纳米颗粒在口服给药中的上皮转运:从表面和整体性质调节的角度

        尽管纳米颗粒在口服给药方面前景广阔，但口服给药过程涉及复杂的转运途径，包括细胞摄取、细胞内运输和肠上皮细胞的胞吐作用。这是纳米颗粒进入血液并发挥治疗作用的必要步骤。目前的研究人员已经确定了调节纳米颗粒与肠上皮细胞之间相互作用的几个关键因素，包括表面性质，如配体修饰、表面电荷、亲水性/疏水性、肠蛋白冠形成，以及整体性质，如颗粒大小、形状等。了解这些特性对于提高上皮转运效率和设计有效的口服给药系统至关重要。因此，该文章综述了影响纳米颗粒经上皮转运的表面和整体特性，阐明了其影响经上皮转运的基本原理。该综述还概述了后续设计口服给药系统时应考虑的参数选择。

该文章“Transepithelial transport of nanoparticles in oral drug delivery: From the perspective of surface and holistic property modulation”于2024年5月发表在Acta Pharmaceutica Sinica B杂志上。

图1 口服纳米颗粒胃肠道生理屏障示意图

随着纳米技术的飞速发展，纳米颗粒作为口服给药载体已被广泛应用于各种疾病的治疗中。这些纳米递送系统可以减轻药物在胃酸和酶环境中的降解，同时增强药物在胃肠道中的稳定性。然而，由于肠粘膜屏障和上皮细胞屏障的限制，提高药物的口服生物利用度仍然具有挑战性。黏液是肠杯状细胞分泌的亲水凝胶层，通过静电和疏水相互作用，以及其致密的网状结构拦截外来物质。口服给药的纳米颗粒很容易被困在粘液中，阻止它们有效地到达肠上皮细胞。肠上皮细胞层主要由上皮细胞、杯状细胞和M细胞组成，为水分、营养物质等外源性物质从肠腔进入体循环或淋巴循环提供通道。同时，肠上皮细胞形成屏障，维持肠道微生物群落和粘膜免疫系统之间的隔离。口服给药的纳米颗粒不足以通过简单扩散穿越肠上皮细胞层，需要包括细胞摄取、细胞内运输和基底外侧胞吐的跨上皮转运过程，以进入血液并引起其药理作用(图1)。因此，促进和增强纳米颗粒的经上皮运输是口服药物递送领域中关键且艰巨的挑战。

纳米颗粒的表面特性，包括其亲水性/疏水性、电荷和表面配体，在决定其与组织、细胞和细胞器的相互作用中起着至关重要的作用。这些因素最终决定了有效载荷。例如，适当修饰表面配体可以增强纳米颗粒与肠上皮细胞的亲和力，提高细胞摄取效率，调节细胞内转运途径，最终影响纳米颗粒的稳定性和经上皮转运效率。除了表面性质外，纳米颗粒的整体性质，如粒径、形状和弹性，也与它们的上皮转运密切相关。因此，该文章综述了纳米颗粒表面和整体性质对药物跨上皮转运的影响，并对口服给药系统的设计策略和开发前景进行了展望。

图2 纳米颗粒在肠上皮细胞间转运的潜在内吞途径示意图

2.1 细胞旁转运

细胞旁转运是指药物通过肠上皮细胞之间的间隙转运进入血液，而不是直接通过上皮单层转运。肠上皮细胞之间的紧密连接可作为抵御外源性物质和病原体入侵的屏障，但也对半径大于6nm的细胞旁药物递送提出了挑战。然而，吸收促进剂，如壳聚糖，可以通过可逆地打开紧密连接，有效地增加药物的细胞旁渗透性。值得注意的是，即使紧密连接完全打开，细胞间间隙也只有大约20nm，这对大多数纳米颗粒的穿越构成了重大挑战。当肠粘膜完整时，纳米颗粒通过该途径的移位通常限制在10%以下，这取决于颗粒大小和上皮连接的完整性等因素。因此，实现有效的细胞旁转运仍然是纳米药物递送系统的一个持续障碍。

