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红细胞药物载体的研究进展

发布时间：2005-08-11

红细胞（red blood cell，RBC）药物载体给药系统是利用人或动物自身的RBC在体外经过一定的处理，把药物或生物活性物质包载到RBC内，制成载药RBC，再输回人或动物的体内，从而对特定的疾病进行治疗。由于RBC载体具有生物相容性和可降解性以及适于体内循环的粒径等优点，因此，生物学、基础医学和药理学研究者对其包载方法、生物利用度及临床应用等各方面进行了广泛研究。1984年RBC载体研究和应用的专门机构—International Society for Use of Resealed Erythrocytes成立了，该机构每两年召开一次会议，报告这一领域取得的新进展。笔者综述了国内外RBC载体的制备方法、特点及基础研究的进展。

1  载药红细胞的制备方法

载药RBC最初的制备方法是在溶有药物的大量蒸馏水中将RBC溶血，再加入NaC1至等渗使RBC重建，形成“血影”RBC。这种“血影”RBC进入病人体内后，寿命短，利用率低。随着研究的深入，载药RBC的制备方法不断改进，主要目的是提高药物的包载率，保持RBC的完整性和延长载药RBC的体内生命周期。目前载药RBC制备方法有以下几种。

1.1 预膨胀法

Rechsteiner在1975年就采用此法。方法为将全血离心后除去上清夜（血清和白细胞），将获得的RBC用Hanks平衡盐溶液（HBSS）洗涤，再加入4倍体积的0.67等渗的K+ Hanks溶液，使细胞预先膨胀（不破裂也不形成孔隙），轻度离心，弃去上清夜。取另一份RBC加等体积水使其完全溶血，取100μL加到1mL膨胀的RBC上（体积比1:10），目的是用细胞质溶液及渗透屏障保护RBC在下步操作中不受损伤。再在溶血层上加200μL的药物水溶液，轻轻倒转混匀离心。再重复加药物水溶液在上清夜面上，重复以上混匀离心步骤，直至细胞膨胀到溶血临界点。这时RBC形成的孔隙可容许药物进入。最后加入适量的HBSS（浓度为10倍于等渗渗透压）调节悬液至等渗，使细胞封闭。细胞在用前用普通HBSS洗涤。

1.2 透析法

将RBC混悬于欲包载的药物溶液，置透析袋中，把此透析袋放入低渗缓冲液，使RBC膨胀，RBC在其渗出的细胞质高分子溶液的包围中形成小孔，药物即经开放的膜孔进入胞腔。然后再将透析袋渗入等渗缓冲液，此时RBC回缩，膜孔缩小，药物即包入RBC。透析法应用广泛。

1.3 电脉冲法

对RBC施加脉冲电场，脉冲周期为几十微妙。瞬间高电压使RBC膜一过性开放，药物即进入RBC腔。该法可制备具有较好靶向性RBC载体，且其与细胞外渗透压关系不大，可允许细胞外存在高浓度的生物活性物质。

1.4 高渗法

近年国内汪小海等[提出了将RBC用高渗葡萄糖液脱水离心获得细胞内高渗的压缩RBC，然后将其与待包载药物混合，药物则顺浓度梯度进入RBC内。该法制备的吗啡RBC载体用于手术后病人的镇痛治疗，其镇痛时效明显延长。该法的优点是操作简单，便于临床推广。

1.5 蛋白重组法

将人红细胞与流感病毒感染的CV-1细胞共同孵化后，获得血细胞凝集素重组人工细胞（HA-红细胞），HA-红细胞具有与细胞膜融合的特性。因此，当用此类红细胞血影作为药物载体时，被包载药物可因HA-红细胞血影与细胞膜的融合而进入细胞内。

