胞核、微血管增殖、坏死及显著侵袭性；分子层面常见端粒酶逆转录酶（TERT）启动子激活、表皮生长因子受体（EGFR）扩增/EGFRvIII突变及染色体+7/-10等改变，驱动增殖、基因组不稳定与治疗抵抗。缺氧是另一核心特征，缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）稳定上调血管生成因子，重编程葡萄糖与脂肪酸代谢，塑造肿瘤免疫微环境并促进自噬介导的存活，共同加剧GBM侵袭性。当前标准治疗为最大安全范围手术切除联合放疗及替莫唑胺（Temozolomide, TMZ）同步与辅助化疗，但持久获益罕见。放疗不可避免损伤周围正常脑组织并可导致神经认知功能下降，TMZ作为一线化疗药物则受限于快速耐药及BBB穿透不足。约98%的小分子药物及几乎所有生物制剂无法在治疗浓度下穿过完整BBB，因此低效递送、靶向特异性有限、全身毒性及无法实时监测治疗反应是GBM管理的主要难题。BBB由紧密连接的大脑微血管内皮细胞、周细胞及星形胶质细胞终足构成，通过ATP结合盒（ABC）外排转运蛋白（如P-糖蛋白ABCB1、乳腺癌耐药蛋白ABCG2）及溶质载体转运蛋白（如葡萄糖转运蛋白1 GLUT1、L型氨基酸转运蛋白1 LAT1）严格调控分子交换，同时限制抗癌药物入脑。肿瘤血管生成与慢性炎症重塑BBTB，增强区域血管通透性不均一，肿瘤核心区血管渗漏迂曲但浸润边缘仍保留完整BBB，导致药物分布不均。纳米给药系统（Nanodrug Delivery Systems, NDDSs）通过工程化设计可绕过或利用BBB/BBTB转运通路，实现脑及肿瘤靶向递送、控制释放或刺激响应释放，并提升GBM病灶滞留。常用平台包括脂质纳米粒（Liposomes, Solid Lipid Nanoparticles, Lipid Nanocapsules）、聚合物纳米粒、树枝状大分子及无机纳米材料（金、氧化铁等），经表面功能化（肽、抗体、适配体修饰）及刺激响应设计可实现主动靶向与按需释药。除小分子化疗药外，NDDSs还可包封蛋白、抗体及核酸类药物（siRNA、miRNA、mRNA、CRISPR/Cas系统），将抗GBM机制拓展至DNA损伤、癌基因沉默、免疫激活及表观遗传调控。无机核心可将外部物理场（近红外光、交变磁场、超声、电离辐射）转化为热（光热治疗 Photothermal Therapy, PTT；磁热疗 Magnetic Hyperthermia）或活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）（光动力治疗 Photodynamic Therapy, PDT；声动力治疗 Sonodynamic Therapy, SDT），特异性放大肿瘤内DNA损伤、凋亡、免疫原性细胞死亡及血管破坏。仿生纳米系统（细胞膜包被纳米粒、脂蛋白仿生载体、纳米粒水凝胶杂化物）则利用内源性转运通路、免疫逃逸及同源靶向改善BBB穿越与浸润边缘定位。粒径小于6 nm利于肾清除，小于3 nm更易透过BBB，但阈值受材料与表面化学影响。目前已进入临床转化的案例包括欧洲获批用于复发GBM瘤内磁热疗的铁基NanoTherm?系统，以及证实可穿过人BBB并实现靶基因敲低的金基球形核酸NU-0129 I期试验。本综述首先概述GBM治疗的临床与科学挑战，随后讨论克服屏障的纳米药物策略，重点分析抗GBM机制、脑靶向策略、内外源刺激响应设计、仿生系统及临床转化进展，并展望人工智能辅助设计与机制导向优化的未来方向。 胶质母细胞瘤治疗中纳米药物相关的生物学屏障 血脑屏障 BBB是系统循环与中枢神经实质之间的高度特化界面，由紧密连接的大脑微血管内皮细胞、周细胞、星形胶质细胞终足、小胶质细胞及神经元共同构成神经血管单元。内皮细胞高表达ABC外排转运蛋白与溶质载体转运蛋白，同时基底膜成分与代谢酶共同塑造中枢药物的药代动力学与药效学特征。GBM中肿瘤驱动的血管生成与慢性炎症重塑血管系统，形成异质性BBTB，增强区域通透性不均一。低强度聚焦超声（Low-Intensity Focused Ultrasound, LIFU）联合静脉注射微泡可可逆开放紧密连接，提升局限性脑内化疗药物、抗体及纳米药物摄取，已在GBM及其他脑肿瘤中显示出安全提升瘤内药物水平并延长生存的潜力，与场辅助及刺激响应纳米药物策略高度相关。从生物材料角度而言，BBB特征定义了GBM纳米药物的设计空间：载体需足够小、带中性或弱负电、“隐形”以利用BBB/BBTB渗漏，或主动结合内源性转运通路同时保持结构稳定及对局部或外部触发因素的可控响应。 BBB转运机制 纳米粒可利用多种生理转运途径穿过BBB：受体介导的转胞吞作用（Receptor-Mediated Transcytosis, RMT）通过表面配体结合内皮受体（转铁蛋白受体、胰岛素受体、低密度脂蛋白受体相关蛋白1 LRP1、低密度脂蛋白受体LDLR、乳铁蛋白受体）触发内吞与囊泡穿梭；载体介导转运通过小分子前药或表面接枝基团（葡萄糖、氨基酸）劫持GLUT1或LAT1；吸附介导转胞吞作用通过阳离子或细胞穿透肽修饰的纳米粒与带负电的内皮表面静电作用诱导非特异性摄取。其中RMT在GBM纳米治疗中应用最广，例如靶向LRP1的Angiopep-2修饰聚合物纳米粒、转铁蛋白修饰脂质体及载脂蛋白仿生肽功能化金纳米粒均显示出优于非靶向载体的BBB穿透与瘤内递送能力。GBM的高“瓦博格效应”导致葡萄糖代谢旺盛，细胞膜上GLUT1与GLUT3显著上调，同时BBB内皮细胞也高表达这些转运蛋白，为双重靶向提供了机会，葡萄糖或氨基酸修饰的纳米载体已在临床前模型中显示出提升脑摄取与抗GBM效力的潜力。 脑靶向策略 纳米粒可通过被动靶向与主动（配体介导）靶向两种互补方式提升BBB穿透与GBM递送，常结合内源或外源刺激响应设计。 被动靶向 被动靶向依赖纳米粒固有理化性质（粒径、形状、表面电荷、循环半衰期）及肿瘤血管异常，而非特异性配体-受体相互作用。表面“隐形”涂层（聚乙二醇PEG、两性离子壳）可减少调理素化与清除并延长循环时间。GBM中BBTB血管迂曲扩张、紧密连接破坏及淋巴引流受损可产生类似增强渗透与滞留（Enhanced Permeability and Retention, EPR）效应的机制，使长循环纳米粒滞留。但EPR效应在脑肿瘤中变异性极高，浸润边缘常保留完整BBB而坏死核心通透性较高，导致纳米粒分布不均与残留肿瘤细胞存活。被动靶向GBM纳米药物通常通过调控粒径在10–100 nm、表面亲水且带中性或弱负电、高密度隐形涂层来延长血液循环并更好利用BBTB有限渗漏。脂质体系与聚合物纳米粒负载TMZ、阿霉素（Doxorubicin, DOX）或多西他赛（Paclitaxel, PTX）已在颅内胶质瘤模型中仅通过被动蓄积实现显著生长抑制。聚山梨酯-80包被的PLGA-DOX纳米粒在A172胶质瘤细胞中摄取与细胞毒性提升，可能源于吸附的载脂蛋白促进与BBB受体相互作用。已临床批准的肿瘤纳米药物如Abraxane?、Doxil?、Myocet?主要依赖被动靶向，虽非GBM专用，但证明了被动载体在人体中提升治疗指数的可行性。由于BBTB异质性与疾病浸润性，单独被动靶向通常不足，常与主动靶向及物理场策略（聚焦超声辅助BBB开放或磁引导）联用以提升浸润区域覆盖。 主动靶向 由于GBM中EPR效应不稳定且在肿瘤边缘较弱，主动靶向已成为核心策略。