2.2 M细胞相关通路

M细胞主要位于派尔集合淋巴结中，是一种细胞膜或基底膜内陷的特殊类型细胞。M细胞的独特结构有助于特定物质通过主动运输途径选择性进入肠粘膜下的淋巴组织，提供了一种通过绕过首过代谢和降低毒性来提高药物生物利用度的潜在策略。尽管M细胞仅占吸收性肠上皮总表面积的不到1%，但其吸收能力主要依赖于所涉及的特定类型的纳米颗粒。M细胞偏好内化直径小于10mm的颗粒。与280nm的纳米颗粒相比，550至1100纳米的纳米颗粒在派尔集合淋巴结内的保留率有所提高。小于1mm的颗粒在被输送到淋巴管并进入体循环之前，可以被M细胞吸收。然而，由于所使用的动物模型的差异以及所使用的材料和测量技术的差异，比较各种研究的结果仍具有挑战性。据估计，根据颗粒大小和表面修饰等因素，该途径约占纳米颗粒输送效率的0.2%-70%。例如，聚苯乙烯颗粒(PS, 2 mm)通过M细胞相关途径表现出0.2%的摄取率，而PS (60 nm)在M细胞相关途径中表现出60%的摄取率。纳米颗粒靶向M细胞的改善也可以通过确定适当的策略来增强。He等人设计了靶向M细胞的适配体修饰脂质体(Apt-Lip)，用于口服递送艾塞那肽。发现Apt-Lip可使艾塞那肽在M细胞中的转运效率提高2倍，并在派尔集合淋巴结中表现出更好的吸收。荆豆凝集素-1（UEA-1，一种代表性凝集素）被修饰为靶向M细胞顶端表面岩藻糖残基的配体。UEA-1修饰的纳米颗粒在派伊尔集合淋巴结中将胰岛素摄取提高了4.1倍，肠上皮的胰岛素摄取提高了2.6倍。卵清蛋白的口服递送也可以通过纳米胶囊得到改善，纳米胶囊具有更高的结合能力和转运效率到M细胞。然而，有限的受体表达对M细胞内化大多数纳米颗粒构成了巨大的挑战。此外，M细胞相关途径中的纳米颗粒有可能被免疫细胞(如树突状细胞和巨噬细胞)传递和拦截，从而阻碍它们最终被体循环吸收。因此，M细胞介导的转运可以促进粘膜免疫激活，非常适合于口服疫苗递送。尽管该途径中的一些纳米颗粒最终可能被免疫细胞吞噬，导致全身吸收受限。

2.3 胞吐途径

胞吞作用是纳米颗粒进入体循环的主要途径。大多数纳米颗粒在通过胞吞途径以穿过肠上皮细胞层中经历一系列过程，包括顶端胞吞、细胞内运输和基底外侧胞吐。最初，纳米颗粒可以通过巨噬细胞作用、小泡介导的内吞作用或网格蛋白介导的内吞作用从上皮细胞的顶端表面进入上皮细胞。随后，它们在运输囊泡或内核体中进行复杂的细胞内运输。纳米颗粒的细胞内运输通常包括降解途径、分泌途径和回收途径。降解途径是指纳米颗粒内吞作用后通过内溶体途径运输。纳米颗粒通过核内溶酶体途径通过网格蛋白介导的内吞作用进入溶酶体。酸性环境(pH 4.5-5.5)和溶酶体中的酶可以降解纳米颗粒的脂质和蛋白质成分以及被包裹的药物，从而显著降低胞吞效率。相比之下，通过分泌和循环途径的转运可以绕过溶酶体降解，从而保持结构完整性并促进纳米颗粒的转胞作用。功能化的纳米颗粒通过早期核内体运输到内质网或高尔基体，随后通过分泌途径(如内质网-高尔基途径和高尔基-细胞膜途径)递送到细胞外空间。此外，像小泡和回收内体这样的回收途径使纳米颗粒能够直接运输到细胞膜，然后释放到细胞外空间。值得注意的是，肠上皮细胞表现出极性，其顶膜和基底膜上的受体/转运蛋白表达不同。纳米颗粒被内化到细胞中，随后从顶膜排泄到肠腔中，导致口服吸收减少。而一些纳米颗粒可以从基底外侧膜转运进入血液循环发挥治疗作用。因此，开发合适的策略绕过溶酶体，实现从顶侧到基底外侧的单向运输，是有效转胞吞的前瞻性策略(图2)。不同纳米颗粒在肠上皮细胞层的胞吞作用下，其吸收效率有显著差异。Hodges等人发现73.7%的PS (2 μm)颗粒通过胞吞途径转运。然而，通过胞吞途径，PLGA纳米颗粒的转运效率仅为5%-10%。据估计，大约5%-70%的纳米颗粒在转胞吞途径中被转运穿过肠上皮。

