胶质母细胞瘤（glioblastoma, GBM）是最常见且侵袭性最强的脑肿瘤，占所有恶性胶质瘤的50%以上^[1]。GBM患者5年生存率≤ 5% ^[2]，中位生存期 < 15个月^[3]，且预后极差。患者在病程中可能出现较为复杂的神经系统症状，如头痛、癫痫发作、神经功能缺损、记忆力减退、呕吐、性格改变和视力改变等^[4]。GBM是神经系统疾病中极难攻克的问题，因此靶向药物的开发也成为当下研究热点，但治疗情况并不乐观。阻碍治疗GBM的原因并不是缺乏有效药物，而是由于血脑屏障（blood brain barrier, BBB）/血脑肿瘤屏障（blood brain tumor barrier, BBTB）的存在阻碍药物的递送。因此寻找开放BBB/BBTB的方法是治疗的关键。

1 BBB的分子组成及对药物进入的影响

大脑具有丰富的血管系统，是人体内血流灌注最好的器官。血管不仅能为大脑提供营养和氧气，还能保护大脑免受神经毒素的侵害。因此，由血管组成的BBB的存在是大脑神经元保持正常功能的必要条件。BBB具有物理屏障和化学屏障2道防线，可阻止大分子物质及不必要的细胞进入大脑^[5]，起到保护大脑的作用。

BBB位于血液和中枢神经系统（central nervous system, CNS）组织之间，由血管内皮细胞、细胞间的紧密连接（tight junction, TJ）、周细胞、星形胶质细胞脚板和基膜共同组成。BBB可滤过血液内大部分物质，避免其进入神经组织，从而发挥屏障功能。虽然内皮细胞层结构紧密、缺乏窗孔，但内皮上存在的载体及受体可携带可溶性物质通过胞吞等方式穿过BBB，完成物质从血液到大脑的跨内皮运输过程。溶质也可以以被动扩散的形式穿过内皮屏障，这个过程的效率取决于溶质的物理化学性质，如电荷、分子量和脂溶性等^[6]。相反，一系列外排转运蛋白，如三磷酸腺苷结合盒蛋白B亚家族成员1（ATP-binding cassette subfamily B member 1, ABCB1）和三磷酸腺苷结合转运蛋白G超家族成员2（ATP-binding cassette transporter G2, ABCG2）的存在可以使不必要的化合物外流，降低细胞毒性。除了主动外排的方法，代谢降解在减少化合物的大脑积聚方面也有一定作用，但这目前是一个较为不成熟的方向。

2 BBTB

BBB随着神经系统病变的发生也产生相应的病理变化，这种变化的性质和程度因疾病而异，从而形成BBTB。BBTB由许多已有的和新生的血管组成，这样的结构特点有利于血管向胶质瘤递送营养和氧气，促进肿瘤细胞的生长和迁移。对于多数胶质母细胞瘤和低级别的弥漫性胶质瘤来说，其BBTB功能与正常BBB相似，可阻碍包括小分子物质及抗体在内的有效治疗药物到达肿瘤细胞。然而对于高级别胶质瘤来说，因其代谢需求较高，营养和氧气供应不足，会在肿瘤局部产生缺氧区域，从而导致血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）和新生血管增加、血管形成异常以及BBTB功能失调。有研究表明，在GBM患者的脑部，单个肿瘤细胞可从内皮细胞中置换出星形胶质细胞，该过程可引起局部BBTB破坏^[7]。然而，这种局部破坏的程度仍不足以使有效剂量的药物进入病灶。因此，要治疗GBM，首先要解决药物递送问题。

3 药物穿过BBTB递送至GBM的途径

物质穿过BBB的生理途径有以下几种，包括被动扩散、ABC外排转运蛋白转运、溶质载体介导的转运和胞吞转运。过去的几十年中，研究者不停探索向CNS递送药物的方法，本综述将对目前已发现的方法进行阐述和总结。

3.1 作用于TJ的途径 3.1.1 高渗性溶液打开BBTB

高渗性溶液法是被最早发现打开BBTB的方法，该过程为：向动脉内输注高渗溶液（如甘露醇、尿素和果糖等），使血管内皮细胞因高渗而脱水，暂时收缩，从而打开TJ，并在该时间窗（数小时）内向动脉输注治疗药物，药物将通过打开的TJ进入脑肿瘤区^[8]。临床上已将甘露醇与替莫唑胺（temozolomide, TMZ）等药物联合应用治疗神经系统肿瘤，结果显示，该方法可抑制肿瘤的复发，改善治疗效果。虽然利用甘露醇等溶液打开BBTB的方法已得到广泛应用，但仍存在缺陷，如注射高渗溶液后，除了肿瘤区的BBTB外，正常脑组织区域的BBB也会同时开放，这将导致大量低分子量和高分子量化合物不受控制地流入脑组织，使脑内液体增多，从而引起神经毒性、失语症和偏瘫等并发症^[9]。因此，如何安全、靶向地开放BBTB需要进一步探索。