纳米粒经功能化修饰后识别BBB/BBTB内皮、GBM细胞及胶质瘤干细胞组分高表达的受体或转运蛋白，配体-受体结合触发受体介导的内吞或转胞吞，实现高于被动策略的细胞内药物递送与抗GBM效应。主动靶向不仅增强化疗，也是场基与刺激响应纳米治疗的基础：足够的肿瘤区域纳米粒蓄积是安全将光、磁场或超声转化为局部热或ROS并保护正常脑的前提。 关键靶点包括：LRP1/LDLR在BBB内皮与GBM细胞高表达，Angiopep-2与载脂蛋白仿生肽可实现“双重”靶向；转铁蛋白受体（Transferrin Receptor, TfR）在BBB与肿瘤血管高表达，转铁蛋白修饰脂质体与PLGA纳米粒可提升脑摄取与瘤内药物水平；营养转运蛋白（GLUT1/GLUT3、LAT1）可被葡萄糖或氨基酸修饰纳米粒劫持；肿瘤与胶质瘤干细胞标志物如EGFR/EGFRvIII、整合素αvβ3/αvβ5、CD44、IL-13Rα2、叶酸受体、神经纤毛蛋白-1可通过抗体、多肽、透明质酸或IL-13类似物靶向，分别增强药物递送、放射增敏、浸润前沿定位及胶质瘤干细胞杀伤；免疫与血管靶点可重编程肿瘤相关巨噬细胞向M1表型极化、破坏肿瘤血管并调节免疫信号，间接提升化疗与场基治疗响应。 主动靶向纳米药物多采用模块化构建：首先通过纳米沉淀、乳化溶剂挥发、薄膜水合或微流控混合制备聚合物、脂质或无机核心，随后通过共价偶联或配体-PEG-脂质后插入实现靶向配体修饰，最后引入pH、氧化还原或酶敏感连接子实现肿瘤区域触发释药，或通过磁性、高原子序数核心将外部物理场转化为热或次级电子以增强DNA损伤与免疫原性细胞死亡。临床前研究显示Angiopep-2修饰PEG-PCL纳米粒递送PTX可更强诱导凋亡并延长原位胶质瘤小鼠生存期；转铁蛋白修饰PLGA纳米粒共载TMZ与放射增敏剂可增强DNA损伤并部分克服TMZ耐药；cRGD修饰脂质体与透明质酸修饰纳米粒可提升浸润边缘与胶质瘤干细胞药物递送并减少体内复发；载阿霉素的载脂蛋白E模拟肽功能化脂质体联合放疗在原位GBM模型中显示出优于非靶向制剂的肿瘤生长抑制与生存获益。球形核酸NU-0129的临床数据进一步证明受体引导的siRNA-金偶联物可穿过人BBB并调控GBM内靶蛋白表达。 刺激响应递送 理想GBM纳米药物需穿过BBB/BBTB、优先蓄积于肿瘤组织并主要在恶性细胞内释放或激活载荷以减少正常脑损伤。刺激响应（“智能”）纳米给药系统通过将药物释放或激活与特定内源性生化信号（pH、氧化还原状态、酶）或外源性物理场（热、光、磁场、超声）耦合，相比持续释放制剂可提升肿瘤选择性、增强抗GBM活性并降低全身毒性。 外源性刺激响应递送 外源性刺激响应载体通过施加外部触发因素实现肿瘤部位药物释放与能量沉积的时空控制，颅内GBM相关触发因素包括温和热疗、近红外光、磁场与超声。温度响应载体在37°C稳定，温度略升至40–45°C时发生相变或结构改变，疏水性增加或脂质膜通透性升高从而快速释药，常与局部热疗联用实现肿瘤区域选择性触发。光响应系统主要依赖穿透更深且损伤更小的近红外光，上转换纳米粒吸收近红外光发射高能光子激活偶联光敏剂用于PDT，金纳米棒则将近红外光转化为热用于PTT。磁共振响应纳米粒通常为氧化铁基，可在外部磁场引导下趋向颅内肿瘤并在交变磁场下产热，磁热疗可破坏DNA修复、增强药物穿透并与放疗协同。超声响应载体通过空化效应破坏结构或发生液滴-微泡相变，在肿瘤血管内直接释药进入GBM组织，是声动力纳米治疗与无创BBB调控的核心。电响应系统目前仍处于极早期阶段，导电纳米材料虽在胶质瘤模型中验证了概念，但深部脑结构安全电场施加仍存在技术挑战。 内源性刺激响应递送 内源性刺激响应系统利用GBM特异性生化信号实现原位激活，关键触发因素包括胞外与内体/溶酶体pH、细胞内谷胱甘肽（Glutathione, GSH）/ROS梯度及肿瘤相关酶（基质金属蛋白酶MMP-2/9、组织蛋白酶、糖苷酶）。pH响应载体引入酸不稳定键或可质子化基团，在肿瘤胞外pH约低0.5单位及内体/溶酶体pH 5–6条件下断裂或重排，实现选择性释药。氧化还原响应载体在骨架、交联剂或药物偶联物中引入二硫键或二硒键，在轻度氧化胞外环境中稳定，而在细胞内高GSH环境下断裂触发载荷释放。酶响应载体引入可被GBM高表达酶选择性降解的肽或糖连接子，实现肿瘤特异性激活。 多响应系统 多响应纳米给药系统集成两种及以上正交触发因素（如pH/氧化还原/酶信号联合近红外光、超声、磁场或温和热疗），以提升时空精度并减少脱靶激活。例如同时含光响应邻硝基苄基与氧化还原响应二硫键的胶束可实现光触发快速释放与还原剂触发缓慢释放的分阶段递药模式，通过匹配生化与物理条件共同存在区域激活治疗，缓解肿瘤异质性带来的耐药与复发问题。 GBM纳米药物平台 有机载体：脂质基与聚合物系统 脂质基纳米粒（脂质体、固体脂质纳米粒、脂质纳米胶囊）生物相容性高，可有效包封紫杉醇、阿霉素、卡莫司汀等疏水药物并大幅提升水溶性。脂质PEG化可延长循环时间，表面配体（转铁蛋白、Angiopep-2）促进RMT穿过BBB。透明质酸功能化脂质体可显著提升胶质瘤靶向效率。聚合物纳米粒（PLGA、PEG-PLA、聚丙烯酸酯等）可实现控制缓释，包封小分子药物及核酸，粒径小于100–200 nm可有效穿透破坏的BBTB，PEG化减少调理素化。壳聚糖包被PLGA纳米粒负载吉西他滨可通过酶响应释药增敏TMZ耐药GBM细胞。聚合物纳米粒易功能化靶向配体，Angiopep-2修饰聚酰胺-胺（Polyamidoamine, PAMAM）树枝状大分子经PEG化后显著提升U87MG细胞毒性。SSTR2靶向肽修饰PLGA纳米粒负载3,3'-二吲哚甲烷可抑制EGFR下游信号并诱导体内凋亡。tLyp-1肽修饰PEG-PLA纳米粒负载紫杉醇在原位C6胶质瘤模型中显示出优于非靶向制剂的肿瘤蓄积。PAMAM树枝状大分子可通过IL-13Rα2介导BBB穿透与GBM靶向，两亲性树枝状大分子可实现小胶质细胞特异性siRNA递送。 无机纳米粒 无机纳米粒（金、银、石墨烯基材料、二氧化硅、羟基磷灰石、氧化铁及相关陶瓷）具有高原子序数、磁响应性及强光热/光动力特性，适用于GBM诊断与治疗。金纳米粒作为高Z材料可通过增强光子衰减与次级电子发射提升放疗剂量，金纳米结构还可将近红外光高效转化为热或ROS，诱导GBM细胞凋亡、坏死与血管破坏。金核二氧化硅壳纳米粒联合低剂量X射线可增强PD-L1阻断疗效，促进免疫原性细胞死亡与抗肿瘤免疫反应。超顺磁性氧化铁纳米粒（Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles, SPIONs）兼具造影剂、药物载体与磁热疗介质功能，NanoTherm? ferrofluid已在欧洲获批用于复发GBM瘤内磁热疗。银与二氧化钛纳米粒可穿过体外BBB模型，PEG化乳铁蛋白修饰多孔硅纳米粒BBB转运效率提升4倍，介孔二氧化硅纳米粒可共载化疗药与免疫佐剂实现胶质瘤模型联合免疫调控。 水凝胶基纳米粒 水凝胶适合术后局部GBM治疗，可与纳米粒制剂结合形成切除腔原位储库，实现化疗药、免疫调节剂与光敏剂的持续释放，限制全身暴露并延缓复发。负载药物脂质纳米胶囊的水凝胶在多种GBM模型中显示出良好脑耐受性与生存期延长。神经丝肽修饰的GemC12-LNC水凝胶可靶向残留肿瘤细胞并显著延长中位生存期。