2  载药红细胞的基础研究

2.1 包载方法对RBC形态及功能的影响

保证载体RBC近似生理状态是其作为药物载体系统的基本条件。因此，了解载体RBC形态与功能十分必要。

透析法包载L-天冬酰胺酶，制备人和小鼠载体RBC，并测定平均RBC体积（MCV），平均血红蛋白含量（MCH），平均血红蛋白浓度（MCHC），ATP和2.3BPG含量、渗透脆性。结果MCV，MCH，MCHC变化不大，ATP和2.3BPG含量增加，渗透脆性增加。Sanz等使用透析法包载谷氨酸脱氢酶（GDH），制备的小鼠RBC载体，其MCV，MCH减少，渗透脆性减少；电脉冲法制备载药RBC，其电穿孔后扫描电镜下形态呈内陷、套叠的球体，而在包载药物后这些凹陷消失，MCV增大，MCH和MCHC减少，血红蛋白衍生物减少，渗透脆性增加，携氧能力和血流变参数无明显变化；预膨胀法制备的载体RBC变为帽型，脆性增大，变形性减小；高渗法制备吗啡RBC载体研究中发现，经高渗葡萄糖处理后脱水RBC膜Na+-K+-ATP酶活性显著降低，但脱水RBC置等渗溶液后其活性恢复。

2.2 包载方法对包载率的影响

应用RBC包载药物时，药物包载率一般较低，大多不到20%。例如，电脉冲法包载乙醇脱氢酶+乙醛脱氢酶（ADH+ALDH）的包载率为11%～12%，载体细胞回收率为52%；透析法包载谷氨酸脱氢酶（GDH）的包载率仅为3.8%。细胞回收率为56%；透析法包载甲氨蝶呤（MTX）时，以0.05mol·L-1NaHCO3为溶剂，包载率为6.2%，以0.01 mol·L-1NaHCO3为溶剂，包载率为15.2%。

尽管药物的包载率不高，但所包载药物的治疗效果满意。如RBC包载GDH的包载率仅为3.8%，但清除高血氨作用较游离GDH强得多。在急性诱导乙醇中毒的大鼠中，用红细胞包载乙醇脱氢酶和乙醛脱氢酶（ADH+ALDH）治疗由于过度饮酒造成的高酒精中毒者，其血浆乙醇清除率显著提高，其药物时效可连续达70h。提高包载率仍是载药RBC研究的重点。

2.3 载药RBC的释药机制

被包载药物的释放主要通过吞噬后释放。衰老变形RBC主要在肝、脾的网状内皮系统（RES）进行破坏，因此认为上述场所是包载药物的主要释放部位。用51Cr标记RBC（51Cr-RBC）研究载体RBC的体内器官分布，发现载体RBC与正常RBC的器官分布相同，但由于部分载体RBC发生变形，脆性增加，被RES（主要是肝枯否细胞和巨噬细胞）吞噬，因此载体RBC在肝、脾和肺的分布水平显著高于正常RBC。将包载RBC表面用辅酶R、生物素、维生素H修饰后，其被巨噬细胞摄取及吞噬指数均提高两倍以上，因此，在治疗肝脏新生物时，可应用载药RBC作为放置肝动脉导管的替代方法。

被包载药物也可经扩散或特殊转运系统释出。药物分子的疏水性越强，越易扩散透过细胞膜，有极性基团或带电基团，则不易扩散。应用这个原理修饰药物，从而控制药物从RBC释放的速度，若药物是通过膜蛋白转运系统转运，则结构上的细微变化也会影响释放速率。如嘌呤核苷和嘧啶核苷通过RBC膜很快，而其核苷酸则不能通过膜，除非转变为核苷或嘌呤、嘧啶。

另外，若包载酶等大分子物质，也可由底物扩散进入胞腔，反应产物透过胞膜进入血液发挥作用。如L-天冬酰胺酶RBC载体的作用机制主要是酶底物渗透进入RBC后被破坏，因此注射L-天冬酰胺酶RBC载体比注射相同剂量游离酶的治疗作用大得多。

2.4 载药RBC的体内生存期

载体RBC制备过程中会发生变形，脆性增加，活性酶及蛋白损失，引起载体RBC的体内生存期的减少。如透析法制备小鼠RBC载体的体内半衰期从9.5d减少到7.8d。另报道，静脉注射51Cr-RBC载体后，其代谢动力学过程符合双室模型，开始很多受损细胞从循环中清除，载体RBC的生物半衰期（t1/2α）明显低于正常RBC1/2α；而未受损载体RBC寿命与正常RBC相似，故两者1/2β）相差不大。 Bax等研究发现人载药RBC的平均寿命为89～131d，半衰期19～29d，均在正常范围。