3.1.2 缓激肽受体介导BBTB开放

研究表明，缓激肽(bradykinin, BK)也可诱导BBTB上TJ打开，促进药物穿过BBTB进入CNS。其机制可能是BK激活血管内皮细胞上的B2受体，破坏内皮细胞上TJ的结构，从而使药物透过BBTB^[10]。基于以上结果，RMP-7（缓激肽类似物）在临床上得以广泛应用。在治疗GBM的Ⅱ期试验中，患者将卡铂和RMP-7联合服用，结果表明，该方法可显著增强GBM的治疗效果。然而仍有少数试验并没有出现明显效果，导致阴性结果的潜在原因可能是该过程中BBB / BBTB开放的时间相对较短，流入药物的剂量不足，或本身应用的RMP-7剂量水平（300 ng / kg）不够。为了解决以上问题，Emerich等^[11]在试验模型中使用延长TJ开放时间和增加RMP-7使用剂量的最优化组合方案，但结果表明，GBM处药物浓度增加量仅为原来的2倍，仍然不足以达到理想效果。除此之外，由于发现RMP-7在一些GBM患者的治疗中造成脑结构损伤，因此临床上停止对RMP-7的进一步研究。

3.2 经细胞膜被动扩散途径

除了破坏BBTB结构这种策略，另一种有效的方式是对药物进行脂化修饰，形成脂质体，使其通过融膜的方式被动扩散通过BBTB。

脂质体是由磷脂和胆固醇结合形成的球囊，其中磷脂同时含有亲水基和疏水基，可以包裹广泛的药物，是良好的载体。然而并非所有的药物均可被脂质体包裹，其要求药物的相对分子质量小、呈电中性，同时血液与脑组织之间存在浓度差。除此之外，更为复杂的要求是：该过程需要药物亲脂性达到足够但不过度的平衡状态。已有体内实验证明脂质体可包裹阿奇霉素入脑。与直接静脉注射药物比较，该方法可以增加脑内阿奇霉素的含量，但药物利用率相对较低^[12]。

3.3 胞吞转运

在不破坏血管内皮层完整性和紧密连接的情况下，可采用胞吞转运的方式增加药物脑渗透量。脑血管内皮细胞上表达有不同种类的胞吞转运系统，包括载体介导的转运(carrier mediated transport, CMT)、受体介导的转运(receptor mediated transport, RMT)和吸附介导的转运(adsorption mediated transport, AMT)。

CMT和RMT是较为常用的转运方式。其原理为BBTB上的受体/载体与药物（或包药的载体）偶联，通过胞吞作用将药物递送进脑组织。GRN1005（紫杉醇和angiopep-2肽的结合物）是一种已经经过临床评估的产品，可靶向作用于BBTB上的脂蛋白受体相关蛋白1（lipoprotein receptor-related protein 1, LRP1），二者偶联后，LRP1通过介导胞吞作用将GRN1005转至细胞膜的另一侧，完成药物的跨BBTB传递^[13]。与之类似的是，angiopep-2肽也可与多柔比星（ANG1997）、依托泊苷（ANG1009）和抗HER2 mAb（ANG4043）偶联，使更多药物跨越BBTB成为可能。另一种很有应用前景的药物是2B3-101（谷胱甘肽聚乙二醇化脂质体多柔比星），其作用原理和临床效果与GRN1005相似，但不同的是，聚乙二醇化脂质体在血液中循环的半衰期较长，相对于神经系统所摄取的药物剂量而言，其在血浆中的药物剂量更多，可通过测量外周血液中的药物浓度来评估已转运至神经系统的药物浓度。但Birngruber等^[14]已证明脑开放微灌注法测量脑组织多柔比星浓度的准确性更高，且结果显示，应用2B3-101后脑组织中多柔比星浓度水平提高4.7倍。

阳离子化合物可通过AMT作用转运。由于BBTB内皮细胞上存在酸性糖蛋白等阴离子位点，这些位点可通过静电作用与阳离子化合物结合，将其吸附在细胞膜上，再通过胞吞作用将化合物转运进脑组织。