基质金属蛋白酶响应甘油三酯单硬脂酸酯水凝胶共载TMZ与O6-苄基鸟嘌呤可在术后高MMP水平下原位释药，逆转TMZ耐药并延长生存期。多功能杂化水凝胶嵌入自发光光敏剂、胶质瘤靶向紫杉醇前药纳米粒及过氧化铜纳米点，可实现化疗、化学动力治疗与光动力治疗联合，同时激活局部免疫。iRGD与抗CD47修饰紫杉醇水凝胶可填充切除腔，促进巨噬细胞吞噬与T细胞应答，延迟复发并提升生存。 仿生纳米粒 仿生纳米粒利用细胞膜、脂蛋白或病毒样外壳等天然生物组分实现免疫逃逸、延长循环、增强BBB/BBTB转运及肿瘤特异性靶向，通过保留天然膜蛋白与配体利用生理转运与同源识别通路，尤其适用于浸润性GBM。 细胞膜包被纳米粒用于免疫逃逸 源自巨噬细胞、中性粒细胞、树突状细胞、红细胞或肿瘤细胞的细胞膜包被纳米粒可继承来源细胞的长循环、抗原识别与免疫调节特性，GBM细胞膜包被还可实现同源黏附并深入浸润边缘。C6胶质瘤膜包被二氧化锰-阿霉素纳米粒具有pH响应释药特性，在体外与体内显著抑制C6肿瘤生长。C6膜包被聚乙烯亚胺/质粒DNA复合物显示增强的同源转染与肿瘤消退效果。活化树突状细胞膜包被负载雷帕霉素PLGA纳米粒可穿越BBB、促进树突状细胞成熟、激活CD8+T细胞与NK细胞并抑制原位胶质瘤生长，同时诱导保护性抗肿瘤免疫。其他仿生纳米粒将声敏剂或光敏剂包封于癌细胞膜内，实现近红外或超声触发的PDT/SDT，精准靶向GBM并限制全身毒性。红细胞膜包被载阿霉素与光热剂纳米复合物可在近红外光触发下实现肿瘤靶向药物释放与联合光热-化疗的细胞毒效应。 脂蛋白仿生载体用于BBB/BBTB转运 合成高密度脂蛋白（synthetic High-Density Lipoprotein, sHDL）纳米盘共载Toll样受体9激动剂CpG与多西他赛可靶向GBM，缩小肿瘤并刺激脑肿瘤微环境内CD8+T细胞抗肿瘤反应，联合放疗可实现80%小鼠长期生存并建立免疫记忆。LRP1在低氧与酸性肿瘤微环境下表达上调，可增强Angiopep-2等配体修饰载体的BBB穿透与肿瘤摄取，为脂蛋白仿生载体的微环境适应性提供依据。 GBM纳米药物临床转化 尽管多数GBM纳米药物仍处于临床前阶段，多个纳米赋能（常结合场激活）疗法已进入早期临床评估。NanoTherm?（氨基矽烷包被SPIONs，约15 nm）瘤内或切除腔注射后在交变磁场下产热，联合放疗中位总生存期达13–23个月，优于历史对照，已在欧洲获CE认证用于复发GBM，正在进行辅助治疗潜力再评估。NU-0129（金核球形核酸携带靶向BCL2L12的siRNA）I期试验证实其可系统给药穿过人BBB/BBTB，在肿瘤组织蓄积并下调靶蛋白表达，为RNAi纳米治疗提供概念验证。脂质体与聚合物载体方面，对流增强递送的纳米脂质体伊立替康安全性可接受但疗效有限；谷胱甘肽PEG化脂质体阿霉素证实可穿透BBB并蓄积于脑肿瘤，毒性可控但客观缓解有限；转铁蛋白靶向阳离子脂质体SGT-53编码野生型p53证实可系统递送并表达于GBM活检样本，但II期试验因非安全性原因提前终止。其他纳米赋能放射增敏剂与携氧载体如氧化铪纳米粒、全氟碳氧纳米液滴正在探索用于缓解缺氧并增强放疗ROS杀伤。总体而言，临床数据证实纳米载体可穿过人BBB/BBTB、蓄积于GBM并调控分子通路或局部能量沉积，但生存获益仍有限，需优化患者筛选、机制导向的联合策略（尤其是与免疫治疗联用）及更精准的图像引导物理场激活整合。 当前差距、局限与挑战 GBM纳米药物与物理场辅助策略尚未显著改善患者结局，主要障碍包括肿瘤异质性、BBB/BBTB屏障、免疫抑制微环境及现有实验模型的预测价值有限。生物学层面GBM在基因、表观遗传与表型层面存在显著瘤间与瘤内异质性，不同亚克隆增殖、侵袭、代谢状态及靶点（EGFR、PDGFR、整合素）表达差异大，胶质瘤干细胞位于缺氧与血管周围微环境，药物与物理损伤难以到达。受体靶向载体仅能覆盖部分亚群，BBTB通透性不均与外排转运蛋白表达差异进一步导致瘤内暴露不均，即使设计良好的靶向或仿生系统也难以实现均一药物分布。物理场治疗同样面临纳米粒蓄积不足或场穿透有限的约束，残留微环境驱动复发。免疫逃避与适应性耐药方面，GBM形成富含肿瘤相关巨噬细胞/小胶质细胞、调节性T细胞与髓系来源的抑制细胞的强免疫抑制微环境，高表达TGF-β、IL-10、PGE2，PD-L1上调限制T细胞活性，削弱纳米药物或场诱导免疫原性细胞死亡的持久系统免疫应答。GBM细胞还具有治疗诱导的可塑性，重编程代谢并瞬时上调DNA修复与抗氧化防御（MGMT、谷胱甘肽系统），降低ROS杀伤敏感性并削弱重复治疗周期效果。技术与材料层面需平衡BBB穿透、肿瘤滞留、载药量、稳定性、生物降解性与可制造性，常存在相互冲突的需求。聚合物与脂质载体可能在血液中提前降解或泄漏药物，蛋白冠形成会掩盖靶向配体并改变生物分布；无机或杂化平台（氧化铁、金、铪）场响应性强但可能长期滞留于肝、脾或脑，引发长期毒性担忧。超小纳米粒（<5–6 nm）利于肾清除但载药量有限且场响应弱，较大颗粒（50–150 nm）载药量与EPR效应强但易被网状内皮系统捕获并长期滞留。优化粒径、形状与表面化学以实现强效抗GBM效应与可预测清除仍是核心设计难题。脱靶效应与能量沉积方面，即使主动靶向仍有大量纳米粒被肝、脾、肺截留，正常组织高表达转运受体（TfR、LDLR）会与肿瘤竞争摄取。场基治疗中脱靶纳米粒蓄积尤为危险，局部加热或ROS生成必须严格局限于肿瘤区域以避免正常脑损伤。深部脑能量沉积精确控制技术要求高，磁热疗需优化交变磁场参数，PTT/PDT依赖不均匀的光传播，聚焦超声空化对颅骨解剖与组织界面敏感，临床实时热与ROS监测手段仍有限，阻碍临床转化。临床前模型预测性有限，常规2D细胞系与皮下异种移植无法重现人BBB/BBTB、免疫微环境与空间异质性，常高估纳米粒穿透与疗效；原位异种移植与基因工程小鼠模型更接近生长模式与BBTB特征，但仍存在物种间BBB转运蛋白、免疫反应与清除差异。类器官、微流控BBB芯片与离体脑切片培养可提供更具生理相关性的纳米粒转运与场响应研究平台，但尚未标准化，对人类药代动力学与毒性的定量预测能力仍在建立中。许多临床前有效的GBM纳米药物未能在试验中显著延长生存期，未来需建立标准化临床前管线，整合BBB相关模型、纵向多模态成像、免疫读数与可制造性与监管预期的早期考量，匹配各纳米平台的特定机制（药物递送、场激活、免疫重编程）。 未来展望与机遇 GBM纳米药物未来发展将更少依赖新型载体开发，更多聚焦于提升生物学精准性、转化预测性与临床可制造性。最有前景的方向包括：（1）纳米载体与GBM分子异质性的更好匹配；（2）纳米药物与图像引导及场辅助递送的整合；（3）更能忠实重现人BBB/BBTB结构与肿瘤复杂性的临床前模型开发。聚焦超声、磁热疗及其他外部控制方法在与感知BBB及肿瘤响应纳米平台结合时可提升时空选择性。人工智能与机器学习可通过关联制剂参数与BBB穿透、肿瘤蓄积、释放行为与毒性加速纳米药物设计，减少载体优化过程中的经验试错并提升放大过程中的制剂重现性，近期价值主要体现在制剂筛选、参数优化与患者分层，而非全自动纳米药物设计。由于GBM高度异质，未来纳米治疗需将靶向配体与载荷与患者特异性分子特征（EGFRvIII、IL-13Rα2、CD44、耐药通路）对齐，最可行的个性化方向并非为每个患者定制全新纳米粒，而是采用可适配不同生物标志物定义亚组的模块化平台，在提升选择性的同时保持临床可制造性。治疗诊断系统结合药物递送与MRI、PET或荧光追踪可显示纳米粒蓄积位置与治疗激活时机，对GBM磁热疗、聚焦超声及激光治疗的疗效至关重要，未来需使这些平台兼具多功能、重现性、安全性与临床实用性。随着跨学科努力持续推进，纳米药物有望成为更精准有效GBM治疗的重要组成部分。 结论 胶质母细胞瘤因显著的细胞异质性与血脑屏障的存在成为极难治疗的恶性肿瘤，手术、放疗与化疗虽为标准治疗，但对长期生存影响有限。在此背景下，纳米技术作为提升治疗精准性、药物稳定性及肿瘤组织选择性递送的策略展现出广阔前景。脂质纳米粒、聚合物载体、无机纳米材料及仿生纳米平台在临床前研究中显示出良好的生物相容性、转运效率、控制释放及治疗特异性潜力。然而GBM纳米药物的临床转化仍受限，主要障碍包括瘤内递送不均一、生物学异质性、安全性顾虑、制造复杂性及现有临床前模型的有限预测价值。未来进展不仅依赖于更复杂纳米平台的开发，还需改进模型系统、优化患者分层、建立可规模化制剂策略及开展机制驱动的临床评估。通过持续的跨学科努力，纳米药物有望成为GBM精准有效治疗的重要组成部分。

