全世界，中枢神经系统疾病患者近10亿，是心血管疾病和癌症患者的2倍。在中枢神经系统疾病死亡的患者中，3%为阿尔茨海默病或其他痴呆患者。据估计，全世界痴呆症患者4700万，若患病率年龄分布特征保持稳定，预计这个数字每20年将翻一番。这给医疗保健服务和社会带来了巨大负担。据估算，2015年，全世界痴呆症患者的护理费用约为8180亿美元。因为，我们对大脑及其功能知之甚少，缺乏药物不良反应及药效评价标准，药物提呈到中枢神经系统内效率低，导致中枢神经系统药物开发的成功率极低。在药物开发中，实现靶向中枢神经系统的药物转运是一个具有挑战性的工作^[1]。影响药物向中枢神经系统内提呈的最大障碍是，大脑内皮细胞及其之间的紧密连接组成的血脑屏障，这阻滞了治疗药物在血液和中枢神经系统间质转运。也阻滞了药理活性分子的传递，尤其是生物大分子药物转运^[2]。

一个世纪前，人们开始认识血脑屏障，现在认为血脑屏障是一种动态界面，调节血液和脑组织之间的物质交换，在保护神经元和胶质细胞功能等方面具有重要作用。血脑屏障中约有95%分布有毛细血管，这是药物进入中枢神经系统的主要途径。由于脑血屏障的存在，治疗性的药物^[3]、免疫细胞和免疫介质均不能自由进入中枢神经系统，因此，中枢神经系统也被称为免疫豁免区。这与外周免疫系统的免疫反应是不同的。首先，血脑屏障限制抗体、免疫介质、循环系统免疫细胞的进入；其次，缺乏从中枢神经系统向外周淋巴结运输抗原和免疫细胞的淋巴管；再次，小胶质细胞和星形胶质细胞缺乏免疫功能，组织中缺乏树突状细胞，主要组织相容性复合体表达低水平。这些都导致脑内免疫反应延迟、低下，甚至无反应。但是中枢神经系统不是免疫孤立区，中枢神经系统内免疫功能主要由活性调节T细胞承担。对于中枢神经系统免疫豁免和血脑屏障的深入研究，有助于新免疫疗法药物的研发。

药物分子从血液到大脑的转运受到严格管控，受体介导转运过程是受到位于大脑内皮细胞囊泡数目控制的。相对其他内皮细胞，大脑内皮细胞具有较少的囊泡。

过去的20年，人们已经开发了一系列可以进入大脑的药物分子。之前，基于提高血脑屏障渗透率的化学策略开发药物效果很不理想，现在使用血脑屏障内源转运系统开发的药物看似是一种安全策略。人们认为，这种方法可以用来控制药物的转运^[4]，且不破坏血脑屏障完整性。依照转运系统的类型，内源性血脑屏障转运系统可分为：载体转运体(carrier-mediated transport，CMT)，主动运输体(active efflux transport，AET)和受体介导转运体(Receptor-mediated transport，RMT)。载体转运体和主动运输体系统，负责血液和脑组织之间小分子运输，如葡萄糖、氨基酸、脂肪酸、核苷等。受体介导转运体系统，负责特定内源性大分子的跨血脑屏障转运^[5]，如胰岛素、转铁蛋白、低密度脂蛋白、胰岛素样生长因子、瘦素等。循环系统中的分子可以与脑腔表面特定受体结合。结合后，通过受体介导作用，受体-配体复合体内化进入内皮细胞。复合体分子穿过血管内皮细胞进入大脑^[6]。 因此，一些研究者开发了基于受体介导转运体系统的治疗药物，将药物分子转运入中枢神经系统。这种药物分子被称为“木马分子”(Trojan horses，MTH)，其可以是受体介导转运体系统的多肽或蛋白质配体，也可以是受体介导转运体受体的单克隆抗体。单克隆抗体具有的高特异性和高亲和力，使其成为基础研究的得力工具。过去20年^[7]，单克隆抗体对医疗领域产生了深刻影响，越来越多的治疗性单克隆抗体药物进入市场，或正在进行临床研究。这为以单克隆抗体作为药物“载体”治疗中枢神经系统疾病奠定了基础。本文就基于受体介导转运体设计，可通过血脑屏障的抗体药物及其工程化进展进行综述，并展望其对中枢神经系统疾病治疗前景。

