在针对中枢神经系统（CNS）相关疾病的药物开发过程中，必须克服的最大挑战之一是药物能否成功进入CNS。因此，如何穿越血脑屏障（BBB）已成为中枢神经系统药物开发中的主要难题[1]。BBB是血液与大脑之间形成的可渗透屏障，由相邻内皮细胞之间的复杂连接网络构成[2]，它限制了亲水性物质、带电分子、蛋白质和肽进入大脑，并在维持脑神经组织细胞外微环境的稳态及保护CNS免受药物神经毒性方面起着重要作用[3]。然而，这一生理屏障也有效阻挡了约98%的小分子药物和几乎100%的大分子药物在大脑中发挥治疗效果，从而增加了中枢神经系统药物开发的难度[4]。
膜转运蛋白是一类功能性蛋白质，负责在细胞膜之间或细胞内的不同亚细胞器之间介导药物或其他底物的跨膜转运。药物转运蛋白广泛分布于人体的各种组织和器官中，参与药物的吸收、分布、代谢和排泄，影响药物的生物利用度、靶向递送能力和毒性副作用[5]。例如，据估计，转运蛋白占神经血管单元中所有蛋白质的10-15%。根据转运方向和机制，药物转运蛋白可分为两类：一类是利用细胞膜两侧的离子浓度梯度或电位差作为驱动力，促进药物从细胞外进入细胞或从细胞内排出到细胞外，属于可溶性载体（SLC）超家族，也称为摄取或次级主动转运蛋白[6]；另一类是利用ATP水解提供的能量进行底物跨膜转运，促进药物从细胞内排出到细胞外或从一个亚细胞器转移到另一个亚细胞器，属于ATP结合盒（ABC）超家族，也称为外排或初级主动转运蛋白[7]。
在BBB表达的转运蛋白已被研究作为有效的药物载体，用于药物进入大脑。氨基酸转运蛋白和胆碱转运蛋白是药物进入大脑过程中的两种重要转运蛋白。LAT1是BBB上最丰富的中性氨基酸转运蛋白之一，对维持大脑氨基酸稳态和营养供应至关重要。其底物选择性（尤其是对含有芳香环的疏水性大侧链氨基酸的亲和力）与塔克林具有某些结构相似性，这为通过氨基酸连接子合理设计前体药物提供了结构基础。更重要的是，LAT1已被广泛研究并证实是许多中枢神经系统药物脑递送的关键通道。例如（图1-A），左旋多巴、巴氯芬、美法仑、加巴喷丁和普瑞巴林都是通过L型氨基酸转运蛋白1（LAT1）到达大脑靶点的[8-12]。CHT是BBB上的一种特异性高亲和力胆碱转运蛋白，负责将胆碱从外周运输到大脑以合成乙酰胆碱。靶向CHT可以利用其天然的高脑摄取效率。李等人选择了高胆碱转运蛋白亲和力的胆碱衍生物作为BBB和GBM的双靶向配体[13]。如图1-B所示，王等人通过将胆碱类似物与抗程序性死亡配体1（anti-Pd-L1）通过pH敏感连接子结合，制备出具有显著改善BBB渗透性的聚合物[14]。李等人使用由胆碱转运蛋白设计的胆碱靶向纳米颗粒修饰的质粒DNA，在体内实现了更高的基因分布和表达[15]。本研究旨在增强胆碱能系统功能以治疗阿尔茨海默病，选择CHT作为靶点可以实现“同路径递送”——将药物精确输送到需要增强胆碱能传递的病变区域。因此，利用胆碱和氨基酸转运蛋白通常被认为对于高效脑递送具有很大潜力。
塔克林是一种常见的胆碱酯酶抑制剂，1993年获得FDA批准用于治疗轻度至中度阿尔茨海默病（AD）[16]。然而，后续的一系列临床试验表明塔克林可能导致严重的肝损伤和胃肠道副作用，导致其于2013年失去批准并在临床治疗中停止使用[17]。因此，目前对塔克林的研究集中在提高其胆碱酯酶活性或降低肝毒性方面。本文旨在将塔克林作为工具分子，并将其与转运蛋白结合，以获得具有高BBB渗透性的抗AD药物，从而降低其肝毒性。
因此，本研究旨在合理利用LAT1或CHT等内源性转运系统，显著提高药物的脑部暴露量。这可能为未来面临脑递送挑战的各种有前景的药物候选物提供一种通用解决方案，有助于解决阿尔茨海默病和其他CNS疾病的治疗难题。