血脑屏障（BBB）是一种高度选择性的生物界面，它调节血液与中枢神经系统（CNS）之间的分子转运。其主要功能是保护大脑免受有害物质的侵害，同时维持神经稳态。这种调节能力归功于其复杂的多层结构，包括无孔内皮细胞、星形胶质细胞终足、周细胞、特化转运蛋白和外排泵，以及适应生理变化的动态机制。尽管血脑屏障发挥着至关重要的保护作用，但它也给靶向中枢神经系统疾病的治疗药物递送带来了重大障碍，限制了许多药物到达其预期作用部位的能力。人们已经探索了多种侵入性和非侵入性策略来增强中枢神经系统的药物递送；然而，许多策略都受到疗效低、特异性差和免疫原性等限制。肽作为内源性短链氨基酸，因其良好的生物相容性、易于合成和结构多样性，提供了一种很有前景的替代方案。肽的阳离子电荷促进其与细胞表面带负电荷的蛋白聚糖相互作用，而其两亲性则增强了膜通透性，从而实现高效的细胞摄取和转运。这些特性使得基于肽的载体特别适合用于将各种治疗药物递送至生物屏障之外。本文综述了肽载体的结构特征、起源和分类，以及其细胞内化的机制。此外，本文还评估了肽载体在临床应用中的优势和当前局限性，并重点介绍了旨在优化肽介导的跨血脑屏障递送的新兴策略。1. 引言血脑屏障是一个动态的物理、免疫和代谢界面，它作为一个高度特化的微血管系统，在中枢神经系统和体循环之间起着关键的半透膜边界的作用。它通过内皮细胞(ECs)严格调控血液和脑实质之间分子的双向运输，维持大脑稳态所必需的过程。例如，通过特定转运体控制 Na +、 K +、 Ca 2+和 Cl –等离子的流入和流出对于神经元的正常功能至关重要。必需营养物质的运输是通过内皮细胞腔面表达的选择性载体实现的，从而保护大脑免受内源性和外源性有害物质的侵害。值得注意的是，一些转运蛋白能够主动将外源性物质和治疗药物排出体外，重新进入血液循环。其中，P-糖蛋白（P -gp）是一种关键的外排泵，是血脑屏障保护机制的重要组成部分，但对中枢神经系统药物输送提出了重大挑战。因此，大约 90% 的小分子和几乎所有的大分子都无法穿过血脑屏障。BBB 的概念可以追溯到 1885 年，当时 Paul Ehrlich 观察到，在动物模型中，全身给药的染料无法对中枢神经系统进行染色，这表明通透性受到限制。随后，Lewandowsky (1900)、Goldman (1913) 以及 Stern 和 Gautier (1918, 1921) 的研究，以及电子显微镜技术的进步，证实了血脑屏障的存在及其结构特征。从结构上看，血脑屏障由一层连续的内皮细胞组成，其特点是无窗孔、高电阻，以及存在紧密连接（TJs）和粘附蛋白，从而确保细胞间强大的连接性（图 1）。这些内皮细胞与星形胶质细胞密切相关；星形胶质细胞是一种神经胶质细胞，其终足提供结构支撑并增强屏障完整性，同时调节神经元的营养供应。星形胶质细胞还发挥着代谢作用，它们将葡萄糖以糖原的形式储存起来，并在需要时将其转化为乳酸，这一过程被称为星形胶质细胞-神经元乳酸穿梭。由于星形胶质细胞形态复杂，它们与神经元形成错综复杂的网络，从而促进学习和记忆等高级脑功能。最近利用基因改造小鼠模型进行的研究进一步确定了参与调节内皮屏障完整性的血管周围星形胶质细胞的特定亚型。图 1. 血脑屏障组成、神经血管单元和内皮细胞连接。周细胞是血脑屏障的另一个重要组成部分。这些壁细胞包裹着微血管外侧表面约 90% 的区域，并与内皮细胞保持紧密接触。它们在血管生成和维持血脑屏障完整性方面发挥着至关重要的作用。内皮细胞、星形胶质细胞终足、周细胞、神经元和相关细胞共同构成神经血管单元（NVU），该单元协调血管和神经元功能。此外，血脑屏障具有特殊的免疫环境，其中包括常驻小胶质细胞和数量有限的外周免疫细胞，这些细胞可以在严格控制的条件下穿过屏障。这种受控的免疫监视对于最大限度地减少炎症和防止神经元损伤是必要的。本综述旨在探讨将治疗药物输送到中枢神经系统所面临的主要挑战，评估目前为克服这些障碍而开发的策略及其优势和局限性，并重点介绍基于肽的载体作为增强药物穿过血脑屏障的一种有前景的方法。2. 中枢神经系统药物递送面临的挑战尽管人们对中枢神经系统（CNS）的认识取得了显著进展，但开发有效的 CNS 疗法仍然极具挑战性。CNS 候选药物的高失败率，尤其是在 II 期和 III 期临床试验中，通常归因于其无法有效穿透血脑屏障。血脑屏障的选择性和有限的通透性仍然是中枢神经系统药物开发的主要限制因素。物质通过血脑屏障的转运机制有多种。氧气、其他气体和小分子亲脂性物质（通常小于 400 道尔顿）可通过被动扩散穿过血脑屏障。相比之下，氨基酸、碳水化合物和某些激素等必需营养物质则通过特定的载体介导系统进行转运。较大的生物分子，包括胰岛素和转铁蛋白，则通过受体介导的胞吞作用穿过血脑屏障。亲水性分子的细胞旁运输受到细胞间连接复合物的严格调控，包括紧密连接蛋白（如 claudin 和 occludin）以及粘附连接蛋白。这些成分共同封闭了细胞间隙，导致跨内皮电阻升高，并严重限制了内皮细胞间的被动扩散。除了这些结构屏障外，代谢降解也构成了另一项重大挑战。血脑屏障内的酶活性可以降解治疗药物，从而限制其通过，并对药物在大脑中的分布和保留产生负面影响。2.1. 血脑屏障中的 ATP 结合盒转运ATP 结合盒（ABC）转运蛋白构成了一个庞大的膜蛋白家族，介导多种底物主动转运穿过内皮细胞的脂质双层，从而有助于血脑屏障的保护功能。根据结构组织和序列同源性，这些转运蛋白分为七个亚家族（ABCA-ABCG）。从结构上看，ABC 转运蛋白由两个跨膜结构域 (TMD) 和两个胞质核苷酸结合结构域 (NBD) 组成，前者负责底物识别和转运，后者负责结合和水解 ATP。该运输过程由 ATP 水解驱动，通常需要两个 ATP 分子才能将单个底物逆浓度梯度转运穿过细胞膜。这种机制促进物质进出细胞以及在细胞内区室之间运输（图 2）图 2图 2. ATP 结合盒 (ABC) 外排转运蛋白。ABC 转运蛋白的功能域嵌入细胞膜内，并延伸至细胞内侧和外侧，利用细胞内 ATP 将底物从细胞质中输出，从而保护细胞免受毒素侵害。在血脑屏障内，ABC 转运蛋白主要表达于内皮细胞的管腔表面，而在星形胶质细胞、小胶质细胞和神经元中观察到的表达水平相对较低。2.1.1. P-糖蛋白（P -gp）转运蛋白P-糖蛋白（P -gp）是属于 ABC 亚家族 B 成员 1（ABCB1）的关键 ABC 转运蛋白，也称为多药耐药蛋白 1（MDR1）。