【综述】靶向巨噬细胞纳米药物治疗溃疡性结肠炎的研究进展

文献来源：中华炎性肠病杂志，2024年第8卷第4期

作者：宋诚君  吴佳敏  汪芳裕

作者单位：南京大学医学院附属金陵医院消化内科

通信作者：汪芳裕

引用本文： 宋诚君,吴佳敏,汪芳裕. 靶向巨噬细胞纳米药物治疗溃疡性结肠炎的研究进展[J]. 中华炎性肠病杂志（中英文）,2024,08:(04)：300-303.DOI:10.3760/cma.j.cn101480-20231121-00068

溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）是一类病因不明，反复发作的肠道炎性疾病，其病理改变局限于结肠黏膜及黏膜下层。UC的具体发病机制尚不明确，目前认为诱发因素包括肠道免疫失衡、菌群失调、个人易感基因和外界环境。在肠道免疫失衡中，巨噬细胞发挥着重要作用。炎症部位的肠黏膜上皮细胞遭到破坏后，肠道中的病原菌跨过肠黏膜屏障并通过病原体相关分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMP）刺激位于固有层中的巨噬细胞，使其活化并分泌大量细胞因子，从而进一步加重炎症。因此利用相关药物来调节巨噬细胞功能进而缓解UC显得尤为重要。近年来，开发纳米药物作用于巨噬细胞治疗UC已成为研究热点。本文围绕纳米药物优势并深入分析靶向巨噬细胞的方法和调控巨噬细胞背后的生物学机制进行介绍。

在肠道免疫失衡中，巨噬细胞发挥着重要作用。炎症部位的肠黏膜上皮细胞遭到破坏后，肠道中的病原菌跨过肠黏膜屏障并通过PAMP刺激位于固有层中的巨噬细胞，使其活化并产生大量活性氧和肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α等细胞因子，从而加重炎症 [ 1 , 2 ]。例如，活化的巨噬细胞能破坏上皮细胞之间的紧密连接蛋白从而破坏肠黏膜屏障，并进一步促进细菌向黏膜层移位。此外，由巨噬细胞分泌的白细胞介素（interleukin，IL）-6能提高上皮细胞通透性，并激活相关信号通路（如JAK-STAT3）从而加重炎症 [ 3 ]。使用小分子药物抑制巨噬细胞产生炎性细胞因子能有效改善动物结肠炎症。因此，基于调控巨噬细胞生理功能来治疗UC已成为一个潜在的研究方向。

纳米药物具有高效性、低毒性和缓释性的特点。（1）高效性，纳米药物能通过对表面进行相应化学修饰来实现药物对相应组织和细胞的靶向递送。研究将含有地塞米松的壳聚糖纳米粒修饰上透明质酸后，显著提高了巨噬细胞对其摄取，促进其在结肠的靶向性 [ 4 ]。（2）低毒性，虽然部分由无机材料制备的纳米粒仍存在生物安全性问题，如碳纳米管在组织、器官中长期蓄积，极易造成细胞损伤，但一些由生物大分子制备的纳米粒，其生物安全性良好，可降低药物不良反应 [ 5 ]。研究将托法替尼包封于白蛋白纳米粒中，降低药物不良反应，发现其能富集在结肠炎症部位，并具有抗炎作用 [ 6 ]。（3）缓释性，纳米药物可通过改变药物释放方式来调节药物释放速率。Wu等 [ 7 ]将环孢素A包封于聚乳酸-羟基乙酸共聚物中（CyA-PLGA-KPV），再将其用壳聚糖和蒙脱石包被，得到CyA-PLGA-KPV/MMT/CS纳米粒，体外释放实验发现在72 d后，在模拟消化液中，CyA-PLGA-KPV/MMT/CS的环孢素A释放量仅为CyA-PLGA-KPV的一半。

目前抑制巨噬细胞炎症背后的生物学机制包括清除活性氧（reactive oxygen species，ROS），提高细胞内环磷酸腺苷（cAMP）水平，抑制JAK-STAT通路，小干扰RNA（siRNA）调控相关基因表达。

1．清除ROS：巨噬细胞通过呼吸爆发产生大量ROS，ROS能分解吞噬物，但也会对正常组织造成损伤 [ 8 ]。研究发现肠道黏膜中高水平ROS会加重肠道炎症 [ 9 ]。Xu等 [ 10 ]制备含二硒键的透明质酸纳米粒（diselenide-bridged hyaluronic acidnanogel，SeNG），SeNG与CD44结合后被巨噬细胞摄取，结果表明SeNG能减少巨噬细胞内ROS，上调与ROS有关的Nrf2/HO-1通路，还能减少结肠组织中ROS，降低TNF-α水平等。另外，Yan等 [ 11 ]制备出靶向巨噬细胞的紫檀芪-叶酸纳米粒（PSB@NP-FA），其在细胞内能释放出还原性的紫檀芪。上述研究发现，PSB@NP-FA能降低髓过氧化物酶活性，提高谷胱甘肽水平。

