红细胞作为药物载体的应用进展

1、红细胞作为药物载体的应用进展作者：龚伟，喻芳邻，梅兴国（北京）作者：龚伟，喻芳邻，梅兴国（北京） 同其他的一些药物载体相比，红细胞作为药物递送载体具有一些独特的优点：红细胞具有其他药物载体无法比拟的生物相容性和生物可降解性；可以增加药物的稳定性，延长药物的半衰期；药物包埋在红细胞中可以增强其生物靶向性；并且被包埋药物的缓慢、持续低剂量释放可以减轻药物的毒副作用。因此红细胞是一种理想的生物活性物质的生物相容性载体，包括药物和蛋白质。早在二十世纪五十年代就开始了在红细胞中包埋物质的尝试。但最早尝试在红细胞中包埋治疗药物的研究始于 1970s。1973 年，Ihler 等观察到破裂的红细胞在一定条件

2、下重封, 红细胞内释放出来的物质(如血红蛋白) 部分重新被包封在红细胞内部。其后 Ihler 等首次用载体红细胞作为酶在体内运送的载体进行遗传性代谢疾病的治疗并获得成功。目前已经建立了多种不同药物的红细胞载体以及多种动物模型, 有些已在临床上应用。无论动物模型研究或临床应用上都证明了红细胞载体是一种良好的药物载体, 在临床上有重要意义和广阔的开发和应用前景13。本文就红细胞作为药物递送载体在治疗中的应用作一综述。 1 红细胞作为药物递送的载体红细胞作为药物递送的载体红细胞可以作为多种药物的递送载体，如抗肿瘤药物、抗感染药物、皮质甾素类药物、铁离子鳌合剂、抗氧化剂等。在使用红细胞作为药物载体的体

3、内和体外研究中抗肿瘤药物占了大部分。最早研究的红细胞包载的抗肿瘤药物之一是放线菌素 D。使用低渗法包埋放线菌素 D 的载体红细胞置于 37的等渗缓冲液中，包埋的放线菌素 D 会迅速通过细胞膜扩散而渗漏出来，其渗漏速率同温度相关。如果将放线菌素 D 和 DNA 相结合，形成的放线菌素 D-DNA 复合物包埋后有近 50与细胞膜黏附，可以在红细胞内存留较长时间。已证明包载在红细胞内的氨甲蝶呤可以延长负肝腹水细胞瘤的小鼠的平均存活时间。而且用膜稳定剂或其他一些方法处理后可以改善包载氨甲蝶呤的红细胞对网状内皮系统的靶向性。用戊二醛处理的包载氨甲蝶呤的犬红细胞可将药物选择性的靶向至肝。用 NHS-生物素

4、处理包埋氨甲蝶呤的红细胞是一种肝特异性递送载体。体内外实验结果显示：体外巨噬细胞对生物素标记的载体红细胞的识别增强，体内载体红细胞对肝的靶向性增强。包埋在红细胞中阿霉素的慢速释放可以增强其抗肿瘤活性，减轻副作用，主要是对心脏的毒性。Mishra4等将阿霉素盐酸包埋后，对其体内和体外特性进行了评价。结果表明药物的半衰期和生物利用度增加，肝和脾是药物主要的清除器官，这表明载体红细胞优先被网状内皮系统摄取。同其他抗肿瘤药物相似，用戊二醛处理载体红细胞后将减缓药物的释放。用 0.1戊二醛处理包载阿霉素的鼠红细胞使得阿霉素从红细胞中的渗漏明显减小，而且包埋的药物选择性的被肝摄取，不会对肝造成损伤。其治疗

5、指数较游离药物至少高出 2 倍。以红细胞作为载体递送的其他一些抗肿瘤药物包括博来霉素、柔红霉素、依托泊甙5、卡铂等。在载体红细胞中包埋的皮质甾类药主要是地塞米松。包载地塞米松的红细胞的体内实验已在兔和人中进行。在兔红细胞中包载的地塞米松经静脉内注射后在体内表现为慢速释放，其半衰期要远远长于注射的游离药物。在给予包埋地塞米松的红细胞后约 25 天仍可保护兔免于组胺引起的炎症反应，其抗炎症效果与载体红细胞在体内的存活相一致。将包载地塞米松前药地塞米松 21-磷酸的红细胞给予慢性梗阻性肺病的患者后 7d 仍可在血液中检测到地塞米松。包载地塞米松 21-磷酸（Dex 21-P）的红细胞6作为生物反应器

6、将非扩散的 Dex 21-P 转化为可以扩散的地塞米松。Annese 等7从 10 个肠炎患者（其中 5 个溃疡性结肠炎，5 个节段性肠炎）取自体红细胞包载 Dex 21-P 后回输，4 周和 8 周后再重复取红细胞包载 Dex 21-P 后回输一次。在第一次回输后 28d 仍可在血浆中检测到地塞米松。第三次回输后所有患者临床症状均缓解，ESR 水平从 4727mm/h 下降至 2716 mm/h，CRP 水平从 1.61.3mg/dl 下降至 0.60.5mg/dl。因此在红细胞中包载 Dex 21-P 是可行和安全的。2 红细胞作为酶递送的载体红细胞作为酶递送的载体现在酶被广泛用于一些酶缺

