脑缺血性中风（CIS）是全球致死致残率最高的脑血管疾病之一，现有治疗手段受限于血脑屏障（BBB）的低效药物递送和单靶点干预的局限性。传统中药冰片（Borneol）虽具有开窍醒神功效，但其临床高剂量长期使用存在中枢兴奋、肝肾毒性等风险。近日，中国海洋大学等研究团队在《Advanced Science》发表题为“Traditional Chinese Medicine Borneol-Based Polymeric Micelles Intracerebral Drug Delivery System for Precisely Pathogenesis-Adaptive Treatment of Ischemic Stroke”的突破性研究文章。

【期刊】Advanced Science

【IF值】15.1

【DOI】10.1002/advs.202410889

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研究背景

       脑缺血性中风病理复杂，涉及钙超载-氧化应激级联损伤、神经炎症风暴和BBB破坏等多阶段进程。现有纳米递药系统存在BBB穿透效率低（<1%ID/g）、无法动态响应病理微环境、缺乏多阶段协同治疗能力等瓶颈。冰片虽能可逆开放BBB，但传统给药方式剂量高（>200 mg/kg）、起效慢，且无法阻断神经元凋亡通路。本研究创新性地将冰片分子共价偶联至聚合物骨架，构建ROS响应型双功能纳米颗粒，同步递送钙螯合剂BAPTA-AM，实现"BBB开放-钙稳态调控-神经保护-BBB修复"的全病程干预。

Scheme 1基于冰片的ROS响应型聚合物胶束用于脑缺血卒中的精准多阶段序贯治疗

研究工作

1. ROS响应型冰片基聚合物纳米粒的制备、优化与表征

       为研究载药纳米颗粒（NPs）的制备与表征，使用了闪速纳米复合（FNC）技术制备了基于冰片的聚合物纳米颗粒，并对其粒径、载药效率、稳定性及ROS响应性进行了表征。结果发现，优化后的纳米颗粒具有较小的粒径（约43 nm）、均一的粒径分布（PDI≈0.210）、高载药效率（约86.5%）和良好的稳定性，且在ROS刺激下可快速响应释放药物。

Fig.1 载有BA的NPs的制备与表征

2. 冰片修饰的纳米粒可逆性打开紧密连接并增强体外血脑屏障穿透能力

        为研究纳米颗粒跨越血脑屏障（BBB）的能力，使用了体外BBB模型（bEnd.3细胞单层），通过跨膜电阻（TEER）测定、紧密连接蛋白（ZO-1、Occludin）免疫荧光染色及共聚焦显微镜观察，结果发现，含冰片的纳米颗粒可快速、可逆地打开BBB紧密连接，显著提高了纳米颗粒跨BBB的效率。

Fig.2 P(PB)10/(TB)30 NPs可逆地打开紧密连接（TJs）并促进跨BBB的运输

3. 冰片基纳米粒对谷氨酸诱导的神经元损伤和小胶质细胞极化的神经保护作用

     为研究纳米颗粒对谷氨酸诱导的神经元损伤的保护作用，使用了谷氨酸诱导的神经元损伤模型（SH-SY5Y细胞），通过ROS水平、钙离子浓度、线粒体膜电位（JC-1染色）、ATP含量、细胞活力及小胶质细胞极化状态的检测，结果发现，载药纳米颗粒显著降低了细胞内ROS水平和钙超载，恢复了线粒体功能和细胞能量代谢，促进了损伤神经元的存活，并有效诱导小胶质细胞由促炎M1型向抗炎M2型转化。

Fig.3 配方的细胞保护作用

4. 冰片修饰的纳米粒在MCAO小鼠模型中增强的脑靶向性与生物分布

       为研究纳米颗粒在脑缺血再灌注（MCAO）小鼠模型中的脑靶向性和体内分布，使用了Cy5荧光标记的纳米颗粒，通过活体荧光成像技术检测了纳米颗粒在脑组织及主要器官中的分布情况。结果发现，含冰片的纳米颗粒在脑组织中快速富集，注射后3小时脑内分布高达12.7%ID/g，显著高于不含冰片的对照组，体现了冰片介导的高效脑靶向性。

Fig.4 大脑靶向性和P(PB)10/(TB)30在MCAO小鼠中的体内分布

5. 冰片基纳米粒显著改善MCAO小鼠的神经功能并减少脑梗死面积

       为研究纳米颗粒对MCAO小鼠神经功能恢复的作用，使用了神经行为学评分、脑梗死面积测定（TTC染色）及脑组织病理学检查（HE、Nissl、LFB染色），结果发现，载药纳米颗粒显著改善了小鼠的神经功能，脑梗死面积减少96.3%，脑组织病理结构明显恢复，神经元数量显著增加。

Fig.5 负载BA的纳米颗粒改善了MCAO小鼠的神经功能恢复

6. MRI与脑血流成像证实冰片基纳米粒有效减少脑梗死并恢复脑血流

       为研究纳米颗粒对MCAO小鼠脑组织损伤及血流恢复的影响，使用了磁共振成像（MRI）和激光散斑成像技术，结果发现，载药纳米颗粒显著减少了脑组织梗死面积（MRI高信号区减少96.3%），并快速恢复了脑缺血区的血流灌注（24小时内恢复至接近100%）。

