科研進(jìn)展
西北高原所首次揭示中藥金屬制劑跨血腦屏障遞藥機(jī)制
中樞神經(jīng)系統(tǒng)（Central nervous system，CNS）疾病已經(jīng)成為越來(lái)越嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問(wèn)題和社會(huì)問(wèn)題。目前全球有超過(guò)10億人受到精神類疾病的困擾，如癲癇、帕金森綜合征、抑郁、焦慮等精神類疾病。然而，CNS疾病治療臨床進(jìn)展緩慢的主要原因是血腦屏障（Blood-brain barrier，BBB）限制了藥物，尤其是大分子治療藥物到達(dá)靶標(biāo)，藥物的利用率和療效都大打折扣，使得該類疾病的臨床治愈率極低。如何克服BBB對(duì)藥物的阻滯和外排作用，實(shí)現(xiàn)腦部靶向給藥，提高治療效果是治療CNS疾病的難點(diǎn)和研究熱點(diǎn)。盡管隨著生物技術(shù)和材料科學(xué)的發(fā)展，納米給藥系統(tǒng)的研究為腦部給藥帶來(lái)了新的希望。但化學(xué)合成納米材料由于組織特異性不高、合成過(guò)程復(fù)雜及具有較強(qiáng)的免疫原性等缺點(diǎn)，大部分都停留在實(shí)驗(yàn)研究階段，臨床成功應(yīng)用基本空白?？傊?，腦部給藥仍然是困擾CNS疾病治療的關(guān)鍵難點(diǎn)，研發(fā)便捷、高效、可臨床應(yīng)用的載藥系統(tǒng)仍然是當(dāng)前亟待解決的瓶頸問(wèn)題。
中藏藥中金屬制劑的協(xié)同增效作用歷經(jīng)千年臨床檢驗(yàn)。其中以朱砂、佐太為最典型代表，它們的主要成分均是HgS，是配制傳統(tǒng)經(jīng)典名方不可或缺的佐輔劑。在治療中風(fēng)、心腦血管疾病、麻痹病等中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面具有獨(dú)特功效。盡管這些金屬制劑臨床應(yīng)用的安全性已經(jīng)被不斷證實(shí)，但作用效果和機(jī)制研究缺少科學(xué)數(shù)據(jù)，不僅嚴(yán)重制約它們的應(yīng)用和發(fā)展，而且其存在的合理性也不斷被質(zhì)疑。因此，闡明中醫(yī)藥中金屬制劑的協(xié)同增效作用效果及機(jī)制對(duì)消除質(zhì)疑和促進(jìn)民族藥的現(xiàn)代化應(yīng)用都具有重要意義。
中國(guó)科學(xué)院西北高原生物研究所高原藥用資源生態(tài)保護(hù)與繁育研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)建立創(chuàng)新性金屬制劑研究體系，首次在細(xì)胞、小鼠和人體血液中證實(shí)金屬制劑能夠被生物合成為粒徑均一的HgS 納米顆粒。更重要的是通過(guò)分離純化手段首次觀察到具有完整蛋白冠的金屬納米顆粒。相對(duì)純凈完整結(jié)構(gòu)的呈現(xiàn)不僅直觀證實(shí)了蛋白冠的存在，也為蛋白冠中蛋白質(zhì)的分析奠定了基礎(chǔ)。蛋白冠蛋白質(zhì)組成一直以來(lái)存在巨大分歧。本研究中通過(guò)分析HgS納米顆粒蛋白質(zhì)組成，證實(shí)金屬納米顆粒蛋白冠中蛋白質(zhì)類型多樣，初步排除了蛋白冠僅由血清白蛋白組成的相關(guān)報(bào)道。
圖1?HgS 納米顆粒整體結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步體內(nèi)檢測(cè)證實(shí)，HgS金屬制劑能夠促進(jìn)多種小分子藥物入腦，尤其是能夠?qū)S-275的入腦量提高3倍以上，并能夠促進(jìn)藥物對(duì)APP/PS1小鼠的空間學(xué)習(xí)和記憶能力的改善作用。體外實(shí)驗(yàn)更直觀的觀測(cè)到，金屬制劑能夠在給藥48h后高效的促進(jìn)藥物進(jìn)入人腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞，證實(shí)其通過(guò)增量實(shí)現(xiàn)增效的作用機(jī)制。