1 中枢神经系统的受体介导转运系统 1.1 转铁蛋白受体转运系统

转铁蛋白受体是一类备受关注的受体介导转运体，是开发“木马分子”的重要工具。转铁蛋白受体在脑血管内皮细胞上高表达，并通过内吞铁结合转铁蛋白维持脑内铁稳态。根据“木马分子”理论，William Pardridge 研究团队研制出抗大鼠转铁蛋白受体的小鼠抗体OX26。这种抗体与转铁蛋白受体膜外区域结合，但不会影响转铁蛋白正常转运，避免药物和天然配体在结合位点上的竞争。将OX26分别同脑源性的神经营养因子(BDNF)、神经生长因子(NGF)或表皮生长因子(EGF)融合形成脑内转运药物，人们对这些药物的血脑屏障靶向性及药效进行了动物评价。实验显示，OX26融合神经保护剂BDNF的治疗药物(OX26-BDNF)，可用于中风症状的改善。使用OX26-BDNF药物的大鼠实验数据显示，较单独使用BDNF其的运动性能提升了243%，在中风症状治疗中显示出诱人的治疗前景。另一项研究中，OX26-NGF药物被用于亨廷顿病大鼠模型^[8-9]，结果显示，这种药物保护了纹状体胆碱能乙酰转移酶活性神经元。人们还开发了另一种单克隆抗体8D3，作为脑血屏障的转运体用于小鼠动物模型。 抗体8D3同胶质细胞源神经营养因子(GDNF)的融合药物分子具有更好的脑内转运性质。实验结果显示，静脉注射(1mg/kg)60min后，小鼠脑内吸收的药物为每克脑组织：3.1± 0.2%×注射剂量 ^[10]。

针对TFR，人们开发了一系列单克隆抗体药物，并使用抗体工程方法对其脑血屏障靶向性进行了改良。例如，人们对TFR与TFR抗体间的亲和力，与分子转运效率的关系进行了研究。将高亲和力(K_d=1.7nmol/L)的TFR小鼠抗体A，高互补区域引入丙氨酸突变，产生一系列结合力较低的抗体(K_d = 6.9nmol/L、65nmol/L和111nmol/L,分别命名为抗体分子 B、C、D)。体内分布研究显示，小鼠抗体亲和力同抗体脑摄取量间存在相关性。使用治疗剂量给药时，低亲和力抗体较高亲和力抗体更容易进入脑内。更重要的是，高亲和力抗体(如抗体A)无法从TFR上分离，因此大量残留在毛细血管上。相反，低亲和力抗体可以脱离TFR并穿越血脑屏障，到达神经元。研究显示，当给予小鼠高剂量20~50mg/kg、24h后，脑对低亲和力抗体(抗体D)摄取量是高亲和力抗体(抗体A)的3倍。因此，适度亲和力调整可以影响药物吸收，当注射治疗剂量药物时，低亲和力的抗体药物更易通过脑血屏障。

1.2 胰岛素受体转运系统

胰岛素受体(insulin receptor，IR)负责血胰岛素进入大脑，它是开发“木马分子”的第二个重要的受体蛋白。

同TFR相似，IR在脑内皮细胞高表达，并通过受体介导完成物质转运。人们对胰岛素受体的小鼠单抗83-14进行了深入研究。单抗83-14对旧世界灵长类动物有效，因此，可以进行非人灵长类动物的研究。猕猴的研究显示，其对单抗83-14的总摄取量约为4%，相当于静脉注射3h，每克脑组织中含有的药物量为0.04% ID(注射剂量)。单抗83-14的嵌合和全人化抗体都可以携带一些治疗性药物通过脑血屏障。例如，胶质细胞神经营养因子(GDNF)用于治疗帕金森病和中风、芳基硫酸酯酶A(ASA)用于异染性脑白质病变、磺基葡糖胺磺基水解酶(SGSH)用于A型Sanfilippo 综合征的治疗等。Armagen是Pardridge实验室的一个分拆公司，已经将上述单抗的一些品种推向了临床试验^[11]。