Fig.6 BA负载的纳米颗粒减少了MCAO小鼠的脑组织梗死并促进了血流恢复

7. 冰片基纳米粒减轻MCAO小鼠的氧化应激与神经元凋亡

       为研究纳米颗粒对MCAO小鼠氧化应激和细胞凋亡的抑制作用，使用了DHE染色、MDA、SOD、GSH检测及TUNEL凋亡检测，结果发现，载药纳米颗粒显著降低了脑组织内氧化应激水平（超氧化物减少77.4%、MDA减少64.3%），提高了抗氧化物质（SOD、GSH）水平，并显著抑制了细胞凋亡（TUNEL阳性细胞比例从59.5%降至7.9%）。

Fig.7 BA负载的NPs对MCAO小鼠脑I/R损伤的神经保护作用

8. 冰片基纳米粒重塑脑缺血半暗带炎症微环境并促进微血管内皮修复

       为研究纳米颗粒对MCAO小鼠脑缺血半暗带炎症微环境的调控作用，使用了免疫荧光染色（GFAP、Iba1、CD16/32、CD206）及Western blot（NF-κB、TNF-α、IL-6），结果发现，载药纳米颗粒显著抑制了星形胶质细胞的过度激活，促进小胶质细胞由促炎M1型向抗炎M2型转化，阻断了NF-κB/TNF-α/IL-6炎症信号通路，促进了脑微血管内皮细胞的修复。

Fig.8 载有BA的纳米粒子对MCAO小鼠脑缺血/再灌注损伤的神经保护作用

9. 冰片基纳米粒恢复MCAO小鼠血脑屏障完整性并防止脑水肿

       为研究纳米颗粒对MCAO小鼠血脑屏障（BBB）完整性和功能的恢复作用，使用了紧密连接蛋白（ZO-1、Occludin、Claudin-5）及水通道蛋白（AQP4）的免疫荧光染色和Western blot检测，结果发现，载药纳米颗粒显著恢复了BBB紧密连接蛋白的表达水平，降低了AQP4表达，防止了脑水肿的发生，促进了BBB的修复。

Fig.9 载有BA的纳米粒子可促进中风后血脑屏障重塑

10. 冰片基纳米粒通过PI3K/Akt信号通路抑制线粒体凋亡途径，在MCAO小鼠中发挥神经保护作用

       为研究纳米颗粒对MCAO小鼠线粒体凋亡信号通路的抑制作用，使用了Western blot检测线粒体凋亡相关蛋白（p-PI3K、p-Akt、Bcl-2、Bax、Cyt-C、Caspase-3、9），结果发现，载药纳米颗粒显著激活了PI3K/Akt信号通路，上调了抗凋亡蛋白Bcl-2，下调了促凋亡蛋白Bax、Cyt-C及Caspase-3、9的表达水平，抑制了线粒体凋亡通路，最终有效保护了神经元免于凋亡。

Fig.10 负载BA的NPs通过抑制线粒体凋亡途径减轻脑卒中

研究结论

       本文介绍了一种基于传统中药冰片的聚合物胶束纳米载药系统。该系统将冰片与聚乙二醇和 ROS 响应性硫缩酮键连接，制成具有脑靶向性、ROS 响应性和神经保护功能的纳米药物载体。此载体能高效负载膜通透性钙螯合剂 BAPTA-AM，在缺血性脑卒中病理微环境中快速响应释放药物。动物实验显示，该纳米制剂可显著提高药物跨血脑屏障效率，恢复神经元内钙离子和氧化还原稳态，抑制线粒体凋亡通路，减少神经元凋亡，重塑脑缺血半暗带炎症微环境，抑制星形胶质细胞过度激活，促进小胶质细胞向抗炎表型转化，阻断 NF-κB/TNF-α/IL-6 炎症信号通路，使脑梗死面积大幅减少，改善神经功能，恢复脑血流灌注并促进血脑屏障修复、避免脑水肿发生。该研究为临床缺血性脑卒中的多阶段序贯治疗提供了潜在有效的新策略。

精彩看点

• 中药现代化典范：将冰片从传统口服剂型革新为精准靶向的纳米制剂
• 诊疗一体化设计：结合近红外成像与多模态MRI，实现治疗过程可视化监控
• 闭环治疗策略：首创"打开BBB→治疗→修复BBB"的动态调控机制，避免脑水肿风险
• 产工艺突破：Flash nanocomplexation技术实现批次间高重复性，具备临床转化潜力

后续可能研究方向

• 开展非人灵长类动物实验，模拟临床脑卒中病理进程
• 开发载药系统多药共递送平台（如联合神经生长因子）
• 探索纳米颗粒在出血性中风、阿尔茨海默病等脑部疾病的应用
• 推进GMP条件下规模化生产工艺开发

参考文献

Adv Sci (Weinh).  2025 Mar;12(9): e2410889.