圖2?金屬制劑促進(jìn)藥物跨血腦屏障入腦
通過(guò)細(xì)胞蛋白組學(xué)分析結(jié)合體內(nèi)外蛋白驗(yàn)證，初步證實(shí)金屬制劑主要通過(guò)調(diào)節(jié)血腦屏障中的轉(zhuǎn)胞吞作用實(shí)現(xiàn)高效的跨腦遞藥功能。它能夠通過(guò)上調(diào)腦微血管中caveolin，clathrin，和 dynamin蛋白的表達(dá)促進(jìn)藥物向腦內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)，同時(shí)顯著降低 P-gp的表達(dá)，以減少血腦屏障對(duì)藥物的外排作用，從而實(shí)現(xiàn)藥物在腦內(nèi)的高效富集。另外，值得關(guān)注的是，HgS金屬制劑并沒(méi)有引起血腦屏障緊密連接相關(guān)蛋白的表達(dá)降低，說(shuō)明它對(duì)藥物的入腦作用并不是通過(guò)血腦屏障結(jié)構(gòu)的暫時(shí)性開(kāi)放而實(shí)現(xiàn)的。
圖3 金屬制劑對(duì)血腦屏障的通透性影響機(jī)制
雖然以上研究證實(shí)HgS金屬制劑能夠被生物體合成為納米顆粒，且金屬制劑確實(shí)能夠促進(jìn)轉(zhuǎn)胞吞作用實(shí)現(xiàn)藥物入腦。然而，兩部分實(shí)驗(yàn)仍屬于獨(dú)立事件，跨血腦屏障藥物轉(zhuǎn)運(yùn)的增強(qiáng)并不意味著與HgS 納米顆粒直接相關(guān)。研究首先證實(shí)了金屬制劑促進(jìn)藥物入胞和促進(jìn)胞內(nèi)蛋白表達(dá)變化與納米顆粒在細(xì)胞內(nèi)的形成時(shí)間高度吻合，間接證實(shí)了體外增量與納米顆粒的相關(guān)性。同樣的，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)腦內(nèi)Hg含量和HgS納米顆粒降低或消失隨時(shí)間的變化趨勢(shì)與體內(nèi)增量效果減弱的時(shí)間基本一致，也進(jìn)一步證實(shí)增量和增效與納米顆粒的形成相關(guān)。
本研究首次揭示了中藏藥核心金屬制劑HgS可以在生物體內(nèi)合成直徑為30-195nm的納米顆粒，并通過(guò)調(diào)節(jié)血腦屏障中的內(nèi)吞作用促進(jìn)不同結(jié)構(gòu)類型的藥物進(jìn)入大腦，從而實(shí)現(xiàn)協(xié)同增效作用。特別值得注意的是，我們不僅在體內(nèi)和體外觀察到了HgS納米顆粒的生物合成，而且還獲得了高等生物合成的HgS納米顆粒的最清晰和完整的形態(tài)特征。金屬制劑在中醫(yī)藥中一直是一種獨(dú)特的制劑類型。盡管不斷受到質(zhì)疑，但它們?cè)谂R床應(yīng)用中的獨(dú)特功效從未被取代。這項(xiàng)研究可能為進(jìn)一步揭示金屬制劑的協(xié)同機(jī)制開(kāi)辟新思路。
圖4 作用機(jī)制
該研究自2017年形成初步研究設(shè)想，通過(guò)不斷的方法探索和研究體系完善，研究結(jié)果以 Biosynthesized nanoparticles of Tibetan medicine mercuric sulfide preparation to promote endocytosis and realize drug crossing through blood brain barrier?為題，于2025年6月16日在?Journal of nanobiotechnology （中國(guó)科學(xué)院一區(qū)，IF：12.6）發(fā)表。西北高原所博士研究生賈雯靖為論文第一作者，趙曉輝研究員為通訊作者。該工作得到西部之光計(jì)劃、青海省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1186/s12951-025-03525-5