P-gp 通过主动将多种治疗药物排出血脑屏障，在限制药物在大脑中的蓄积方面发挥着关键作用。目前提出了两种主要的机制来解释 P -gp 介导的药物外排。“吸尘器”模型认为，P -gp 从细胞质水相中捕获底物，并将其主动转运穿过脂质双层进入细胞外空间。相比之下，“翻转酶”（或“软体”）模型提出，底物首先分配到脂质膜中，然后 P -gp 在疏水核心内与它们相互作用，并通过从膜的内层翻转到外层来转移它们，最终将它们释放到细胞外水性环境中。体外评估 P -gp 底物是中枢神经系统药物研发的关键步骤，因为忽略 P -gp 介导的外排作用会导致耐药性和疗效不足。值得注意的是，许多 P -gp 底物具有两亲性。为了克服血脑屏障的屏障作用并增强药物递送，人们探索了多种策略，包括使用 P -gp 抑制剂。然而，由于毒性和选择性不足等问题，这些方法大多在临床应用中未能取得成功。2.1.2. 乳腺癌耐药蛋白转运体乳腺癌耐药蛋白（BCRP）是 ABC 转运蛋白家族的另一个成员。在结构上，它与 P -gp 的不同之处在于，它是一种“半转运蛋白”，由一个跨膜结构域和一个核苷酸结合结构域组成。尽管存在这种结构上的区别，BCRP 仍表现出广泛的底物谱，与 P -gp 底物部分重叠，从而产生共享或“双底物”特异性。P -gp 和 BCRP 均在血脑屏障内皮细胞的管腔表面共同表达，并且已证实它们的表达水平会随着年龄的增长而增加，从胎儿期到成年期。这些外排转运蛋白的过度表达与多药耐药性的产生密切相关。此外，P -gp 和 BCRP 可以协同作用，在治疗药物的主动外排中相互补偿，从而显著影响药物的药代动力学，并限制中枢神经系统药物的输送。许多中枢神经系统治疗药物渗透受限主要归因于这些转运蛋白的活性。例如，全身给药的甲氨蝶呤只有约 5% 能够穿过血脑屏障。值得注意的是，研究表明，与单独抑制 P -gp 或 BCRP 转运蛋白相比，同时抑制二者能更显著地提高药物在大脑中的摄取。在 P -gp/BCRP 基因敲除啮齿动物模型的对照研究中证实了这一点，其中，给予放射性标记的（14 C）酪氨酸激酶抑制剂，例如第一代药物甲磺酸伊马替尼和第二代药物达沙替尼，可分别使脑内药物浓度增加约 1.25 倍和 10 倍。2.1.3. 多药耐药蛋白多药耐药相关蛋白（MRP）属于 ABC 亚家族 C（ABCC），该亚家族在人类中包含九个成员（ABCC1–ABCC9）。与其他 ABC 转运蛋白相比，MRP 在血脑屏障处的结构、功能和精确定位仍未得到充分表征。在结构上，某些成员，特别是 MRP4、MRP5、MRP8 和 MRP9，被认为与 ABCA 和 ABCB 亚家族的转运蛋白相似，由两个跨膜结构域和两个核苷酸结合结构域组成。相比之下，其余的 ABCC 转运蛋白则具有一个额外的 N 端跨膜结构域，从而形成更为复杂的结构。然而，这个额外结构域的功能意义尚未完全阐明。2.2 小分子的局限性小分子药物（SMs）是目前已开发的用于治疗中枢神经系统疾病的最大药物类别，其分子量通常小于 500 Da。这些化合物主要通过被动扩散和载体介导的转运机制到达靶点。达到合适的脑血浆浓度比是发挥治疗作用的关键。为了促进其穿透血脑屏障，小分子药物必须具备良好的理化性质，包括低极性表面积和与血浆蛋白（如人血清白蛋白）的结合能力极低。在中枢神经系统先导化合物优化过程中，遵循利平斯基五规则通常用于改善药物特性并增强脑摄取。例如，减少氢键供体的数量可以降低被外排转运蛋白识别的可能性，而最佳的亲脂性（cLogP∼1-3 ）则有助于提高血脑屏障的通透性。然而，精细调控亲脂性仍然具有挑战性，因为化合物必须在足够的膜渗透性和足够的水溶性之间保持平衡。过高的亲脂性（C Log P > 3）通常与毒性增加和药代动力学性质不良有关。此外，旨在提高亲脂性的策略可能会对其他药代动力学性质产生不利影响。例如，环化作用虽然可以增强亲脂性，但也可能增加分子平面性，从而可能促进 ABC 转运蛋白的识别，进而限制药物的脑渗透性。靶向胆碱能通路、β-淀粉样蛋白和 tau 蛋白的 SM 疗法广泛用于治疗神经退行性疾病。然而，这些药物通常仅限于缓解症状或轻微延缓疾病进展，且通常仅在疾病的早期至中期有效。其他局限性包括脱靶受体相互作用、不良反应发生率高以及长期用药相关的累积毒性。2.3 生物制剂和大分子疗法的局限性生物制剂是源自生物技术和生命系统的治疗产品，由于其靶向特异性高，越来越被认为是治疗中枢神经系统疾病的有希望的候选药物。然而，它们的临床转化仍然面临挑战。分子量大、吸收差、易受酶降解以及潜在的免疫原性等因素导致临床试验失败率高。此外，由于难以穿透血脑屏障，其疗效往往也有限。例如，近期获批的抗淀粉样蛋白单克隆抗体，如 lecanemab 和 donanemab，其治疗效果有限，部分原因是静脉给药后血脑屏障（BBB）通透性较差。为了克服这一局限性，通常采用侵入性更强的给药方式来绕过 BBB。然而，这些方法通常需要重复或延长给药时间，且到达靶点的药物浓度仍然相对较低。此外，这些方法还会带来更高的不良反应风险、高昂的经济成本以及可能影响患者依从性和接受度的实际挑战。例如，与大多数治疗性抗体一样，Lecanemab 在静脉注射后穿过血脑屏障的固有通透性有限。为了增强药物向脑部的递送，研究人员利用聚焦超声（FUS）技术短暂地增加血脑屏障的通透性，从而促进 Lecanemab 和 Aducanumab 等抗体进入脑实质，在那里它们与β-淀粉样蛋白（Aβ）结合并促进其清除。相比之下，Trontinemab 采用受体介导的转运策略，靶向转铁蛋白受体 1 (TfR1)。TfR1 在脑内皮细胞上高表达，天然介导铁跨越血脑屏障的转运。通过构建能够结合 TfR1 的双特异性抗淀粉样蛋白抗体，可以在不显著增加全身给药剂量的情况下，增强胞吞作用并提高药物在中枢神经系统中的暴露量。与 SM 相比，包括蛋白质、核酸（如 RNA）、碳水化合物和其他大型生物分子在内的大分子，在治疗中枢神经系统疾病方面具有更高的特异性和治疗潜力。然而，它们庞大的体积和复杂的结构显著阻碍了它们穿过血脑屏障的能力。此外，许多大分子药物每克脑组织注射剂量百分比（%ID g⁻¹）较低，这通常归因于给药后药物的快速降解和全身清除。因此，鞘内注射或颅内给药等侵入性给药策略常被用于提高药物在大脑中的暴露量。虽然这些方法可以改善药物向中枢神经系统的递送，但它们也存在操作风险和局限性，限制了其广泛的临床应用。3. 与侵入性技术相关的安全隐患为了克服或绕过血脑屏障的限制作用，人们开发了多种递送策略来增强治疗药物向脑实质的输送。尽管其中一些方法已证明可以提高中枢神经系统内的药物浓度并降低全身毒性，但许多方法仍然具有侵入性，并且与患者的重大风险相关。其中一大类是经脑脊液（CSF）给药。这种方法是将治疗药物直接注入脑脊液，药物随后通过扩散或对流进入脑实质。脑脊液给药可通过三种主要途径实现，分别靶向不同的解剖区域：腰椎鞘内注射（腰椎鞘内注射，LIT）、枕大池内注射（枕大池内注射）以及通过植入脑室内的装置进行脑室内（ICV）给药。脑室内给药需要通过手术植入导管或储液器系统，因此属于高度侵入性操作。这种方法存在相当大的风险，包括神经系统并发症（据报道发生率高达 33%）和严重感染（约 27%）。其他实际挑战包括导管位置异常、堵塞和渗漏。