除此之外，研究表明，肾上腺素有促进非特异性、非受体介导的胞吞转运的作用，为脑内药物递送的研究提供新方向^[15]。

3.4 ATP结合盒（ATP-binding cassette, ABC）外排转运蛋白转运

外排转运蛋白是存在于细胞膜上的转运器，可识别广泛的底物（包括半数以上的临床药物），并将其从细胞内排出，降低脑内药物毒性，同时也降低药物的利用率。当去除细胞上的外排转运蛋白后，药物渗透性得到显著增强。BBTB上存在多种外排转运蛋白，其中最主要的是ABC外排转运蛋白，其分为7个亚科(ABCA ~ ABCG)^[16]，临床上常通过抑制ABCB1（P-糖蛋白）和ABCG2（乳腺癌抗性蛋白）对GBM进行治疗。

ABCB1最初发现于肿瘤细胞上，ABCB1的药物外排作用仅在Abcb1a基因敲除小鼠中才能明显体现。ABCG2的功能在Abcb1a / b和Abcg2基因均敲除（三重敲除）的小鼠中表现明显，而在Abcg2单基因敲除小鼠中表现得并不理想^[17]，该结果的产生可能是由于多数药物都是ABCB1和ABCG2共同的底物，导致Abcb1a / b基因在只有Abcg2缺陷小鼠的BBTB上才能发挥作用，将底物排出脑外。与野生型比较，分别应用的2种GBM治疗药物（PD0166285和AZD1775）Abcb1a / b和Abcg2基因三重敲除小鼠来说，脑渗透量分别增加5倍和25倍^[18]。该结果说明抑制ABCB1和ABCG2对增加药物的脑渗透量很有效。

由于多数药物都是ABCB1和ABCG2共同的底物，因此必须同时抑制2种外排转运蛋白才能有效增强脑渗透性。根据这一要求，Tariquidar和依克立达这2种外排转运蛋白抑制剂是目前为止抑制ABCB1和ABCG2的最佳选择。向小鼠和人体静脉注射150 mg Tariquidar后，Tariquidar将维拉帕米的脑渗透量分别增加11倍和2.7倍。与大鼠比较，人类的药物脑渗透量增加倍数较低可能是Tariquidar对BBTB上的ABCB1抑制不完全所致^[19]。在BBTB上，依克立达比Tariquidar具有更强的抑制ABCB1的能力^[20]。然而，依克立达能够完全抑制ABCB1介导的拓扑替康从脑中外流，却不能抑制ABCG2介导的药物外排。综合来看，该方法增加药物的脑渗透量的策略虽然有效，且不会损害内皮层的完整性和紧密连接，但效率并不能达到期望水平，需要进一步探寻能同时抑制2种外排转运蛋白的新药物或手段。

3.5 药物越过BBTB直接输送至脑组织

药物透过BBTB入脑的几种方法效率相对较低，专家学者发现能将药物直接送至脑肿瘤实质或肿瘤切除腔中的3种方法可极大程度地增加药物的治疗效果。

3.5.1 可生物降解的聚合物——卡莫司汀植入膜剂（Gliadel）

载有药物的晶片可在手术切除脑胶质瘤时植入肿瘤腔，当接触切除腔内液体环境时，共聚物将以晶片本身为中心向周围组织释放卡莫司汀、癸二酸和羧基苯氧基丙烷，药物释放将持续2 ~ 3周的时间，可作为GBM切除手术及放疗的辅助药物，延长患者生存期，减少肿瘤复发，同时也可作为GBM复发患者手术的辅助药物^[21]。FDA在2003年批准卡莫司汀植入膜剂为治疗脑癌的专利药，在恶性胶质瘤一期切除术治疗领域享有7年的市场独占期。虽然该方法已得到FDA认证，但水肿和感染等局部并发症的发生仍需要采取相应的改进措施，提高药物安全性。

3.5.2 Ommaya囊

Ommaya囊是一种临床常用的脑室引流装置，可向脑组织或肿瘤腔内局部递送药物。其由1个埋在头皮下的硅橡胶储液囊和1根通入向肿瘤腔内或脑室内的分流管连接而成，最早用于治疗真菌性脑膜炎。使用时将化疗药物储存在皮下储液囊，再通过手动压缩该储液囊将药物输送至肿瘤或肿瘤腔内。由于此过程绕过BBTB直接递送药物，可大大提高脑局部药物的剂量水平，提高治疗效率。但感染、神经毒性和导管阻塞等问题的存在使该方法还无法大规模应用于临床^[22]。