2.4 到达体循环的途径

在经过肠粘膜转运后，纳米颗粒可能会通过不同的途径到达体循环。通过上皮转运和细胞旁途径，大多数纳米颗粒通常被吸收到毛细血管中。随后，它们通过肝门静脉转运到肝脏，在那里进行肝脏首过代谢。肝脏中的代谢酶可导致药物被酶解浪费，减少可以达到治疗效果的完整药物进入体循环。

或者，一些纳米颗粒可以在穿过上皮单层后被吸收到乳管中。纳米颗粒在M细胞相关途径中通常被运输到肠粘膜下的淋巴组织。除了通过M细胞相关途径到达淋巴管外，纳米颗粒还可以通过上皮细胞的胞吞作用被淋巴细胞吸收。这些纳米颗粒随后随淋巴液进入淋巴毛细血管，汇聚成集合血管，最后通过肠系膜淋巴结进入胸管体循环。肠淋巴运输的一个代表性途径是利用乳糜微粒的摄取和转运。然而，纳米粒子路径的效率取决于各种因素。影响纳米颗粒转运的一个关键因素是所采用的脂质类型，包括其链长和饱和度。脂肪酸(FAs)的亲脂性与其链长度相关，这也决定了它们与纳米颗粒的结合能力。支持这一观察结果的发现是，与含有中链FAs的自纳米乳化药物递送系统相比，由长链FAs组成的自纳米乳化药物递送系统在淋巴中的回收率更高。此外，纳米颗粒通过特定的转运体介导途径和乳糜微粒运输途径内化，可以促进它们运输到淋巴管。Bae的研究小组发现，大约47%的胆汁酸结合颗粒通过肠道淋巴系统进入体循环。肠淋巴运输可能是克服首过代谢的明显途径。淋巴毛细血管是将纳米颗粒靶向递送到淋巴结的最佳通道，同时减轻了纳米颗粒在体内吸收后的首过代谢所导致的药物生物利用度的潜在降低。

口服纳米颗粒的表面特性在控制纳米颗粒在胃肠道复杂生理环境中的相互作用方面起着关键作用。这些表面性质主要包括配体修饰、亲水性/疏水性和电荷等，所有这些都显著地决定了纳米颗粒在体内的命运。此外，必须考虑蛋白质电晕形成对纳米颗粒表面的影响。本节概述了影响纳米颗粒经上皮转运的表面特性，同时阐明了口服给药系统需要考虑的关键参数。

表1 纳米颗粒靶向不同靶点的细胞内转运途径及优势

图4  纳米颗粒经上皮运输的粘蛋白冠。(A)粘蛋白冠吸附在PEG修饰的金纳米颗粒上(PGNPs@mucin);(B)高尔基体纳米颗粒在细胞内的分布;(C)纳米颗粒的胞吞和胞吐，以及粘蛋白对纳米颗粒经上皮转运的影响示意图;(D)健康大鼠、糖尿病大鼠和结肠炎大鼠口服纳米颗粒的吸收情况;(E)纳米颗粒吸附糖尿病- IPC (D-IPC@PS)和结肠炎- IPC (C-IPC@PS)的双向胞吐作用;(F) D-IPC和C-IPC在纳米颗粒的上皮转运和细胞内转运中的生物学功能的蛋白质组学分析。