此外，脑脊液快速周转（每天大约更新 5 次），需要大剂量或重复给药才能维持治疗浓度。然而，增加输注量会升高颅内压，并可能导致神经损伤，从而限制脑室内给药的总体临床疗效。鞘内注射（LIT）也存在一些局限性。腰部给药部位在解剖学上距离大脑较远，通常需要更高的药物浓度才能在中枢神经系统中达到治疗水平，这对于治疗窗较窄的药物来说尤其成问题。通常需要反复腰椎穿刺才能维持治疗效果，导致患者耐受性差。虽然腰椎免疫疗法对某些药物类别（例如阿片类药物）疗效显著，但对生物制剂和大分子药物的疗效则显著降低。此外，腰椎免疫疗法禁用于感染或凝血功能障碍患者。第二类给药策略涉及对血脑屏障进行可控破坏，最常用的是聚焦超声技术。虽然这些方法比直接注射脑脊液创伤性更小，但仍然存在显著的安全隐患。聚焦超声结合微泡介导输送技术可能存在一些潜在风险，包括由于声刺激而导致的神经元活动和神经可塑性的长期改变。此外，超声处理过程中产生的过多热量可能会导致组织损伤、机械破坏，甚至坏死。该手术可能还需要使用经皮针进行微泡注射，这会增加患者的不适感和手术的复杂性。4. 肽载体作为一种有前景的策略细胞穿透肽（CPP）是一类独特的短氨基酸序列，能够穿过细胞膜而不破坏膜的完整性或功能。它们也被称为特洛伊木马肽、蛋白质转导结构域（PTD）或膜转位序列。它们具有良好的理化性质，包括低免疫原性和增强的生物利用度，因此被广泛用作递送载体，通过多种摄取途径将各种分子货物运输穿过细胞膜。这些肽中有一类特殊的肽，被称为 BBB 穿梭肽，它们能够穿过 BBB，从而增强治疗药物向中枢神经系统的渗透，并作为大脑递送载体发挥作用。一般来说，细胞穿透肽（CPP）是阳离子；因此，它们可以与阴离子受体（如硫酸乙酰肝素蛋白聚糖（HSPG））结合，并发生受体介导的内吞作用。缓激肽和谷胱甘肽等内源性肽类物质作为生理稳态的一部分，能够自然穿过血脑屏障。虽然这一特性已被用于药物递送，但由于它们广泛分布于健康组织中，缺乏靶向特异性，限制了其治疗的精准性。为了解决这个问题，人们开发了合成类似物和工程衍生物来提高选择性和疗效。在此背景下，计算方法越来越多地被用于筛选和优化候选肽，整合体外和体内数据以识别有前景的血脑屏障穿透载体。本文旨在重点介绍该领域的主要进展、挑战和优势，而非提供详尽的概述。因此，文中仅讨论部分肽载体实例以阐明这些方面。关于细胞穿透肽（CPP）在中枢神经系统药物递送中的应用，特别是其在阿尔茨海默病（AD）和帕金森病（PD）治疗中的应用，已在其他文献中进行了更详细和全面的探讨。4.1. 血管生成肽-2天然存在的、具有固有血脑屏障通透性的蛋白质，例如载脂蛋白（Apo），也被用于设计脑穿梭系统。例如，Apo 亚家族 B 和 E 已被用于酶替代策略，以促进治疗性酶跨越血脑屏障的转运，从而开发出新的治疗方法。一个值得注意的例子是 ANG1005，它是一种由人源肽 Angiopep-2 与三个紫杉醇分子连接而成的缀合物，已在治疗脑转移瘤方面显示出良好的临床疗效 (NCT02048059)。Angiopep 家族包含源自多种蛋白质 Kunitz 结构域的合成肽。其中，Angiopep-2 已展现出较高的血脑屏障穿透效率、较大的脑分布容积，并被证实能够通过 LRP1 介导的胞吞作用将治疗性药物转运穿过血脑屏障。在结构上，Angiopep-2 是一种由 19 个氨基酸组成的肽，由 LRP1 配体的 Kunitz 结构域改造而来。（图 3）图 3. 血管肽-2 的化学结构。蓝色，带正电荷的氨基酸残基。最近的计算分子对接研究进一步阐明了 Angiopep-2-LRP1 相互作用的关键特征，揭示了整个肽序列对结合亲和力有贡献，特别是通过与 LRP1 的特定补体类型重复序列（CR）17 和 56 的相互作用。Angiopep-2 还与紫杉醇和吗啡等小分子药物偶联，分别用于靶向递送至脑转移瘤和神经性疼痛部位。此外，它还被整合到基于纳米颗粒和抗体的药物递送系统中，以增强血脑屏障通透性、靶向特异性、促进药物从内吞体逃逸，并在某些情况下实现核定位。4.2. TAT 肽TAT 是一种细胞穿透肽，来源于 HIV-1 的转录激活因子（Tat）蛋白。其结构由 84-105 个氨基酸组成，分为六个功能域（图 4 TAT 可以与多种货物分子共价结合，其结合状态和浓度显著影响其细胞内化途径。TAT-货物缀合物主要通过胞饮作用和网格蛋白及小窝介导的内吞作用进入细胞，而未缀合的 TAT 肽主要通过网格蛋白介导的内吞作用进入细胞。图 4. TAT 序列及其推测的功能区域。在肿瘤学领域，TAT 与化疗药物的偶联已被证明可以延长药物在体内的滞留时间，增强受体介导的相互作用，并在临床前和临床研究中均能提高药物的脑摄取。例如，与对照组相比，TAT-阿霉素在小鼠结肠腺癌细胞系中表现出约 2 倍的细胞毒活性。在基因治疗应用中，基于 TAT 的肽被广泛用于增强病毒载体的细胞摄取，其机制包括提高膜穿透性、靶向特异性、内体逃逸和核定位。由于 TAT 肽在内吞作用后能够穿过内体膜，因此可以促进多种治疗性药物的胞内递送，但其确切的逃逸机制尚未完全阐明。然而，这种通透性会影响细胞稳态，因为在某些情况下，TAT 介导的递送与 CHMP1B、Galectin-3 和 TFEB 等功能成分的释放有关，这些成分分别参与膜修复、细胞器清除和生物合成。为了增强 TAT 介导的内体逃逸，人们开发了多种策略。例如，多价展示富含精氨酸的 TAT 肽段可以增加局部电荷密度，从而提高内体破坏效率。另一种优化变体，即通过二硫键形成的二聚体 TAT（dfTAT），表现出更高的内体逃逸效率以及更强的胞质和核定位能力。dfTAT 已被证明可以递送多种载体，包括纳米颗粒、小分子和大分子。用 TAT 对腺病毒载体进行修饰，可使柯萨奇腺病毒受体缺陷细胞的转导效率提高 1-2 倍。4.3. MTfp类似地，MTfp 是一种源自黑素转铁蛋白 (MTf) 糖蛋白的 12 个氨基酸肽，是一种新兴的 BBB 穿梭蛋白，对应于全长 MTf 蛋白的 460-471 位残基 （图 5）。该肽对应于负责铁跨越血脑屏障转运的功能区域，并在临床前模型中显示出增强的治疗药物递送能力。图 5. MTfp 的化学结构。蓝色，带正电荷的氨基酸残基。当与小干扰 RNA (siRNA) 结合时，MTfp 改善了缺血性中风模型的结果；当与白细胞介素-1 受体拮抗剂连接时，它在神经性疼痛中显示出疗效。4.4. RVG29BBB 穿梭肽也来源于病毒蛋白，特别是狂犬病毒糖蛋白（RVG），具体来说是其氨基酸序列的第 175-203 位残基（图 6 该区域能够与尼古丁乙酰胆碱受体的α亚基相互作用，从而促进药物进入中枢神经系统。一种合成衍生物 RVG29，即 29 肽，已被广泛用作小干扰 RNA（siRNA）穿过血脑屏障的递送载体。由于其固有的嗜神经性，病毒衍生肽已成为靶向中枢神经系统的药物递送的重要工具。图 6. RVG29 的氨基酸序列。K 和 R 是带正电荷的氨基酸残基。4.5. TD2.2TD2.2 是基于合理设计框架开发的假定的人类神经胶质细胞特异性靶向肽。该方法的灵感来源于淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒 (LCMV) 的感染机制，LCMV 是一种旧世界沙粒病毒，它通过其表面糖蛋白 GP1 与 α-肌营养不良蛋白聚糖 (α-D) 的胞外结构域之间的相互作用，优先靶向中枢神经系统中的神经胶质细胞。图 7）。