3.5.3 对流增强递送技术（convection enhanced delivery, CED）

CED可以完全绕过BBTB，在其立体输注导管尖端处通过压力梯度直接向脑组织连续注入药物，使药物分子（无论电荷和大小）分散进入大脑间隙。尽管与晶片等方法比较，其在大脑中的药物分布更具优势，但仍要进行一系列的实验来确定药物最佳输注速率、体积和流量。研究显示，当分别在灵长类动物和人的脑中置入单个导管，同时控制药物流速为0.5 μL/ min时，药物充满灵长类动物脑间隙需要5 h，但是充满人脑间隙需24 h^[23]。当在人脑中同时放置多个导管时，药物的弥散速度增加，因此可以此来弥补效率低下的缺陷^[24]。另一方面，如果输注速率可以达到5 μL/ min，且没有出现明显的组织损伤或反流情况，则可将充满人脑间隙的时间缩短到2 h^[23]。与标准单次利用CED注药比较，在延长的时间内连续递送药物是安全、可行和有效的。临床前研究中，人们已使用CED完成单克隆抗体、依托泊苷和卡莫司汀等药物的递送，但用该方法递送以上药物对胶质瘤的治疗效果并不显著，这种情况可能与胶质瘤外周区域药物分布不均和药物反流有关，因此优化CED导管技术并选择适合CED系统的治疗剂是十分必要的^[25]。

3.6 新型纳米颗粒辅助转运

近年来，纳米颗粒（nanoparticles, NPs）搭载药物治疗肿瘤的方案越来越被人们关注。NPs除了能解决药物降解快和稳定性差等问题，还具有安全性和可控性等特点，并可以通过与BBTB靶向基团配体和MRI成像对比剂相连，达到穿过BBTB和靶向定位肿瘤细胞的目的。常见的纳米粒子有聚氰丙烯酸丁酯（polybutylcyanoacrylate, PBCA）、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly lactic-co-glycolic acid, PLGA)、聚乳酸（polylactic acid, PLA）和磁纳米粒子等。

PBCA是目前研究较为广泛的纳米材料，可运载多种药物产生相应的生物效应。其作用可通过动物实验验证，向大鼠静脉中分别注射京都啡肽和搭载京都啡肽的PBCA纳米粒子，并通过热板实验量化京都啡肽在两组老鼠体内的镇痛作用，结果显示，与直接注射京都啡肽的大鼠比较，注射纳米粒子的大鼠痛阈明显提高^[26]。该实验表明，通过PBCA搭载药物的方法可促进药物穿过BBTB到达CNS。PBCA纳米颗粒本身在治疗浓度范围内几乎不产生细胞毒性或炎性效应。然而，有研究显示，当利用吐温80和SDS作为表面活性剂制备PBCA纳米粒子时，正常脑组织出现剂量依赖性细胞死亡^[26]。因此，合理设计纳米粒子的制备方案，并且选择合适的材料是极为重要的。充分发挥药物递送作用的同时提高药物安全性是目前的研究重点。

与PBCA比较，PLGA和PLA毒性较低，更具安全性。PLGA和PLA在临床前研究中被多次利用于搭载多柔比星、伊利替康和抗肿瘤药物等通过BBTB进入CNS。载药的PLGA和PLA纳米粒子进入人体后，会被单核巨噬细胞吞噬，使药物在血液中的半衰期缩短至2 ~ 3 min。而聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)可增加PLGA和PLA的稳定性。研究表明，被PEG包裹的载药PLGA和PLA纳米粒子在人体内的半衰期明显延长^[27]，可明显提高药物利用率。

除了单纯的载药功能，磁性纳米粒子可在磁场作用下，利用MRI成像技术，实现药物的靶向及可视化输送，同时通过观察药物的积聚情况可更直观地评估药物的递送效率及作用效果。因此可在MRI下成像的新型纳米粒子载药方法成为目前的研究热点。Shirvalilou等^[28]设计并制备了由PLGA搭载纳米级氧化石墨烯（nano graphene oxide, NGO）和5-碘-2-脱氧尿苷（5-iodo-2-deoxyuridine, IUdR）的磁性纳米粒子，同时在实验中施加0.5 T的电磁场（electron magnetic field, EMF），来靶向治疗脑胶质瘤。结果显示，该纳米粒子不仅能通过磁性引导突破BBTB，实现药物在肿瘤部位的靶向积累，而且还将携带胶质瘤动物的中位生存时间延长至38 d。可在MRI下成像的新型纳米粒子载药方法真正实现治疗过程靶向化和治疗结果可视化的设想，在胶质瘤治疗领域极具潜力。