3.1 配体修饰

位于肠上皮细胞膜表面的受体可与信号分子和营养物质相互作用，促进信号传递和物质运输。先前的研究表明，配体修饰可以通过促进纳米颗粒与细胞表面受体的特异性相互作用来激活特定的运输途径，从而介导纳米颗粒在肠上皮细胞中的内吞作用和经上皮运输。配体的类型和配体修饰的密度都是影响上皮转运的关键因素。因此，合理的配体修饰对于实现纳米颗粒的高效经上皮转运和肠道吸收至关重要。表1总结了经不同配体修饰的口服纳米颗粒。

3.2 表面电荷

纳米粒子的表面电荷主要由表面材料的阳离子或阴离子基团决定。表面电荷是影响纳米粒子吸收的一个重要参数。由于肠道粘液和肠上皮细胞膜的负电荷，通常对纳米颗粒的表面电荷存在矛盾的要求。一方面，带强正电荷或负电荷的纳米粒子容易被黏液困住或被黏液完全排斥，而电中性的纳米粒子更容易克服黏液屏障。另一方面，带正电的纳米颗粒可以通过静电相互作用提高其与细胞膜的亲和力，从而增强上皮细胞的摄取。Wu等人设计了具有等量正电荷和负电荷的纳米颗粒，以及肠道碱性磷酸酶(IAP)响应电荷反转能力(PeR8-Pho NPs)。在穿过黏液层后，纳米颗粒的外表面在膜上的IAP活性的促进下，其带负电荷的基团被剥离。及时暴露于带正电的基团增强了纳米粒子的细胞摄取和上皮转运。与不能发生电荷逆转的电中性纳米颗粒相比，口服生物利用度提高了2.3倍。

在一些研究中，与带负电荷的纳米颗粒相比，带正电荷的纳米颗粒表现出更高的细胞摄取，但显示出更低的上皮转运效率。例如，带负电荷(羧基修饰)的纳米颗粒在肠上皮细胞中运输的比例是带正电荷(氨基修饰的)纳米颗粒的三倍。机制研究表明，带正电荷的纳米颗粒主要通过网格蛋白介导的内吞途径运输，而带负电荷的纳米颗粒主要通过小泡蛋白介导的途径运输。此外，Lin等人发现，细胞对接近中性或带负电的纳米颗粒的摄取仅为带正电的纳米颗粒的50%，但其经上皮运输效率是带正电的纳米颗粒的10-20倍。一些研究表明，带正电荷的NPs比阴离子的NPs对质膜完整性的破坏更明显，对线粒体和溶酶体的损伤更强，这表明带正电荷的NPs更容易绕过内-溶酶体途径。表面电荷对纳米颗粒经上皮转运的影响可能是其胞吞作用、胞内转运和胞吐作用的综合反映。因此，在口服给药纳米颗粒的设计中，有必要根据特定的转运要求选择合适的表面电荷。

除了表面特性外，纳米颗粒的整体特性，如粒径、形状和弹性，也与其经上皮转运密切相关。例如，不同形状的纳米颗粒具有不同的表面积和流动特性，从而影响其在肠上皮细胞中的吸收和运输。纳米颗粒的大小会对其在黏液层中的运动和在胃肠道中的粘附产生较大的影响，其吸收途径和吸收效率也受其颗粒大小的影响。刚性也是纳米颗粒重要的理化性质之一。中等硬度的纳米颗粒在体内运动过程中更有可能根据需要改变形状，这在上皮转运中起着积极的作用。此外，作为纳米给药系统的重要组成部分，载体材料在药物包封、屏蔽环境因素、增加稳定性、实现靶向控释等方面发挥着重要作用，是影响经上皮转运的重要特性。该节概述了影响纳米颗粒经上皮运输的整体特性，包括尺寸、形状、刚度和材料等，阐明了影响其经上皮运输的基本原理。

