紅細胞藥物載體的研究進展

發布時間：2005-08-11

紅細胞（red blood cell，RBC）藥物載體給藥系統是利用人或動物自身的RBC在體外經過一定的處理，把藥物或生物活性物質包載到RBC內，制成載藥RBC，再輸回人或動物的體內，從而對特定的疾病進行治療。由于RBC載體具有生物相容性和可降解性以及適于體內循環的粒徑等優點，因此，生物學、基礎醫學和藥理學研究者對其包載方法、生物利用度及臨床應用等各方面進行了廣泛研究。1984年RBC載體研究和應用的專門機構—International Society for Use of Resealed Erythrocytes成立了，該機構每兩年召開一次會議，報告這一領域取得的新進展。筆者綜述了國內外RBC載體的制備方法、特點及基礎研究的進展。

1  載藥紅細胞的制備方法

載藥RBC最初的制備方法是在溶有藥物的大量蒸餾水中將RBC溶血，再加入NaC1至等滲使RBC重建，形成“血影”RBC。這種“血影”RBC進入病人體內后，壽命短，利用率低。隨著研究的深入，載藥RBC的制備方法不斷改進，主要目的是提高藥物的包載率，保持RBC的完整性和延長載藥RBC的體內生命周期。目前載藥RBC制備方法有以下幾種。

1.1 預膨脹法

Rechsteiner在1975年就采用此法。方法為將全血離心后除去上清夜（血清和白細胞），將獲得的RBC用Hanks平衡鹽溶液（HBSS）洗滌，再加入4倍體積的0.67等滲的K+ Hanks溶液，使細胞預先膨脹（不破裂也不形成孔隙），輕度離心，棄去上清夜。取另一份RBC加等體積水使其完全溶血，取100μL加到1mL膨脹的RBC上（體積比1:10），目的是用細胞質溶液及滲透屏障保護RBC在下步操作中不受損傷。再在溶血層上加200μL的藥物水溶液，輕輕倒轉混勻離心。再重復加藥物水溶液在上清夜面上，重復以上混勻離心步驟，直至細胞膨脹到溶血臨界點。這時RBC形成的孔隙可容許藥物進入。最后加入適量的HBSS（濃度為10倍于等滲滲透壓）調節懸液至等滲，使細胞封閉。細胞在用前用普通HBSS洗滌。

1.2 透析法

將RBC混懸于欲包載的藥物溶液，置透析袋中，把此透析袋放入低滲緩沖液，使RBC膨脹，RBC在其滲出的細胞質高分子溶液的包圍中形成小孔，藥物即經開放的膜孔進入胞腔。然后再將透析袋滲入等滲緩沖液，此時RBC回縮，膜孔縮小，藥物即包入RBC。透析法應用廣泛。

1.3 電脈沖法

對RBC施加脈沖電場，脈沖周期為幾十微妙。瞬間高電壓使RBC膜一過性開放，藥物即進入RBC腔。該法可制備具有較好靶向性RBC載體，且其與細胞外滲透壓關系不大，可允許細胞外存在高濃度的生物活性物質。

1.4 高滲法

近年國內汪小海等[提出了將RBC用高滲葡萄糖液脫水離心獲得細胞內高滲的壓縮RBC，然后將其與待包載藥物混合，藥物則順濃度梯度進入RBC內。該法制備的嗎啡RBC載體用于手術后病人的鎮痛治療，其鎮痛時效明顯延長。該法的優點是操作簡單，便于臨床推廣。

1.5 蛋白重組法

將人紅細胞與流感病毒感染的CV-1細胞共同孵化后，獲得血細胞凝集素重組人工細胞（HA-紅細胞），HA-紅細胞具有與細胞膜融合的特性。因此，當用此類紅細胞血影作為藥物載體時，被包載藥物可因HA-紅細胞血影與細胞膜的融合而進入細胞內。