在跨脑血屏障的物质转运中，TFR和IR是两种有效受体，但这两种受体在其他组织中也广泛存在，并执行重要细胞功能，这就给药物安全带来了隐患。因此，在过去几年里，研究人员都在努力发现新的脑血屏障特异受体转运体。例如，由噬菌体展示库筛选得到的FC5单链抗体[单域抗体重链可变区(variable heavy chain domain，VHH)]，其可以被脑血管内皮细胞(brain endothelial cell，BEC) 内化并通过血脑屏障体外模型。此外，体内药物分布数据显示，FC5单链抗体在每克组织中的积累为2.9% ID(注射剂量)，具有开发前景。后续研究证实，FC5可以高度识别糖基化蛋白(Cdc50A)，Cdc50A在脑血管内皮细胞的管腔表面高度表达，通过网格蛋白小泡，承担肌动蛋白和磷酸肌醇3-激酶(PI3K)的转运。

通过酵母表面展示人单链抗体库的筛选，人们得到了一系列TFR和IR相关的抗体药物。在这个抗体库中，可以被脑血管内皮细胞内化的scFv(single-chain fragment variable)的抗体片段被发现。经同源受体分析表明，scFv的识别受体不是TFR 和 IR。新特异性受体介导转运体的发现，为筛选更多脑转运药物工程化载体奠定了物质基础。

2 跨血脑屏障转运药物的工程化改造

随着抗体工程发展，人们研发了适合临床使用的双体异性抗体及各种大小和形状不同的抗体分子。人工设计的双特异性抗体可以同时结合两个抗原识别区。双特异性抗体分子可以同时作用于病理过程的不同靶点，从而提高治疗效果，双特异性抗体分子的这种性质被用于癌症和炎症性疾病的治疗。最近，双特异性抗体又被作为支架分子^[12]，用于药物的脑内转运。通过抗体工程，研究人员将双特异性抗体的一端用于结合脑血屏障受体转运体蛋白，另一端结合中枢神经治疗靶点，从而完成治疗药物的跨血脑屏障转运。一般将抗体片段，如Fabs、scFvs、单域抗体(single domain antibody，sdAb)同IgG分子N端或C端连接，或采用异二聚化连接策略(如Genentech研发的“钮扣”技术)完成药物分子两部分的融合。

第一个跨血脑屏障双特异性抗体被用于阿尔茨海默病的治疗。其基本组成是，将bsAb[β-淀粉样蛋白(Aβ) scFv抗体]同TFR-scFv(TFR单抗)的重链C端连接。这种TFR-scFv和 bsAb的组合药物，在小鼠阿尔茨海默病模型实验中表现出良好用药前景。研究显示，这种双特异性抗体具有如下特点：①bsAb分子头部可以和受体结合，并可以进入大脑；②融合抗体的尾部可以和Aβ斑块结合并诱导斑块分解；③融合抗体的中断(CH2-CH3恒定区)可以与脑血屏障上的新FcRn结合，并将融合抗体反向从大脑运输回血液。基于这项研究，William Pardridge等为脑疾病的治疗性抗体药物的研发开辟了新的道路。其他双特异性抗体药物^[13]正处于开发或评估中。基于“纽扣”的异二聚化技术，Genentech公司开发了一种人源化双特异性抗体药物，靶向TFR和BACE1(β位APP裂解酶1)的双抗体药物，β位APP裂解酶1可以裂解淀粉样前体蛋白(APP)。在人转铁蛋白受体敲除小鼠的研究中，抗TfR/BACE1的双特异性抗体药物可以通过血脑屏障并降低脑内Aβ，这种双特异性抗体药物可以降低猕猴脑脊液和脑组织中的Aβ水平，这种降低与这种药物在脑内的浓度相关。这些结果表明，基于转铁蛋白受体介导的双特异性抗体药物，可以有效安全的跨越血脑屏障并进入中枢神经系统。最近，罗氏公司开发了另一种靶向TFR的双特异性抗体药物，将TFR抗体 Fab片段(以单价或双价)同Aβ抗体IgG分子的C端结合成活性生物分子。体外和体内的研究证实，单价结合模式有利于药物的跨细胞转运，而二价结合模式将导致溶酶体分选。但是实验显示，单价Fab-bsAb抗体的变异体反而增加阿尔茨海默病模型小鼠Aβ的凝聚，是母源抗体的55倍。另一种有开发前景、可跨越血脑屏障工程化的bsAb是FC5 VHH抗体，结合靶点是新近发现的一种受体蛋白。通过基因工程将FC5抗体，以单价或是双价形式同Fc片段相连接。将无血脑屏障渗透性的神经肽达拉根或神经肽Y化学结合到FC5-Fc融合蛋白上，在炎症疼痛模型上进行药理评估，同Roche公司开发的TFR抗体相比，尽管它们的亲和力和效价不同，但单价和双价FC5-Fc变异体表现出类似的转运和治疗效果。这些说明新型受体介导转运体具有优势，通过工程化改造这种抗体支架，可能发展为药物转运的新平台^[14]。