图5 不同刚性的PLGA核脂壳NPs 。(A) NPs的低温透射电镜(cro - tem)图像、杨氏模量和原子力显微镜(AFM)图像。(B) airscan显微镜下大鼠肠黏液中NPs的三维迁移率和形态。(C)脂质体的杨氏模量和原子力显微镜图像。(D)模拟中脂质体结构的代表性快照，以及粘液中脂质体配方的轨迹分析。小鼠口服各制剂后FITC -胰岛素的肠道定位。剂量相当于50 IU/kg FITC-Ins。a, b为切除的小肠上皮正常绒毛(非PPs) (a)和肠道Peyer 's贴片(PPs) (b)的CLSM图像。白色箭头表示FITC标记的胰岛素，刻度条表示200 μm。c肠组织中FITC -胰岛素的定量(mean±SD, n = 3). *p < 0.05

表2 不同类型载体材料制备的纳米颗粒及其优势

4.1 粒径

纳米颗粒的粒径是影响其上皮转运的整体特性之一，因为它在转运过程中起着调节作用，如细胞摄取、细胞内转运和胞吐作用。载维生素B12的大豆蛋白(SPI)纳米颗粒在Caco-2细胞单层上的转运效率与颗粒大小有关，在30 nm > 100 nm > 180 nm的转运过程中，转运顺序依次递增。在不同的纳米颗粒中，大小为100nm的纳米颗粒的细胞摄取量最高。此外，纳米颗粒的大小可以调节细胞内的分布。Schubbe等人证实，32 nm的SiO₂纳米颗粒能被肠上皮细胞迅速内化，并在细胞核内显著定位，而83 nm的SiO₂纳米颗粒则不能穿透细胞核。值得注意的是，颗粒大小对细胞摄取的影响是不同的，甚至表现出相互矛盾的结果。Desai等人合成了一系列不同尺寸的PLGA纳米颗粒(100 nm, 500 nm, 1 um和10 um)，并观察到最小的颗粒(100 nm)表现出最高的肠道吸收水平。相反，Mitragotri的研究小组发现，较小的纳米颗粒(50和200 nm)比较大的纳米颗粒(500和1000 nm)在跨上皮运输中表现出更高的效率，颗粒尺寸减小与增强的跨上皮运输之间呈反比关系。然而，在50 nm和100 nm尺寸的纳米颗粒之间，上皮转运效率没有显著差异。因此，选择较小尺寸范围(50-200nm)的纳米颗粒可能更有利于增强其细胞摄取和经上皮运输。

4.2 形状

纳米颗粒的形状也对上皮细胞的细胞摄取和上皮转运行为有重要影响。Yu 等人对球形纳米颗粒和杆状纳米颗粒与肠道粘膜的相互作用进行了比较研究，发现杆状纳米颗粒通过“旋转-跳跃”机制具有更强的粘液穿透能力。此外，这些棒状纳米颗粒表现出延长粘膜滞留时间和增强肠粘膜吸收。Banerjee等人比较了杆状、圆盘状和球形纳米颗粒的细胞摄取、细胞内运输和经上皮运输。他们的发现表明，细胞对纳米颗粒的吸收效率是棒状>盘状>球形的顺序。在生物素配体表面修饰后，所有纳米颗粒组的细胞摄取和上皮转运效率均有显著改善;然而，在棒状纳米颗粒中观察到最高的增强。此外，纳米颗粒的形状可以显著影响其在细胞内的分布。与球形和圆盘状纳米颗粒相比，杆状纳米颗粒更容易被细胞通过内质网-高尔基体途径优先运输;因此，它们更有可能跨肠上皮细胞层运输。杆状纳米颗粒的细胞吸收量更高，它们表现出理想的细胞内运输途径和增强的经上皮运输效率，这可归因于它们与细胞膜的接触面积和方式。然而，目前，无机材料主要用于合成非球形纳米颗粒，以研究形状对口服纳米颗粒吸收的影响。利用可生物降解的有机材料制备非球形纳米颗粒仍然存在挑战。因此，值得考虑利用3D打印、微流体和其他技术来设计和制造可降解的非球形口服给药系统。