2  載藥紅細胞的基礎研究

2.1 包載方法對RBC形態及功能的影響

保證載體RBC近似生理狀態是其作為藥物載體系統的基本條件。因此，了解載體RBC形態與功能十分必要。

透析法包載L-天冬酰胺酶，制備人和小鼠載體RBC，并測定平均RBC體積（MCV），平均血紅蛋白含量（MCH），平均血紅蛋白濃度（MCHC），ATP和2.3BPG含量、滲透脆性。結果MCV，MCH，MCHC變化不大，ATP和2.3BPG含量增加，滲透脆性增加。Sanz等使用透析法包載谷氨酸脫氫酶（GDH），制備的小鼠RBC載體，其MCV，MCH減少，滲透脆性減少；電脈沖法制備載藥RBC，其電穿孔后掃描電鏡下形態呈內陷、套疊的球體，而在包載藥物后這些凹陷消失，MCV增大，MCH和MCHC減少，血紅蛋白衍生物減少，滲透脆性增加，攜氧能力和血流變參數無明顯變化；預膨脹法制備的載體RBC變為帽型，脆性增大，變形性減??；高滲法制備嗎啡RBC載體研究中發現，經高滲葡萄糖處理后脫水RBC膜Na+-K+-ATP酶活性顯著降低，但脫水RBC置等滲溶液后其活性恢復。

2.2 包載方法對包載率的影響

應用RBC包載藥物時，藥物包載率一般較低，大多不到20%。例如，電脈沖法包載乙醇脫氫酶+乙醛脫氫酶（ADH+ALDH）的包載率為11%～12%，載體細胞回收率為52%；透析法包載谷氨酸脫氫酶（GDH）的包載率僅為3.8%。細胞回收率為56%；透析法包載甲氨蝶呤（MTX）時，以0.05mol·L-1NaHCO3為溶劑，包載率為6.2%，以0.01 mol·L-1NaHCO3為溶劑，包載率為15.2%。

盡管藥物的包載率不高，但所包載藥物的治療效果滿意。如RBC包載GDH的包載率僅為3.8%，但清除高血氨作用較游離GDH強得多。在急性誘導乙醇中毒的大鼠中，用紅細胞包載乙醇脫氫酶和乙醛脫氫酶（ADH+ALDH）治療由于過度飲酒造成的高酒精中毒者，其血漿乙醇清除率顯著提高，其藥物時效可連續達70h。提高包載率仍是載藥RBC研究的重點。

2.3 載藥RBC的釋藥機制

被包載藥物的釋放主要通過吞噬后釋放。衰老變形RBC主要在肝、脾的網狀內皮系統（RES）進行破壞，因此認為上述場所是包載藥物的主要釋放部位。用51Cr標記RBC（51Cr-RBC）研究載體RBC的體內器官分布，發現載體RBC與正常RBC的器官分布相同，但由于部分載體RBC發生變形，脆性增加，被RES（主要是肝枯否細胞和巨噬細胞）吞噬，因此載體RBC在肝、脾和肺的分布水平顯著高于正常RBC。將包載RBC表面用輔酶R、生物素、維生素H修飾后，其被巨噬細胞攝取及吞噬指數均提高兩倍以上，因此，在治療肝臟新生物時，可應用載藥RBC作為放置肝動脈導管的替代方法。

被包載藥物也可經擴散或特殊轉運系統釋出。藥物分子的疏水性越強，越易擴散透過細胞膜，有極性基團或帶電基團，則不易擴散。應用這個原理修飾藥物，從而控制藥物從RBC釋放的速度，若藥物是通過膜蛋白轉運系統轉運，則結構上的細微變化也會影響釋放速率。如嘌呤核苷和嘧啶核苷通過RBC膜很快，而其核苷酸則不能通過膜，除非轉變為核苷或嘌呤、嘧啶。

另外，若包載酶等大分子物質，也可由底物擴散進入胞腔，反應產物透過胞膜進入血液發揮作用。如L-天冬酰胺酶RBC載體的作用機制主要是酶底物滲透進入RBC后被破壞，因此注射L-天冬酰胺酶RBC載體比注射相同劑量游離酶的治療作用大得多。

2.4 載藥RBC的體內生存期

載體RBC制備過程中會發生變形，脆性增加，活性酶及蛋白損失，引起載體RBC的體內生存期的減少。如透析法制備小鼠RBC載體的體內半衰期從9.5d減少到7.8d。另報道，靜脈注射51Cr-RBC載體后，其代謝動力學過程符合雙室模型，開始很多受損細胞從循環中清除，載體RBC的生物半衰期（t1/2α）明顯低于正常RBC1/2α；而未受損載體RBC壽命與正常RBC相似，故兩者1/2β）相差不大。 Bax等研究發現人載藥RBC的平均壽命為89～131d，半衰期19～29d，均在正常范圍。