图 7. TD2.2 的化学结构。蓝色，带正电荷的氨基酸残基。在生理条件下，α-D 与细胞外基质蛋白（如 agrin 和 laminin-1/-2）具有高亲和力结合。尽管已知参与 LCMV 结合的α-D 残基，但相应的 GP1 相互作用基序仍不清楚。为了解决这个问题，我们利用 GP1 与其他α-D 结合蛋白（例如层粘连蛋白-2 和 agrin）的序列比对，鉴定出潜在的α-D 相互作用结构域，以此为基础设计靶向神经胶质细胞的细胞穿透肽（CPP）。后续筛选表明，TD2.2 选择性地转导神经胶质细胞，特别是未成熟的少突胶质细胞，而对非神经胶质细胞（包括人类神经细胞和真皮成纤维细胞）的摄取量极少。延时共聚焦显微镜证实，TD2.2（与 EGFP 融合）在施加后 3-6 小时内即可进入少突胶质细胞的细胞内转运。这种选择性提示了一种有前景的靶向神经胶质相关疾病的策略。此外，Al Musaimi 研究小组报道了 TD2.2 的首次化学合成，并开发了一种蛋白水解稳定性更高的类似物。他们利用聚焦超声结合微泡，成功地将这种类似物输送到大脑中（数据未显示）。4.6. MiniAp-4此外，人们还探索了毒液衍生肽在中枢神经系统药物递送方面的潜力。例如，源自蜂毒的 MiniAp-4 已被开发为一种血脑屏障穿梭肽。其结构由二硫键稳定，赋予其增强的抗代谢降解能力，使其成为提高肽稳定性和跨越血脑屏障递送效率的有希望的候选物（图 8）。MiniAp-4 是 apamin 的最小化且更具渗透性的肽模拟衍生物，18 肽酰胺，表现出增强的蛋白酶抗性，并且在基于人类细胞的模型和体内都能有效地将各种货物递送到血脑屏障。值得注意的是，与天然肽相比，它表现出强大的脑靶向能力，同时毒性和免疫原性降低。图 8. Apamin 和 MiniAp-4 的化学结构。红色，共同的氨基酸残基。4.7. MiniCTX3MiniCTX3 是一种单环内酰胺桥联肽模拟物，能够有效地将纳米颗粒运输穿过内皮细胞单层；而 MiniAp-4 是一种最小化的阿帕明形式，能够在体外和体内模型中有效地将货物递送穿过血脑屏障（图 9）。MiniCTX3 还能增强人类 BBB 模型中大小货物的通透性，表明其具有主动转胞吞作用机制，从而提高了对大脑的选择性。图 9. 氯毒素 (CTX) 和 MiniCTX3 的化学结构。红色部分为共有氨基酸残基。阿帕明有四个二硫键，分别为 Cys 2 和 Cys 19；Cys 5 和 Cys 28；Cys 16 和 Cys 33；Cys 20 和 Cys 35。红色部分为共有氨基酸残基。尽管天然氯毒素（CTX，一种 36 肽酸性肽）可在体外穿过血脑屏障（BBB），但其最小化类似物在保持蛋白酶抗性的同时，展现出更高的渗透性。值得注意的是，MiniCTX3 可提高金纳米颗粒（AuNPs）穿过人血脑屏障模型的转运效率。这些肽兼具高血脑屏障渗透性和简便的合成方法，为靶向脑递送提供了一个极具前景的平台。4.8. 第 28 页p28 是一种源自蓝铜蛋白的 28 个氨基酸的两亲性肽，是具有潜在抗肿瘤和抗血管生成活性的肽载体的一个例子。图 10. p28 的氨基酸序列。K 是带正电荷的氨基酸残基。人们认为，肿瘤细胞和内皮细胞优先吸收该物质是通过小窝介导的内吞作用，然后与肿瘤抑制因子 p53 相互作用，导致该物质稳定并诱导细胞周期停滞和细胞凋亡。除了其固有的活性外，p28 还可以促进各种分子量的大分子的递送。然而，细胞内定位的局限性可能会降低 CPP 的功效。值得注意的是，p28 已被证明可通过调节内吞途径进行细胞内重新分布，并且据报道，将其与重新分布诱导抑制剂结合可进一步增强其抗癌作用（NCT01975116，NCT00914914）。总而言之，这些进展凸显了基于肽的递送系统在克服血脑屏障相关限制方面日益增长的重要性。通过整合肽工程、计算设计和生物学见解，血脑屏障穿梭肽为增强中枢神经系统药物递送和拓展生物活性肽的治疗潜力提供了一种极具前景的策略。5. 主要渗透机制细胞穿透肽（CPP）能够穿过细胞膜，促进多种分子货物进入细胞。它们的细胞摄取受多种机制调控，反映了其结构多样性以及与膜成分的相互作用。关键的穿透途径包括载体介导的转运、由与细胞表面静电相互作用驱动的吸附介导的胞吞作用，以及涉及特异性配体-受体识别的受体介导的胞吞作用（RMT）。这些机制使 CPP 能够克服生物屏障，并凸显了它们作为治疗应用中多功能递送载体的潜力（图 11）图 11. CPP 的关键渗透机制。5.1.载体介导的运输载体介导转运 (CMT) 通过高度特异性和选择性的转运蛋白，促进葡萄糖和氨基酸等必需营养物质跨越血脑屏障 (BBB) 的转运。关键的例子包括葡萄糖转运蛋白 GLUT1 和大中性氨基酸转运蛋白 LAT1，它们均表达于内皮细胞 (EC) 的腔面膜和外侧膜上。这些转运蛋白识别并结合各自的底物，形成底物-载体复合物，该复合物发生构象变化，从而使底物能够跨越血脑屏障。这种机制可用于药物递送，因为某些治疗药物在结构上模拟内源性底物。例如，左旋多巴和加巴喷丁与大型中性氨基酸具有结构和理化性质的相似性，使它们能够通过 LAT 转运蛋白穿过血脑屏障。5.2. 吸附介导的胞吞作用吸附介导的胞吞作用（AMT）是一种非载体、非特异性受体介导的跨血脑屏障转运机制。它依赖于阳离子底物与内皮细胞膜带负电荷的成分（例如蛋白聚糖）之间的静电相互作用。这些相互作用促进肽-膜复合物的形成，随后这些复合物通过内吞途径被内化并转运穿过内皮细胞。AMT（胞吞转运）是一个浓度和温度依赖性的、需要能量的过程，涉及内吞机制以及与带负电荷的细胞表面的静电相互作用。尽管它与受体介导的摄取具有一些共同特征，但由于缺乏特异性的配体-受体识别，AMT 通常被认为与受体介导的胞吞作用不同。阳离子肽 TAT 就是一个典型的例子，它已被用作血脑屏障穿梭载体，通过 AMT 途径将β-半乳糖苷酶递送至啮齿动物模型的血脑屏障内。然而，AMT 途径的一个主要局限性在于其在脑内缺乏细胞特异性，这可能导致非选择性摄取和潜在的毒性。5.3 受体介导的胞吞作用受体介导的胞吞作用（RMT）是一种高度选择性的转运机制，它利用血脑屏障内皮细胞（Ecs）上大量表达的受体，促进药物进入中枢神经系统。该过程涉及配体或配体偶联的治疗药物与特定受体（例如转铁蛋白受体、胰岛素受体或低密度脂蛋白受体相关蛋白）的结合，从而触发受体介导的内吞作用，并随后跨内皮层进行胞吞作用。由于其特异性和靶向递送能力，RMT 相比其他转运机制具有显著优势。通过将药物或肽与受体结合配体偶联，可以增强血脑屏障穿透性，同时最大限度地减少脱靶效应。然而，在设计基于 RMT 的递送系统时，必须考虑受体饱和、与内源性配体的竞争以及病理条件下受体表达的潜在改变等限制因素。5.3.1. 转铁蛋白受体TfR1 是一种在血脑屏障处高表达的跨膜蛋白，并且在各种癌细胞中也过度表达，因此是中枢神经系统 (CNS) 疾病的一种有吸引力的治疗靶点。TfR1 在铁转运中起着关键作用，其中铁结合的转铁蛋白（holo-Tf）与 TfR1 结合形成 holo-Tf-TfR1 复合物，该复合物经历受体介导的内吞作用（图 12）图 12. 转铁蛋白受体 1 (TfR1) 介导的胞吞作用。在内体中，酸性 pH 值促进铁的释放，之后受体-配体复合物被回收至细胞表面，在那里生理 pH 值促进其解离为脱辅基转铁蛋白和 TfR1。这些回收和解离步骤是 RMT 跨越血脑屏障效率的关键决定因素。