我们介绍了血脑屏障的双特异性抗体药物及潜在脑靶向给药转运系统的研究进展。另外，新发现的初生Fc受体(neonatal Fc receptor，FcRn) 在抗体从脑内流入到血液过程中发挥了作用。这种受体介导将含有Fc结构域抗体通过血脑屏障，逆向转运到血液中过程，这可能对一些疾病的靶标具有优势，如分解和清除阿尔茨海默病患者脑中的Aβ^[15]。在其他疾病中，抗体药物的快速消除可能会影响治疗效果，因此，应加强对药物流出通路及机制研究。各种困难依然存在，但是双特异性抗体可以通过血脑屏障，被认为是脑内治疗药物转运的最有效途径。

3 展 望

从研发到上市，第一代抗体药物花费了很长时间，但现在已经成为一些疾病治疗药物中的重要组成部分。在肿瘤和炎症治疗领域，治疗性抗体药物在临床和商业取得了成功，激发了人们将抗体药物用于脑部疾病治疗的兴趣。例如，将抗Aβ和tau蛋白治疗性抗体用于阿尔茨海默病疾病的治疗。人们认为消除循环系统中的淀粉样蛋白，将促进消除脑内淀粉样蛋白的沉积，拮抗Aβ不同抗原表位的抗体药物已经进入临床试验阶段。但是，中枢神经系统中Aβ水平降低机制尚不清楚。“外围水池假说”认为，抗体药物将结合血液中的Aβ，并将单体的Aβ从大脑中拽拉到血液中，从而减少其在大脑中的积累。另有假设认为，这是中枢神经系统中抗体药物的直接作用。抗体和Aβ的直接结合，使Fc受体诱发细胞发生吞噬作用。另外，抗体药物和Aβ结合可能会改变其构象，如形成散纤维聚集体。Aβ低聚物是治疗的理想靶点，这将为阿尔茨海默病的免疫治疗开辟新的治疗途径。

进入临床试验的Aβ抗体药物有Bapineuzumab、Solenezumab、Gantenerumab、Crenezumab、Ponezumab和 Aducanumab等^[16]。在轻中度阿尔茨海默病患者的治疗中，这些免疫治疗方法没有取得显著的临床疗效。失败原因可能是：①抗体药物难以通过中枢神经系统的血脑屏障；②抗体药物注射时机过晚。例如，Solenezumab的第一组临床试验中，治疗组与安慰剂组数据无明显差异。然而，经数据重新分析，试验开始时症状较轻患者的症状略有改善。脑疾病抗体药物研发中至关重要的问题是，是否有足够量外周注射抗体药物穿过了血脑屏障，并产生了相应治疗效果。有一些药物研发的失败，是因为抗体药物的安全问题，脑内微血管出血(如脑膜炎等)。原因可能是，单克隆药物反向运输到血液的效率低^[17]，造成抗体药物在大脑中的积累。因此，应加强抗体药物从血液进入大脑及药物返回血液机制的研究，为开发安全有效的中枢神经系统疾病治疗性抗体药物奠定理论基础。

总之，用于脑部疾病治疗的抗体药物研发的道路还很长。这里讨论了传统抗体和新近发展的双特异性抗体药物的应用进展。现在面临的挑战是要保证有足够治疗剂量的抗体药物进入大脑，同时也要保证药物可以被安全的清除出大脑。

当前研究表明，治疗性抗体药物进入中枢神经系统前景是乐观的，治疗性抗体和受体介导转运体抗体结合的双特异性抗体药物实现了这一过程，加强了这种药物的跨血脑屏障转运。一些新兴的针对血脑屏障受体介导转运体的“木马分子”抗体药物，将极大改善药物向中枢神经系统的转运，并可降低抗体药物注射剂量，提高药物的安全性。一些双特异性抗体药物已经完成了临床前动物模型评价，其中一些开始了临床试验。