4.3 刚性

近年来，刚性作为纳米粒子的重要理化参数之一，受到越来越多的关注。刚性通常以杨氏模量为特征，并与材料成分密切相关。在自然界中，病毒、细胞和某些实体可以根据生理活动的不同阶段来调整它们的刚性。先前的研究表明，刚性显著影响纳米颗粒在黏液层上的扩散。Yu等人设计了杨氏模量为7 Mpa至约106 Mpa的PLGA核脂壳NPs(图5A)。研究发现，半弹性NPs (50 Mpa)在所有NPs中穿透黏液的能力较好，其变形为椭球状，在黏液中表现出旋转运动(图5A和B)。相比之下，软质NPs (7 Mpa)变形过度且不规则。而硬NPs (106 Mpa)几乎完全保持了其球形(图5A和B)。在Yu等人的另一项研究中，对于不同硬度的脂质体也观察到了类似的现象(图5C)。与软质(Lip1)和硬质(Lip6)脂质体(图5C和D)相比，中等硬度的脂质体(Lip4)变形成椭球状，具有更好的扩散性。因此，保持中等硬度对于脂质聚合物纳米颗粒和脂质体在黏液层中扩散是理想的，并且脂质体也具有更好的口服吸收。进一步研究纳米颗粒硬度对上皮转运的影响。Zheng等人构建了一系列具有不同交联程度的两亲性凝胶纳米颗粒，并探索了纳米颗粒的细胞摄取、细胞内运输和经上皮运输。有趣的是，具有较高弹性的纳米颗粒具有更好的细胞摄取和经上皮转运能力。机制研究表明，刚性较高的纳米颗粒往往通过内质网、高尔基体、微管和小泡等胞吐相关途径进行转运，因此具有较高的胞吐效率。另一方面，刚性较低的纳米颗粒更容易被溶酶体捕获，导致胞吐效率较低。此外，Yu等人研究了调节配体修饰纳米颗粒硬度的策略，并观察到这种调节对新生儿Fc受体结构域结合肽(FcBP)修饰纳米颗粒和原始纳米颗粒的经上皮转运具有相似的影响。他们发现增加刚性有利于增强上皮转运。值得注意的是，纳米颗粒的刚性主要取决于组成它们的不同材料的类型和比例，从而导致不同纳米颗粒之间的成分变化。因此，需要进一步研究纳米颗粒硬度与上皮转运之间的关系和规律，以扩大其适用性。

4.4 材料

纳米递送系统的载体材料在实现药物包封、屏蔽环境因素和全身代谢、延长药物在肠道内停留时间、提供靶向受体、控制药物释放等多种功能方面发挥着至关重要的作用。这些作用显著增强了胃肠道稳定性和纳米颗粒的口服吸收。根据其化学成分，这些材料可分为无机材料或有机材料。有机纳米粒子由生物大分子(如磷脂、白蛋白、壳聚糖等)和高分子材料(如PLGA、PEG等)组成。无机纳米颗粒包括金属纳米颗粒，如铁、金和银，以及非金属纳米颗粒，如二氧化钛、介孔硅和介孔碳。

4.5 整体性视角

纳米颗粒的整体性质显著影响口腔经上皮转运效率。然而，研究人员应根据实际情况和具体需求确定因素的优先顺序。纳米颗粒的大小可以通过调整制备过程或载体材料等参数来调节以达到最佳效果，而纳米颗粒形状的定制仍然存在挑战。虽然棒状纳米颗粒在口腔经上皮转运中具有优势，但非球形有机颗粒的产生通常受到缺乏通用技术条件和方法的限制。除了上述基本因素外，在设计药物递送系统时还必须考虑各种具有不同性能和优点的纳米颗粒载体材料。这些材料可能包括聚合物纳米颗粒、脂质体、金属纳米颗粒等，它们具有不同的生物相容性、稳定性和药物释放特性，需要根据具体应用选择最合适的载体材料。一些研究人员已经使用PLGA或脂质体开发了非球形有机纳米颗粒，但由于潜在的膨胀或变形，其给药后形状需要进一步研究。尽管3D打印技术逐渐应用，但非球形纳米颗粒在药物输送系统中的安全性仍需要进一步观察和研究。此外，纳米颗粒应具有促进有效药物释放的能力。这可以通过使用具有适当整体性质（包括颗粒尺寸和形状）的材料来实现，所述材料能够以期望的速率和位置控制药物的释放。应根据临床需要开发具有独特特点和优势的纳米粒。