2．提高cAMP浓度：cAMP是腺苷三磷酸经腺苷酸环化酶催化后的产物，可调节细胞功能，其主要由胞内磷酸二酯酶降解，cAMP可抑制巨噬细胞炎症反应 [ 12 ]。一些磷酸二酯酶抑制剂已用于治疗慢性阻塞性肺病和银屑病，如罗氟司特（Daliresp ®）和阿普司特（Otezla ®）。研究发现，包封了罗氟司特的脂质体，能在肺部蓄积并被巨噬细胞摄取，提高肺部cAMP水平，改善炎症 [ 13 ]。Craparo等 [ 14 ]用甘露糖修饰的脂质体向巨噬细胞递送罗氟司特，结果发现与罗氟司特相比，脂质体包封的罗氟司特对于巨噬细胞具有更小的毒性，并能富集在巨噬细胞内。另外，有文献报道将经甘露糖修饰的壳聚糖用于包裹阿普司特以实现靶向调控巨噬细胞内的cAMP浓度，该研究表明该纳米粒能抑制巨噬细胞分泌TNF-α、IL-6和IL-1，具有抗炎效果 [ 15 ]。

3．抑制JAK-STAT：作为一类跨膜蛋白，JAK-STAT在炎症中和细胞因子结合，激活下游促炎通路 [ 16 ]。因此，利用相应抑制剂阻断该通路成为一个潜在的治疗方向 [ 17 ]。Andretto等 [ 18 ]通过乳化法将托法替尼制备成纳米粒，并将其包封在海藻酸钠微球中（AGμ-NE），海藻酸钠能促进纳米粒在肠道滞留，纳米粒对巨噬细胞无明显细胞毒性，能被巨噬细胞摄取，并通过抑制JAK-STAT降低TNF-α和IL-6的表达。

4．siRNA调控：siRNA是一类有双链结构并与mRNA特异性结合使有关基因无法表达的RNA [ 19 ]。在UC中巨噬细胞分泌较多炎性细胞因子，故用RNA干扰技术降低细胞因子表达也成为当下研究热点。Xu等 [ 20 ]制备出靶向巨噬细胞的TKPR-RCP，用于共同递送TNF-α siRNA和地塞米松，发现TKPR-RCP被细胞摄取后能下调TNF-α表达，其在体内主要分布于结肠和肝，同时可改善动物结肠炎表现，减少血清中TNF-α。Yang等 [ 21 ]开发出透明质酸偶联的壳聚糖用于递送CD98的siRNA（HA-CG-CO2@NPs）。HA-CG-CO2@NPs和小檗碱联用能下调结肠组织中CD98、TNF-α和IL-1β表达，并降低髓过氧化物酶的活性。

目前靶向巨噬细胞的方法包括靶向CD44、偶联叶酸、偶联甘露糖、微生物仿生和乳铁蛋白修饰。

1．靶向CD44：CD44是一种在巨噬细胞膜表面高度表达的糖蛋白，其对应配体为透明质酸和硫酸软骨素，主要参与胞吞 [ 22 ]。Lee等 [ 23 ]将透明质酸和可清除ROS的胆红素偶联后制备出透明质酸-胆红素纳米粒（HABN），HABN在灌胃后借助于其表面的透明质酸与巨噬细胞表面的CD44结合，富集在肠炎部位，而肝肾无药物蓄积。相比于胆红素、美沙拉嗪和糖皮质激素，HABN能显著改善体质量降低和结肠皱缩，并降低结肠组织中的髓过氧化物酶活性，减少组织中TNF-α、IL-1β等细胞因子 [ 23 ]。Hlaing等 [ 24 ]制备出透明质酸修饰的聚乳酸-羟基乙酸共聚物纳米粒（HA-PLGA-NPs），以实现对巨噬细胞靶向递送姜黄素，实验发现HA-PLGA-NPs可聚集在巨噬细胞内，相较于未经透明质酸修饰的纳米粒，HA-PLGA-NPs有效降低结肠炎小鼠的疾病活动指数，延缓结肠皱缩，提高动物生存率并降低结肠组织中TNF-α和IL-6水平。

2．靶向叶酸受体：研究发现活化后的巨噬细胞表面叶酸受体数目增多，一些纳米药物可以通过修饰叶酸来靶向巨噬细胞 [ 25 ]。Wu等 [ 26 ]将叶酸偶联至玉米朊制备出GA@Pec-FA-ZeinNPs，以实现对巨噬细胞靶向递送甘草酸，实验发现在给药后的24 h内，GA@Pec-FA-ZeinNPs仍滞留在结肠部位并被巨噬细胞摄取。另外，纳米粒能改善小鼠体质量下降，降低疾病活动指数，减轻结肠皱缩程度，维持肠黏膜正常结构。Lee等 [ 27 ]制备出叶酸修饰的纳米粒（EFA-AC-IFX）用于递送英夫利西单克隆抗体治疗UC，EFA-AC-IFX能防止抗体在胃酸中失活，借助于叶酸，纳米粒能被炎症部位的巨噬细胞大量摄取，降低体内TNF-α和IL-6水平。