利用这一途径，转铁蛋白偶联系统，如转铁蛋白包被的蜂毒肽纳米颗粒（Tf-MeLioNs），已在 AD 模型中证明了有效的脑递送。5.3.2. 低密度脂蛋白受体低密度脂蛋白受体（LDLR）家族包含七个受体亚家族，参与脂质运输和细胞摄取。从结构上看，LDLR 由约 850 个氨基酸序列组成，这些序列分为六个功能域。这些受体在血脑屏障处高表达，并在某些脑癌中过度表达。值得注意的是，低密度脂蛋白受体相关蛋白-1 (LRP1) 与β-淀粉样蛋白的清除有关，并被认为是阿尔茨海默病潜在的生物标志物。LDLR 介导的转运依赖于通过富含半胱氨酸的结构域与载脂蛋白底物结合的配体，从而实现胆固醇转运和治疗靶向。5.3.3. 胰岛素受体胰岛素受体（IR）是酪氨酸激酶受体家族的成员，介导包括代谢和生长在内的重要生理过程。在血脑屏障处，IR 也参与受体介导的胞吞作用。其结构由两个亚基组成，这两个亚基通过二硫键连接形成功能性受体复合物。已探索了多种靶向胰岛素受体（IR）的药物递送策略，包括将溶酶体酶α- L-艾杜糖醛酸酶（IDUA）与人源 IR 单克隆抗体偶联。临床研究（I/II 期）表明，该方法可稳定 I 型粘多糖贮积症（MPS I）患者的症状。5.4 肽介导的转运了解肽-膜相互作用的机制对于优化递送效率和安全性至关重要。肽的内化取决于多种因素，包括序列、电荷分布、长度和浓度。5.4.1. 阳离子肽阳离子肽（CP）通常具有赖氨酸和精氨酸残基含量高的特点，这些残基在介导其与脂质膜的相互作用中起着至关重要的作用。这些带正电荷的残基有助于与细胞膜中带负电荷的磷脂成分发生静电相互作用。CP 可以通过直接转运进入细胞，这是一个快速、不依赖能量的单步过程。这种机制已被多种模型描述，其中最著名的是“地毯状”模型和膜变薄效应（图 13）图 13. CPP 介导的肽渗透模型。在地毯状模型中，CPs 平行于细胞表面排列，其带正电荷的区域与带负电荷的磷脂头部基团相互作用。随后，肽链自组装成地毯状结构，其中疏水片段插入脂质双层，而亲水区域则暴露于水性环境中。这种相互作用导致膜不稳定和结构重排，最终促进肽链内化。这些模型的示例将在下文中给出。图 14 虽然这些肽不属于细胞穿透肽（CPP），但许多肽，特别是抗菌肽，表现出类似的膜相互作用和转运机制。图 14. 肽渗透模型的示例。(A) 地毯模型，PDB ID6B55；（B）环状孔隙形成，PDB ID9H3C；（C）桶板模型，PDB ID6SHK（D）膜变薄，PDB ID6TZ4。5.4.2. 两亲性肽两亲性肽还可以通过涉及瞬时孔道形成的直接转运穿透细胞膜。这种机制通常用环状模型和桶状模型来描述，这些模型认为两亲性肽与带负电荷的细胞膜之间的相互作用导致肽束（α螺旋或β折叠）的组装。在这些结构中，亲水性残基排列在孔道内部，而疏水性表面与脂质双层相互作用，从而促进膜的插入和破坏（图 15）。图 15. CPP 介导的肽渗透机制。在较低浓度下，肽主要通过胞吞作用被内化，这是一个依赖能量的多步骤过程。在胞吞作用过程中，质膜包裹细胞外物质形成细胞内囊泡，并将这些囊泡运输到胞质溶胶中。这种摄取过程通过多种途径进行，包括巨胞饮作用、网格蛋白介导的胞吞作用、小窝介导的胞吞作用以及不依赖于网格蛋白和小窝的机制。囊泡形成后，囊泡从质膜脱离，随后可能将其内容物释放到胞质溶胶中（图 15）。6. 肽载体的优势、局限性和安全问题由于其氨基酸组成，肽具有良好的生物相容性和治疗潜力。它们可以通过多种途径穿透细胞膜，且不会显著破坏细胞膜的完整性，通常无毒且可生物降解。与许多传统的侵入性和非侵入性给药系统相比，这些特性使得肽成为更安全的药物递送载体。此外，肽可以与内源性配体竞争，并与人体内多种受体相互作用。肽的理化特性，包括可变的链长和正电荷分布，有利于进行偶联策略和融合蛋白的形成。肽的大小也可以通过工程改造来实现蛋白质或 DNA 的缩合以及纳米颗粒的形成，从而提高细胞摄取和基因表达。带正电荷的残基可以增强与细胞膜和载体分子的静电相互作用。此外，肽通常具有较低的免疫原性，并且仅在相对较高的浓度下才具有毒性，而递送应用通常不需要如此高的浓度。肽还表现出结构多样性，能够自组装，并能响应 pH 值和温度等环境因素而发生刺激响应性构象变化。这些特性使其能够调节与受体和载体分子的结合亲和力，从而支持靶向递送和可控药物释放。此外，肽的合成相对简单，纯度高，且其结构易于进行化学修饰。然而，基于肽的系统也存在局限性。它们易受蛋白水解酶降解，导致其从生物体液中快速清除，从而降低治疗效果。此外，肽介导的内吞途径，例如受体介导的转运，可能无意中与非靶细胞上表达的受体结合，从而导致脱靶效应和毒性。而且，肽-载体偶联会生成具有不同理化性质的多种复合物，因此需要逐个评估其作用机制、功效和安全性。生物系统中肽的检测通常依赖于标记技术，而这些技术通常涉及偶联步骤，这些步骤可能会改变肽的膜穿透特性。从生产角度来看，由于肽的化学和生物学特性复杂，大规模肽生产仍然成本高昂且技术难度大。固相和液相肽合成需要大量的保护基策略，因此主要适用于短链或结构简单的肽，而较长或亲水性较强的肽则容易发生聚集，导致合成效率低下。此外，可持续性问题还源于大量废物的产生，包括偶联反应中使用的过量氨基酸以及纯化和分离过程中所需的大量溶剂。为了提高肽载体的抗蛋白水解能力、延长其系统半衰期并提高其结合亲和力，从而实现更高效、更安全的药物递送，人们采用了多种化学策略来优化肽载体。在这些方法中，烃链交联和环化是常用的稳定α螺旋构象或生成构象刚性更强的肽结构的方法。立体化学修饰是提高肽性能的另一种有效策略。例如，基于 D-精氨酸和 L-精氨酸的肽-siRNA 偶联物的比较显示出明显的功能优势。含 D-精氨酸的构建体表现出显著增强的抗蛋白水解降解能力，而 L-精氨酸变体则表现出更高效的 siRNA 内体释放，这凸显了稳定性和细胞内递送效率之间的权衡关系。7. 结论血脑屏障（BBB）在保护大脑免受内源性和外源性有害物质侵害方面发挥着至关重要的作用，这使得药物有效递送至中枢神经系统（CNS）极具挑战性。尽管许多小分子、生物制剂和大分子疗法在体外 CNS 疾病模型中已显示出疗效，但由于无法穿过血脑屏障，大多数药物在临床转化中均以失败告终。虽然临床上已采用直接脑内注射方法来提高 CNS 药物的生物利用度，但这些方法具有侵入性，且常常伴有显著的不良反应。在此背景下，基于肽的递送系统已成为一种极具前景的非侵入性策略，可增强中枢神经系统（CNS）药物转运。由于其固有的理化性质，肽可通过多种机制穿过细胞膜。其结构灵活性、易于化学修饰以及能够偶联多种治疗性药物的特性，进一步增强了其作为递送载体的吸引力，使其能够促进药物跨越血脑屏障（BBB）。此外，对特定受体具有高亲和力的肽可以增强靶向特异性，从而降低全身毒性和脱靶效应。尽管令人鼓舞的临床前和临床证据支持基于肽的载体的有效性，但仍存在一些局限性需要解决，以实现安全有效的 CNS 药物递送。未来的研究应优先关注提高内体逃逸效率，这似乎是影响递送效率的关键限速步骤。鉴于中枢神经系统极其敏感，其中许多细胞不可替代，且高度调控的细胞网络对功能至关重要，因此，仔细评估肽介导的内体逃逸和货物释放如何影响细胞稳态至关重要。深入了解细胞穿透肽的修饰如何影响这些过程，对于在保持递送效率的同时最大限度地减少细胞应激至关重要。DOI：10.1021/acschemneuro.6c00266更多内容关注合肥肽研生物— End —