医线心声 | 以巨噬细胞为靶标的纳米技术在未来可用于诊断、预防和治疗动脉粥样硬化性心血管疾病

尽管动脉粥样硬化性心血管疾病（ASCVD）的治疗、诊断和血运重建技术取得了快速进展，但目前严重和复发性心血管事件的发生率仍然很高^[1]。克服这一挑战需要改善早期疾病检测、分类和预防，并推进有效的治疗策略以改善胆固醇降低以外的风险因素管理。ASCVD诊断的核心问题之一是准确检测和预测斑块是否不稳定或将变得不稳定^[2]。目前临床上可用的成像技术主要侧重于检测斑块的一般形态和大小，而不是斑块的分子和细胞组成，尽管这些特征与未来的事件密切相关^[3]，但它们受到灵敏度、特异性和空间分辨率不足的限制，可能无法检出早期ASCVD。此外，影像学引导下的管腔狭窄评估与心肌梗死（MI）的风险没有可靠的关系。破裂风险高的斑块可能通过成像看不到，因为它们位于动脉壁中^[4]。同样，目前的治疗策略也有其局限性，没有考虑到动脉粥样硬化的生物学复杂性。传统的他汀类药物降脂疗法并不针对驱动斑块形成的一系列机制，这可能解释了为什么越来越多的MI患者（15%）缺少传统的危险因素^[5]。因此，缺乏早期检测和有效的二级治疗策略，迫切需要新的成像技术和药物，在现有降脂疗法的基础上增加获益，以改善动脉粥样硬化的管理。

纳米粒子（NP）是各种分子化合物的制剂，这些化合物在数十纳米的尺度上空间组织。由于其复杂的架构，它们提供了一系列复杂的功能，能够推进动脉粥样硬化的诊断和治疗^[6]。与仅具有单一预期特定治疗功能的传统药物疗法不同，多功能NP可以设计为具有传感和递送药理学激活剂、抑制剂或siRNA等遗传物质有效载体的能力^[7-10]。NP治疗学的前景目前主要是在癌症医学中的应用，但在过去十年中，也开发了多种针对动脉粥样硬化的NP^[11-12]。还有许多最初为癌症设计的NP，由于控制肿瘤和动脉粥样硬化斑块发展的生物学机制广泛重叠，它们同样具有很高的动脉粥样硬化应用潜力^[13-14]。这些共性包括风险因素、炎症，最重要的是巨噬细胞的作用^[15]。NP制剂一个令人兴奋的方面是它们可以被设计成专门针对疾病的某些关键分子结构或功能。疾病特异性分子靶点作为一种辅助手段，对于将NP递送到病理部位以及在这些组织内可视化高风险或易感病灶尤其有价值。此外，特异性靶向限制和/或避免全身和外周非特异性结合，从而减轻潜在的脱靶效应。使用NP靶向血管内动脉粥样硬化组织可以使用多种不同的方法并结合各种成像方式来实现。

内皮细胞和平滑肌细胞（SMC）是动脉粥样硬化的重要细胞类型。然而，巨噬细胞在斑块中非常普遍，在斑块的发展和不稳定性中起着至关重要的作用。因此，巨噬细胞被公认为动脉粥样硬化治疗调节的最佳细胞靶点^[16-17]。由于它们在先天免疫反应中的重要作用，巨噬细胞具有优异的吞噬特性，远大于内皮细胞或SMC，可以促进NP的摄取^[18]。这一特征对细胞质或核靶点或大体积或难溶性疗法的递送特别有利。NP已被特异性地功能化，以使用被动和主动机制与不同的巨噬细胞表型相互作用，即M1样炎症巨噬细胞和M2样抗炎症巨噬细胞^[17]。巨噬细胞的功能特征，如外排细胞作用，也可以作为靶点^[19]。

许多为动脉粥样硬化设计的治疗诊断NP被功能化，以靶向巨噬细胞生物学的多个方面，并且还可以携带治疗药物以提供额外的获益。其中，大多数是脂蛋白模拟或胶束/脂质体颗粒，可以装载降脂药物。巨噬细胞有许多可靶向的生物功能，为此正在开发越来越多的调节这些功能的NP。例如，有减少巨噬细胞增殖和炎症的NP，还有促进巨噬细胞凋亡和有效细胞化的NP^{[13,20,21-24]}。已经开发出修饰巨噬细胞泡沫细胞相关过程的NP，包括促进胆固醇逆向转运或抑制低密度脂蛋白（LDL）氧化以减少泡沫细胞形成的NP^[25]。巨噬细胞上的几种细胞表面标记物已被用于NP设计，以促进其靶向巨噬细胞，这包括靶向具有不同功能的巨噬细胞亚型的标记物。对于M1样促炎巨噬细胞，使用MHC-II、CD80和CD86标志物，而对于抗炎M2样巨噬细胞，使用CD36、CD206和CD163标志物^[17]。

当NP通过静脉注射进入血液后，它们被生物分子冠（通常由调理素蛋白组成）包裹，这对其产生的生物分布、药代动力学和吸收NP的能力至关重要^[26-28]。传统上，NP的摄取主要在前线由巨噬细胞介导，这导致单核吞噬细胞系统通过肝脏和脾脏清除NP。有几种策略可以帮助减缓通过这一途径的清除，例如聚乙二醇涂层。这些涂层阻止单核细胞识别并增加循环时间，这反过来又增加了到达斑块中的NP数量^[26,29]。斑块摄取可以通过被动机制进行，因为覆盖斑块的内皮具有更高的渗透性^[30]，有证据表明，当斑块稳定时，会减少NP在斑块部位的积聚^[31-32]。在更成熟的斑块中，通过斑块新生血管存在额外的进入机会，这些新生血管突出到斑块中且较脆弱。