3  RBC载体的生物学特性

RBC载体作为新型载体，与其他药物载体（如脂质体和微囊等）相比，具有许多优点。

3.1 生物相容性和可降解性

如果不考虑药物释放后的作用，向体内注射载体RBC与输血一样，一般不会引起机体的免疫反应。与其他药物载体相比，同种异体或者自身红细胞因其能被受体免疫系统相容，可避免被宿主免疫系统识别迅速清除，并产生不利甚至是有害的免疫反应。另外，由于许多药物本身就是蛋白质，具有免疫原性，注射入体内后迅速被清除。采用RBC载体后，不仅可有效防止机体对异种蛋白的免疫反应引起的危害，而且可提高该类药物的治疗效果。

将患者自身RBC或同种血型的RBC作为药物载体不会引起血液凝集和机体排异反应。RBC在体内循环一段时间后衰老、变形，可被网状内皮系统清除，降解后继续用于合成新的RBC，对人体无不良反应。

3.2 提高药物的生物靶向性

变性的载药RBC在体内被RES识别，并不断积累和分解，药物在局部形成高浓度。用变性RBC作为药物载体，无疑具有肝、脾、肾等网状内皮组织靶向性。甲氨蝶呤被包载入RBC后，被巨噬细胞摄取和吞噬指数提高两倍以上，在肝脏的摄取（鼠实验）显著提高。白介素-3和碳酸酐酶RBC载体仅表现出轻度的巨噬细胞识别性，将载体RBC与带3蛋白交联后，可表现出巨噬细胞亲嗜性，巨噬细胞摄取率显著提高。

3.3 延长药物的半衰期

被包载药物体内半衰期的延长与载药RBC的存活时间和药物释放速率有关，以L-天冬酰胺酶为例，游离酶体内半衰期仅为3h，作用只能维持2d，而经RBC包载后体内半衰期为10d。Alvarez等应用鼠RBC包载125I-碳酸酐酶，该酶循环半衰期8～10d，比游离酶半衰期长得多。许多药物如SOD等，在体内半衰期短，应用受限，制成载药RBC后可使药物在体内缓慢释放，长时间发挥作用。载体RBC寿命及半衰期与正常RBC相似，可认为，药物包载入RBC内后可给药物提供一个相当于正常RBC寿命的半衰期。

3.4 RBC代谢功能的可利用性

与其他药物载体相比，RBC载体最大的特点是它是一种活细胞，细胞内不停地进行着各种代谢活动和生理生化反应，因此，可以巧妙地利用其代谢活动，催化无活性的、膜非扩散性的药物前体成为有活性的、膜透性的药物，这种性质对毒性药物在体内的运送意义重大。RBC富含谷胱甘肽，其中大部分还原型（GSH），可还原过氧化物和蛋白质中极不稳定的二硫键，从而增加被包载药物的体内稳定性，尤其是含易氧化失活的巯基的酶、多肽、蛋白质等生物活性物质。

3.5 提高药物的安全性、耐受性

运用RBC作为药物载体时，由于载体可循环持续低剂量地释放被包载药物，因此，被包载药物的安全性、耐受性均显著提高。当包载药物剂量（如L-天门冬酰胺酶）远高于静脉剂量时，也未出现显著的临床毒性，尤其是没有有害的免疫反应发生。也就是说，用RBC为载体给药的方法极大提高了酶的有效性及治疗耐受量。

4 结语

采用不同的包载方法，利用自身RBC包载和运送药物或生物活性物质，可以更有效地达到给药的靶向性和安全性。目前，研究者已将抗肿瘤、抗菌、抗病毒、抗寄生虫等药物，以及酶、DNA等生物活性物质包载进RBC内。利用RBC载体包载特定药物进行治疗，可以克服其他药物载体所引起的不良反应。但对各种药物的包载必须做好动物实验和临床研究，证明载药RBC的有效性和安全性。

    进一步提高药物的靶向性和前药转化作用，是药物RBC载体的一个研究重点。尽管这一新型药物载体系统目前还有许多问题有待解决，但其独特的优越性必将随着科技的发展而呈现出更美好的前景。
( 中国医药数字图书馆 )

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