3  RBC載體的生物學特性

RBC載體作為新型載體，與其他藥物載體（如脂質體和微囊等）相比，具有許多優點。

3.1 生物相容性和可降解性

如果不考慮藥物釋放后的作用，向體內注射載體RBC與輸血一樣，一般不會引起機體的免疫反應。與其他藥物載體相比，同種異體或者自身紅細胞因其能被受體免疫系統相容，可避免被宿主免疫系統識別迅速清除，并產生不利甚至是有害的免疫反應。另外，由于許多藥物本身就是蛋白質，具有免疫原性，注射入體內后迅速被清除。采用RBC載體后，不僅可有效防止機體對異種蛋白的免疫反應引起的危害，而且可提高該類藥物的治療效果。

將患者自身RBC或同種血型的RBC作為藥物載體不會引起血液凝集和機體排異反應。RBC在體內循環一段時間后衰老、變形，可被網狀內皮系統清除，降解后繼續用于合成新的RBC，對人體無不良反應。

3.2 提高藥物的生物靶向性

變性的載藥RBC在體內被RES識別，并不斷積累和分解，藥物在局部形成高濃度。用變性RBC作為藥物載體，無疑具有肝、脾、腎等網狀內皮組織靶向性。甲氨蝶呤被包載入RBC后，被巨噬細胞攝取和吞噬指數提高兩倍以上，在肝臟的攝?。ㄊ髮嶒灒╋@著提高。白介素-3和碳酸酐酶RBC載體僅表現出輕度的巨噬細胞識別性，將載體RBC與帶3蛋白交聯后，可表現出巨噬細胞親嗜性，巨噬細胞攝取率顯著提高。

3.3 延長藥物的半衰期

被包載藥物體內半衰期的延長與載藥RBC的存活時間和藥物釋放速率有關，以L-天冬酰胺酶為例，游離酶體內半衰期僅為3h，作用只能維持2d，而經RBC包載后體內半衰期為10d。Alvarez等應用鼠RBC包載125I-碳酸酐酶，該酶循環半衰期8～10d，比游離酶半衰期長得多。許多藥物如SOD等，在體內半衰期短，應用受限，制成載藥RBC后可使藥物在體內緩慢釋放，長時間發揮作用。載體RBC壽命及半衰期與正常RBC相似，可認為，藥物包載入RBC內后可給藥物提供一個相當于正常RBC壽命的半衰期。

3.4 RBC代謝功能的可利用性

與其他藥物載體相比，RBC載體最大的特點是它是一種活細胞，細胞內不停地進行著各種代謝活動和生理生化反應，因此，可以巧妙地利用其代謝活動，催化無活性的、膜非擴散性的藥物前體成為有活性的、膜透性的藥物，這種性質對毒性藥物在體內的運送意義重大。RBC富含谷胱甘肽，其中大部分還原型（GSH），可還原過氧化物和蛋白質中極不穩定的二硫鍵，從而增加被包載藥物的體內穩定性，尤其是含易氧化失活的巰基的酶、多肽、蛋白質等生物活性物質。

3.5 提高藥物的安全性、耐受性

運用RBC作為藥物載體時，由于載體可循環持續低劑量地釋放被包載藥物，因此，被包載藥物的安全性、耐受性均顯著提高。當包載藥物劑量（如L-天門冬酰胺酶）遠高于靜脈劑量時，也未出現顯著的臨床毒性，尤其是沒有有害的免疫反應發生。也就是說，用RBC為載體給藥的方法極大提高了酶的有效性及治療耐受量。

4 結語

采用不同的包載方法，利用自身RBC包載和運送藥物或生物活性物質，可以更有效地達到給藥的靶向性和安全性。目前，研究者已將抗腫瘤、抗菌、抗病毒、抗寄生蟲等藥物，以及酶、DNA等生物活性物質包載進RBC內。利用RBC載體包載特定藥物進行治療，可以克服其他藥物載體所引起的不良反應。但對各種藥物的包載必須做好動物實驗和臨床研究，證明載藥RBC的有效性和安全性。

    進一步提高藥物的靶向性和前藥轉化作用，是藥物RBC載體的一個研究重點。盡管這一新型藥物載體系統目前還有許多問題有待解決，但其獨特的優越性必將隨著科技的發展而呈現出更美好的前景。
( 中國醫藥數字圖書館 )

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