呼吸道是多种病毒入侵机体的主要途径之一。随着感染的发展，病毒会破坏脆弱的免疫系统平衡，导致严重的炎症反应和呼吸并发症。呼吸道病毒侵入人体气道后，会激活宿主先天性和适应性免疫，并诱导以MUC5B为代表的凝胶状粘蛋白的过度分泌，引起黏膜纤毛清除物阻塞和痰液积聚，最终导致气流受阻与呼吸窘迫发作1–3。为侵入人体气道，许多病毒均能与凝胶层内高度糖基化粘蛋白上的聚糖发生动态相互作用。而黏膜中的粘蛋白可形成一个糖链通道，帮助病毒向上皮细胞表面移动，从而促进病毒的运动，以突破保护性黏液层并逃避黏膜纤毛清除4（图1左）。由于黏液层的屏障特性和肺部复杂的免疫环境，目前的治疗策略难以实现有效的药物递送。研究团队受此启发，开发了模拟病毒与黏液相互作用的脂质纳米颗粒，以增强药物渗透性并调节感染部位的炎症反应。
在本项研究中，研究团队将低分子量PEG包被的脂质纳米颗粒与黏液溶解剂盐酸溴己新（BH）结合，开发了溴己新纳米脂质颗粒（NBL）。NBL表面的短链PEG可与粘蛋白动态结合，模拟了病毒与粘蛋白表面聚糖的相互作用（图1右），从而帮助脂质纳米颗粒穿透黏液屏障。此外，NBL通过调节MUC1 以及抗炎和促炎白细胞介素的表达水平，调控了SARS-CoV-2引起的炎症反应。
图1. 病毒与粘蛋白上的聚糖发生相互作用以突破宿主黏膜屏障（左图）；模拟呼吸道病毒的NBL平台，其表面短链PEG可与粘蛋白结合从而增加了颗粒穿透与细胞内化能力（右图）
研究人员将甘油山嵛酸酯、MCT、吐温80、TPGS与BH共加热至80 °C，后将油相滴入PBS匀浆2 min，最后将乳液超声10 min制得NBL。NBL平均粒径为118 nm，PDI为0.139，zeta电位为 -7 mV。与空白脂质颗粒相比，封装BH的纳米载体粒径增加了37 nm，表面电荷显著降低，封装效率达到100%，载药率为6.4%。根据差示扫描量热图谱（图2e），BH吸热峰在脂质物理混合物和纳米颗粒中均消失，表明材料中没有多晶型转变。
为评估NBL在炎性蛋白酶存在下的稳定性，研究人员将NBL与溶菌酶共同孵育并持续监测制剂粒径与电位的变化（图2f）。在孵育开始前（t=0），暴露于溶菌酶的纳米颗粒粒径增加了23 nm。然而，经5 h孵育后，制剂粒径恢复至对照组大小。制剂的PDI则不受溶菌酶的影响。此外，在与溶菌酶孵育期间，NBL的电位显著增加。
研究团队推测低分子量PEG涂层可均匀分布在NBL表面，并与粘蛋白生物聚合物结合。为了验证这一假设，研究团队将NBL与粘蛋白共同孵育，并监测NBL吸光度随时间变化情况，以评估NBL的黏膜黏附能力。粘蛋白与NBL混合后，体系吸光度显著降低，30分钟后未观察到进一步的变化，表明纳米颗粒吸附于粘蛋白上并得到固定（图4a）。定量测定结果表明，制剂中粘蛋白量为17 ± 2 μg/mL（图4e），即约有61%的粘蛋白与NBL相结合。
图5. MUC5AC免疫荧光分析
a. PBS预处理；b. 空白脂质纳米颗粒预处理；c. BH溶液预处理；d. NBL预处理。
最后，研究团队通过MUC1的基因表达水平来表征NBL的免疫调节作用。MUC1是一种与黏膜层黏度无关、表达于上皮细胞的抗炎粘蛋白。对于未感染SARS-CoV-2 的肺细胞，MUC1 mRNA表达水平与BH剂量依赖性增加。NBL组mRNA水平显著高于游离的BH（图6a）。与未感染的细胞相比，SARS-CoV-2感染导致MUC1（图6b）和IL-6（图6c）表达水平大幅提高。与此同时，感染细胞经NBL处理后MUC1和IL-10表达水平提高，IL-6表达水平却显著降低。
图6. 549细胞经NBL处理后的MUC1基因表达水平
a. PBS预处理；b. 空白脂质纳米颗粒预处理；c. BH溶液预处理；d. NBL预处理。
综上，研究团队成功开发了PEG包被的荷载黏液溶解剂BH的脂质纳米颗粒NBL。NBL可与粘蛋白有效结合并降低黏液密度，促进纳米载体对黏液层的渗透并增加细胞摄取。同时，NBL经雾化后不会发生药物泄漏，在模拟呼吸道中显著沉积。此外，NBL给药后，上皮细胞抗炎粘蛋白MUC1的表达水平显著提高，IL-10表达水平提高，促炎因子IL-6表达在经SARS-CoV-2感染的细胞中显著降低。
研究亮点
NBL模拟呼吸道病毒与粘蛋白的动态相互作用，可有效穿透黏液屏障并降低黏液密度；
NBL经雾化后稳定性良好，未发生药物泄漏，且可在呼吸道模拟装置中有效沉积；
NBL诱导了有效的免疫调节，显著上调了感染细胞中MUC1与IL-10的表达，降低了IL-6的表达。
文章信息
Volume 372, August 2024, Pages 417-432
作者信息
通讯作者
Renata Fonseca Vianna Lopez，圣保罗大学里贝朗普雷图药学院副教授。主要研究方向为药物的皮肤和眼部渗透性以及纳米颗粒递送系统和离子电渗疗法对药物渗透性的影响。
图片及信息来源：https://bv.fapesp.br/en/pesquisador/2378/renata-fonseca-vianna-lopez/
参考资料
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供稿 | 游丞铮
审校 | 孙 逊
编辑 | 谢明心
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