一系列聚合物纳米颗粒、聚合物胶束、脂质体纳米颗粒、纳米晶体制剂、蛋白质和无机纳米颗粒已成功获得监管机构对不同病理条件的批准^[33-32]。在市场上或临床试验阶段的纳米药物总数中，53%用于癌症应用，只有3%用于心血管疾病。这表明，心血管疾病靶向纳米药物的可移植性存在具体挑战。准确定位斑块是一个突出的挑战。目标斑块位于心脏血管内，排除了局部或皮下给药途径。因此，需要非肠道给药途径，通常是静脉注射，通过将NP暴露于整个循环系统来增加脱靶效应的风险。由于需要医疗设施和训练有素的人员，这也与向患者施用这些纳米药物的成本增加有关^[35-36]。NP的生物分布和清除取决于颗粒的大小、极性、循环动力学、药代动力学和受体亲和力/结合。NP的适当生物分布在临床应用中至关重要，因为它们决定了疗效以及急性或慢性副作用。这对于确保NP治疗有效地到达靶组织也很重要。

考虑到巨噬细胞在不同组织和器官中的分布，这一点尤为重要，这需要将NP特异性靶向斑块巨噬细胞。重要的是，肝脏中也有驻留的巨噬细胞（库普弗细胞），因此肝脏能够隔离引入血液中的大部分NP^[37]。这也可能是为什么英克司兰（Inclisiran）和其他改变脂质代谢的肝脏靶向Gal-Nac LNPs在临床翻译中取得了更大成功的原因，靶向NP在肝细胞中的摄取比靶向动脉粥样硬化斑块更有效。此外，这强调了需要确保NP被设计为特异性靶向斑块巨噬细胞，并减少其他组织驻留巨噬细胞的非特异性摄取。更好地表征斑块巨噬细胞吞噬活性和表达谱的努力也可能揭示出改善NP对动脉粥样硬化斑块特异性靶向的新方法。

与常规药物相比，许多NP还具有独特的毒性问题。有几类纳米材料在引入生物系统时对生物相容性和毒性有不同的考虑，这通常是不可预测的^[38]。在生物系统中引入NP使其暴露于活性生物分子，在NP表面形成蛋白质冠。这种相关性对于影响NP的毒性以及它们随后在体内的相互作用至关重要^[38]。NP的化学成分也是影响毒性以及尺寸和电荷特性的重要因素。肝脏毒性也可能是一个因素，如果NP是不可降解的，那么它们可以在肝脏中积聚^[35]，并可能导致基因表达的长期变化，从而导致慢性毒性^[37]。因此，即使纳米材料表现出疗效，在临床前阶段也必须考虑和测试纳米毒性这一额外因素。例如，尽管NANOM-FIM试验证明了疗效，但在5年随访的长期子分析中^[39]，金-二氧化硅纳米颗粒的使用观察到了细胞毒性^[40]。这也表明需要额外检查NP疗法的长期安全性结果。

另一个考虑因素是，尽管NP在其他病理学中显示出安全性和有效性，但可能对动脉粥样硬化产生意想不到的影响。动脉粥样硬化是由血管壁的慢性炎症引起的。因此，即使NP制剂被证明局限于斑块，如果纳米材料刺激炎症反应，这可能会加剧动脉粥样硬化的进展。一个例子包括负载泼尼松龙的脂质体，其在患者的斑块巨噬细胞中积聚，但没有提供任何抗炎或治疗作用，在晚期动脉粥样硬化患者中似乎会增加动脉壁炎症^[41]。对LDLR-/-小鼠的进一步研究表明，抗炎泼尼松龙的脂质体制剂具有增加斑块中炎性细胞浸润的副作用，并促进了这些小鼠的动脉粥样硬化进展。这很可能是由于位于富含脂质环境中的巨噬细胞中脂质体NP的疑似脂毒性作用引起的^[42]。这种动脉粥样硬化进展的恶化也是由二氧化硅NP（siNP）引起的，二氧化硅NP会升高血清甘油三酯（TG）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C)水平。这些siNP还激活了APOE-/-小鼠斑块内的内质网应激和巨噬细胞浸润^[43]。总的来说，这说明了详细研究NP对免疫反应影响的重要性，以及这是否会抵消对动脉粥样硬化的预期治疗效果^[44]。

NP临床应用的另一个局限性是生产的可扩展性和批次间的可变性，这需要在设计阶段加以考虑。这种扩大生产的能力很重要，因为NP倾向于在更高的浓度下聚集，这会影响活性和随后的功能表征^[45]。聚集还取决于NP的物理性质，包括ζ电位（颗粒表面电荷）、尺寸和组成以及与血清的相互作用。这改变了感染的大小，导致NP的识别和肝脏与脾脏的快速清除^[35]。然而，Binderup等^[46]已经仔细考虑了NP设计中具有可扩展性的需要，转而使用微流体平台来生产更大动物（兔子和猪）临床前阶段所需的小高密度脂蛋白（S-HDL）NP。配制NP所需材料的质量也是一个重要的考虑因素。这些决定了最终产品是否可以安全制造，例如，是否无热原或可以消毒^[132]。