7、陷相关疾病的替代治疗，如 Gauchers 病、半乳糖血症（galactosemia）等，也可以作为药物治疗不同的疾病。红细胞载体在酶递送中的一些应用见表 113,813。由于酶在血浆中的半衰期很短；而且会对一些组织产生毒性作用，因此一般情况下不能直接进行注射。用红细胞对酶进行包埋可以解决以上的问题。用红细胞作为酶的载体用于治疗遗传性代谢疾病最早是由 Ihler 和 Zimmermann 等人提出的。载体红细胞在裂解后酶才会被释放至循环中，或者积累在网状内皮系统中。在某些情况下包载酶的红细胞可以作为生物反应器，在红细胞内将底物催化，然后将产物释放出去。表 1 红细胞作为酶递送载体的应用酶应用1

8、-葡萄糖脑苷脂酶（-glucoserebrosidase）Gauchers 病2L-天冬酰胺酶（L-asparaginase）肿瘤，急性淋巴细胞白血病3精氨酸酶（arginase）精氨酸过多症4硫氰酸酶（rhodanese）氰化物的解毒5半乳糖-1-磷酸尿苷酰基转移酶（galactose-1-phosphate uridyl transferase）半乳糖血症6乙醛脱氢酶（acetaldehyde dehydrogenase，AlDH）慢性酒精中毒7脲酶（urease）肾衰竭8尿酸酶（uricase）高尿酸尿症9乙醇脱氢酶（alcohol dehydrogenase，ADH）慢性酒精中毒10乙

9、醇氧化酶（alcohol oxidase，AlOx）分解甲醇，用于解毒11谷氨酸脱氢酶（glutamate dehydrogenase）高氨血症12尿激酶（urokinase）血栓症13己糖激酶（hexokinase）调节血糖14葡萄糖氧化酶（glucose oxidase）调节血糖15乳酸分解酶（lactate-catabolising enzymes）高乳酸症16重组磷酸三酯酶（phosphotriesterase）水解有机磷，用于解毒17ALA-D（delta-aminolevulinate dehydratase）急性紫质症，用于解毒18PEG-腺苷脱氨酶（polyethylene g

10、lycol-conjugated adenosine deaminase）严重联合免疫缺陷（SCID）19纤维蛋白酶（brinase）血栓20阿糖苷酶（alglucerase，-葡萄糖脑苷脂酶的修饰形式）Gauchers 病21次黄嘌呤-鸟嘌呤-磷酸核糖转移酶（hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase ，HGPRT）Lesch-Nyhan 综合症在酶治疗中研究最广泛的是包载 L-天冬酰胺酶的红细胞用于治疗小儿肿瘤。淋巴组织瘤不能合成天冬酰胺，需要依赖于正常组织产生的天冬酰胺。L-天冬酰胺酶可以降解对肿瘤细胞非常重要的精氨酸，从而有助于抑制一

11、些肿瘤，主要是小儿的急性淋巴细胞白血病（ALL)。经红细胞包埋后，天冬酰胺酶的循环半衰期可以延长至 7d，动物模型和人体实验表明静脉内注射包载天冬酰胺酶的红细胞后作用时间较注射游离的酶要长。在红细胞中包裹乙醇脱氢酶（alcohol dehydrogenase，ADH）和乙醛脱氢酶（acetaldehyde dehydrogenase，AlDH）可以缓解由于血液中乙醇和乙醛过度积累导致的慢性酒精中毒。包载 ADH+AIDH 的红细胞治疗的急性酒精中毒鼠血浆中酒精浓度比对照组低 43，对乙醇的清除值达 0.39ml/min，要远远高于对照组的 0.2ml/min8。Baysal 等将脲酶和丙氨酸脱

12、氢酶包载在人红细胞中，在体外可协同作用将脲转换为碳酸氢盐和丙氨酸，这种载体有可能用于治疗慢性肾衰竭病人的高血脲症9,10。Bax11,12等用红细胞包载经聚乙二醇（PEG）修饰的腺苷脱氨酶，结果发现经包载后可以显著延长该酶的半衰期，同时可以维持有效的治疗浓度，有望用于腺苷脱氨酶缺乏/不足患者的治疗。3 红细胞作为核酸递送的载体红细胞作为核酸递送的载体将红细胞包载抗病毒药物用于 AIDS 的治疗是红细胞载体最有前途的治疗性应用之一。胸苷类似物 AZT 和核酸类似物 DDI 是逆转录酶的抑制剂，将它们包埋在红细胞中可以用作抗 HIV 感染的治疗。在鼠 AIDS 模型上用包埋在红细胞中的 AZT+D