纳米颗粒承载药物的策略为突破BBTB提供新思路，同时其在各领域目前都是较为火热的话题，纳米制剂的主要缺陷是体内脏器对其吸收和代谢较快，因此降低了实际到达脑内的药物量。但MRI引导下突破BBTB递送药物的办法为治疗GBM提供了新的方向和思路。

3.7 磁共振引导聚焦超声联合微泡开放BBTB

聚焦超声是一种新型非侵入性开放BBTB的手段。其作用机制可能与高强度声压产生的空化效应、热效应或高频超声打开BBTB内皮细胞的紧密连接有关。聚焦超声在打开BBTB的同时也会对周围正常的脑组织造成损伤。为了解决这一问题，聚焦超声联合微泡技术打开血脑屏障的方法逐渐被研究者开发。该技术首先向静脉内注射微泡，应用低能量聚焦超声产生低超声压力，进一步对微泡产生空化效应。通过该方法产生的能量可以使BBTB上血管的TJ暂时分离，同时对神经元不会造成损伤，可实现BBTB的无创开放。同时微泡的球形凹陷设计可使超声波在其几何中心级联，使能量更好地集中在脑组织内，可最小化骨组织对能量的吸收消耗^[29]。MRI的联合应用可使声波靶向聚集在肿瘤区域，开放该区域的BBTB，进而实现药物的靶向递送，最大程度减少药物的损耗及不良反应。在过去的几年中，MRI引导聚焦超声联合微泡的方法在临床中已被证实可促进多种物质透过BBTB，包括化学治疗剂、治疗性肽、单克隆抗体和纳米颗粒等。另一方面，超声波可以暂时抑制BBTB上多药耐药蛋白P糖蛋白的表达，保证脑组织对药物更好地吸收，使该技术具有很广阔的发展前景。

4 发展方向

BBTB的存在阻碍GBM的治疗，尤其是在靠近正常BBB的区域，抗癌药物无法进入CNS和肿瘤。因此要治疗GBM，首先要解决BBTB开放及药物递送问题。本文阐述了几种打开BBTB递送药物的方法，为治疗GBM提供思路和帮助，其中包括高渗性溶液打开BBTB、缓激肽受体介导BBTB开放、经细胞膜被动扩散途径、胞吞转运、ABC外排转运蛋白转运、药物越过BBTB直接输送至脑组织和新型纳米颗粒辅助转运等方法。以上方法虽然有充足的理论支持，且在研究初期均有可观的疗效，但都存在递送效率低和药物剂量不足等缺陷。因此，一种新型高效的方法被设计和应用。MRI引导聚焦超声联合微泡开放BBTB是一种高效且较为前沿的方法。MRI引导聚焦超声对微泡产生空化效应，可以局部短暂地分离BBTB上的TJ，开放BBTB使药物得以渗透入脑。同时该方法对脑组织及正常BBB损伤较小，减少不良反应的发生。另一方面，MRI及聚焦超声的人工实时操作性便于对空化能量及效率及时调整，可以最大程度打开BBTB，促进药物的吸收。由于微泡是一种新型合成材料，对微泡的改造及设计将在开放BBTB及递送药物等方面具有很大的发展空间。微泡的良好承载能力使其可以搭载不同的抗肿瘤药物，在利用超声能量打开BBTB的同时定向释放药物，可以极大地减少其他组织对药物的吸收所产生的不良反应。与此同时，该方法可以最大程度地使病灶处药物聚积，有利于药物的充分作用，更好地达到治疗GBM的效果。新型纳米微泡材料除了可以搭载药物，还可以同时搭载金属纳米颗粒等磁性材料，在磁场环境中，磁性材料同时具有呈像和发热的能力，在特定部位施加磁场等干预措施下，可使微泡具有热疗作用，从而实现开放BBTB、定位、化疗和热疗一体化的目标，可以极大程度对GBM产生治疗作用。对微泡本身材料及其搭载物质的不断探索和设计，将使该治疗领域拥有极为广阔的发展前景。但微泡本身的制作材料有限，且已有的材料存在一些缺陷，如PLGA微泡韧性较大，对聚焦超声所应用的频率要求较高，而脂质微泡爆破条件较低，短时间内即可自行爆破，对病灶的深度要求较为苛刻，应用范围十分局限。同时，保证生物安全性是新型磁性材料开发应用于微泡的主要挑战，能否合成安全且不易被人体巨噬细胞吞噬的新型材料是研制多功能微泡的关键，需要研究人员的进一步探索。

当前GBM治疗的局限性要求研究者掌握更多关于BBTB的基本知识和开放手段，结合新型医疗技术，以设计更合理的开放BBTB方案，使药物得以高效利用，实现GBM的有效治疗。