3．靶向甘露糖受体：甘露糖受体属于多凝集素受体，能诱导巨噬细胞内吞进而维持机体免疫的平衡 [ 28 ]。Yang等 [ 29 ]将甘露糖寡糖偶联到硒纳米粒表面（MRO-SeNPs），使其能靶向清除巨噬细胞中ROS，并下调炎性细胞因子表达，MRO-SeNPs还能减轻血便表现，降低脂过氧化物酶和髓过氧化物酶活性，促进组织中的巨噬细胞向M2表型分化，进而减少TNF-α、IL-1β和IL-6的产生。Sun等 [ 30 ]把表达toll作用蛋白的质粒包封在甘露糖偶联的壳聚糖中（MTC-Tollip），来实现巨噬细胞中表达Toll作用蛋白，进而抑制细胞炎症反应。MTC-Tollip能大量富集在细胞内，并能长时间滞留在肠道，促进了结肠组织表达Toll作用蛋白，改善肠黏膜屏障，降低TNF-α和iNOS表达。

4．微生物仿生：微生物利用其表面的病原体相关分子模式与巨噬细胞膜上表达的模式识别受体结合而被吞噬，因此微生物来源的膜囊泡也成为一类天然靶向巨噬细胞载体 [ 31 ]。Feng等 [ 32 ]将小檗碱和表没食子儿茶精包封于酵母细胞壁，制备出能靶向巨噬细胞的纳米粒BBR/MPN@YM，BBR/MPN@YM通过清除H 2O 2来降低细胞氧化应激水平，并能长时间驻留于结肠，此外还降低组织内ROS和TNF-α水平。Sun等 [ 33 ]把甲氨蝶呤包封于酵母细胞壁（YGPs/MTX），用于口服治疗实验性结肠炎，相较于甲氨蝶呤，YGPs/MTX能更好地抑制巨噬细胞增殖，且在一定浓度范围内对结肠上皮细胞无细胞毒性。YGPs/MTX能明显缓解小鼠体质量下降，减少巨噬细胞浸润，降低TNF-α、IL-6和IL-1β水平。Xu等 [ 34 ]将大肠杆菌菌膜用于递送具有还原性的含硒二氧化硅纳米粒（SeM@EM），SeM@EM能被巨噬细胞摄取并可滞留在肠道，通过清除ROS来下调TNF-α、IL-6和IL-1β的表达，改善肠黏膜屏障。

5．修饰乳铁蛋白：巨噬细胞膜表面表达低密度脂蛋白受体相关蛋白能与乳铁蛋白结合，并具有生理调控作用 [ 35 ]。Zhao等 [ 36 ]将乳铁蛋白连接到脂质体表面制备出LF-lipo，用于靶向巨噬细胞递送百秋李醇。体外研究发现LF-lipo和脂质体在较长时间内均保持相对稳定，并对百秋李醇均有缓释效果。相比于脂质体，LF-lipo借助乳铁蛋白更容易被巨噬细胞摄取，并具有更强的抗炎作用，显著降低TNF-α、IL-6、IL-12和IL-1β的表达，清除细胞内更多的ROS。此外，LF-lipo比脂质体更易被巨噬细胞吞噬进而滞留在结肠。在结肠炎模型中，LF-lipo能降低疾病活动指数，改善肠道通透性并抑制TNF-α、IL-6、IFN-γ和IL-1β的表达。同时，体内安全性评价表明，LF-lipo对心脾肺肝肾等重要脏器无显著损伤。

目前通过调控巨噬细胞治疗UC的纳米药物仍在不断研究中。研究者提出了多种靶向巨噬细胞的方法，并通过调节巨噬细胞功能来达到抗炎目的。实验发现纳米药物表现出可观的药效。然而，这些纳米药物仍存在一些需要解决的问题：（1）制备工艺较为复杂，难以实现产业转化。结合已上市的纳米药物（白蛋白紫杉醇、两性霉素脂质体、阿霉素脂质体等），可知简单的制备路线是临床转化的先决条件之一。而化学修饰通常涉及较多反应步骤，致使目标产物的产率不高，以至于这类纳米药物难以实现产业转化。（2）纳米药物的生物安全性验证不足。纳米药物的生物安全性研究往往建立在体外的细胞毒性实验，而体内纳米药物的代谢和长期不良反应研究相对缺乏。基于生物大分子具有良好的生物相容性，新型纳米抗体近来也颇受关注，如已成功上市的Ozoralizumab（Nanozora ®）。Ozoralizumab具有两个可结合TNF-α的位点和1个白蛋白位点，具有双靶点，可长时间在体内发挥作用。另外，随着生物制药领域的进步，开发具有治疗功能的工程化微生物也将成为未来UC研究的重要方向。