13、DI 可以保护巨噬细胞免受 HIV 的感染14。其结果表明：给予包埋 AZT+DDI 的红细胞（已装载 GSH）后，鼠巨噬细胞中前病毒 DNA 的含量要显著低于用游离 AZT+DDI 处理的小鼠。用装载有 GSH 的红细胞包埋 AZT 也可以保护淋巴细胞和巨噬细胞不被 HIV 感染，并且淋巴细胞药物福达拉滨（fludarabine）可以清除被感染的细胞15。在鼠 AIDS 模型中使用包载 AZT 前药16的红细胞也可以获得相似的结果，AZT 的前药包括 AZT 的同型二聚体 AZTp2AZT、AZTp2ACV（一种新的 AZT 的异二核苷酸）和阿昔洛韦。Rossi 等17合成了一种新的抗病毒

14、PMEA 前药 Bis-PMEA（两分子 PMEA 以磷酸桥相连） ，其对 HIV-1 和 HSV-1 具有强的活性和选择性。体外试验表明，包载 Bis-PMEA 的红细胞被人巨噬细胞识别和吞噬，10d 后在巨噬细胞中仍有 47的 Bis-PMEA 和 28的 PMEA 存在，而 PMEA 包载的红细胞被吞噬10d 后在巨噬细胞中只有 12的 PMEA 存在。经 Bis-PMEA 包载的红细胞处理可保护巨噬细胞免受 HIV-1 和 HSV-1 的感染，其保护率可达 95和 85。近年来肽核酸（peptide nucleic acid，PNA）反义核酸技术在临床应用中日益凸显其优势18，但是同大

15、多数 DNA 和 RNA 寡核苷酸不一样，肽核酸穿越细胞膜的能力很差，这大大限制了其应用。将肽核酸包埋在红细胞中可以增强细胞对肽核酸的摄取。Chiarantini 等19在体外研究中发现经 ZnCl2和 BS3处理的包埋有 14-mer 抗一氧化氮合成酶 iNOS 的反义PNA 的红细胞载体可以被鼠巨噬细胞特异性的摄取，反义 PNA 进入巨噬细胞后可以降低巨噬细胞中 iNOS 蛋白的表达和 NO 的产生。他们又对 3 种不同的反义肽核酸的递送方法进行了比较研究，结果发现将反义肽核酸吸附至微球上或者包载至红细胞中可在鼠巨噬细胞中显示反义活性。同对照相比，用包载 ELA24（iNOS 反义肽核酸）

16、的红细胞处理的巨噬细胞中 iNOS 蛋白水平较对照下降 40，同时 NO 产生也下降 30，而红细胞载体处理与否 iNOS mRNA 的水平没有显著影响20。4 红细胞作为疫苗递送的载体红细胞作为疫苗递送的载体在疫苗研究中红细胞可以作为天然的载体和抗原的佐剂。Polvani 等21使用低渗透析法在鼠红细胞中包埋了 3 种细菌类毒素：白喉毒素的突变体、破伤风毒素和百日咳毒素的双突变体。通过多次静脉内注射包埋不同毒素的红细胞和溶解在生理盐水中相同剂量的毒素，检测针对每种抗原的特异性抗体和中和抗体的滴度以比较研究它们诱导产生抗体的能力。结果表明用红细胞包埋的白喉毒素和破伤风毒素免疫后产生的抗体滴度要

17、高于用相应游离的毒素免疫产生的抗体滴度。Murray 等的研究也证明采用红细胞包载抗原进行免疫可以诱导体液免疫，其效果相当于或者优于皮下免疫的佐剂抗原。5 其他应用其他应用除了以上一些药物外，包埋在红细胞载体中进行递送的药物还有重组人 EPO、肝素、细胞因子 IL-3 等。包载肌醇六磷酸的红细胞可以增加氧的摄取率，改善氧的输送。将载体红细胞与真核细胞融合可以将包埋在红细胞中的物质“微注射”入真核细胞中。载体红细胞也可以用于研究包埋某些物质以研究这些物质在红细胞内的代谢，或者观察这些物质对正常细胞的影响。6 小结与展望小结与展望由于红细胞载体独特的优越性，目前已有多种药物以及酶、肽、蛋白质和核酸

18、等生物活性物质包埋进载体红细胞中用于研究和临床治疗。但红细胞药物载体也存在体外储存方法、制备工艺标准等一些问题需要解决，这些问题也是今后红细胞载体的研究重点。载体红细胞研究的另一个重点是如何进一步提高其靶向性能和缓释性能。相信随着相关基础研究的继续深入和技术的不断完善，红细胞药物载体必将广泛地应用于人和动物疾病的治疗。 REFERENCES：1. MILLAN CG, MARINERO MLS, CASTANEDA AZ, et al. Drug, enzyme and peptide delivery using erythrocytes as carriersJ. J Controlled

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