图6 影响纳米颗粒经上皮转运的表面和整体特性概述

肠上皮细胞作为肠黏膜的主要组成部分，理论上具有较大的吸收表面积。然而，实现颗粒在这些细胞中的有效运输仍然具有挑战性，导致传统口服纳米颗粒的吸收有限。在考虑安全性问题的同时，已经探索了各种策略来增强纳米颗粒在肠上皮细胞中的上皮转运。例如，纳米颗粒的材料通常根据其生物相容性和生物降解性来选择，以减轻潜在的毒性风险。此外，配体修饰和性质调节可以通过特定途径增强经上皮转运，而不会干扰上皮细胞的正常功能。与细胞旁通路相比，细胞旁通路有助于打开紧密连接，但在促进物质吸收方面缺乏选择性，本文认为跨上皮通路作为一种增强纳米颗粒口服递送的运输途径具有更大的意义。因此，寻找适当的策略来提高药物传递系统的经上皮转运效率，为未来口服纳米颗粒的临床转化提供了潜力。

研究表明，操纵纳米颗粒的表面性质，如配体修饰、表面电荷、亲疏水性，以及调节纳米颗粒的整体性质，包括尺寸、形状和硬度，可以促进纳米颗粒的上皮转运(表3)。基于对口服纳米颗粒及其性质的研究(图6)，本文总结了一些共同的结论。例如，小分子配体似乎比肽和蛋白质配体更适合于口服药物递送系统，因为胃肠道中恶劣的pH环境和消化酶可能会造成破坏。此外，脂肪酸、葡萄糖、胆汁酸等小分子配体成本更低，更容易获得，同时符合营养分子的自然吸收途径，介导细胞转运，具有更好的体内安全性。纳米颗粒的粒径先前已被证实与黏液夹持呈反比关系，因为较小的颗粒表现出增强的细胞摄取和经上皮运输效率。虽然纳米载体材料的选择可能会有所不同，但保持在50-200nm范围内的颗粒尺寸有利于口服递送。此外，还总结了纳米颗粒形状对口服给药的影响。与传统的球形纳米颗粒相比，非球形杆状纳米颗粒在粘液穿透、细胞摄取和经上皮运输方面同时增强。然而，非球形纳米颗粒的制备往往比球形纳米颗粒的制备更复杂。

在选择口服纳米颗粒材料时，关键是要考虑要递送的特定药物。基于脂质的材料具有生物相容性，并且具有增强口服吸收的能力，使得它们适合于大部分的口服递送药物。在需要控制药物释放的情况下，聚合物基材料(如PLGA和壳聚糖)可以考虑通过相应地调整聚合物的组成或比例来调节载药纳米颗粒的释放行为。此外，如果需要增强递送系统内的药物负载能力，则可采用具有多孔结构的生物可降解的无机材料，如中孔硅和中孔碳。

尽管许多研究已经从表面和整体特性的角度探索了改善纳米药物传递系统经上皮转运的策略，但它们几乎仅限于在动物模型(主要是啮齿动物模型)中实现某些改善。然而，将口服纳米制剂从基础研究转化为临床实践仍然具有挑战性。最近注册的口服纳米颗粒临床试验表明，脂质基纳米颗粒占很大比例，如脂质体(NCT03530436、NCT02278822、NCT03719326)、纳米脂球(NCT03877991、NCT01893424)、脂质晶体纳米颗粒(NCT02971007、NCT02629419)、磷脂纳米乳(NCT05742022)。其他类型的纳米颗粒包括聚合物基纳米颗粒用于乙基纤维素基聚合物纳米颗粒(NCT03774680)，蛋白质基纳米颗粒用于白蛋白稳定纳米颗粒(NCT00313599)，无机纳米颗粒用于二氧化硅纳米颗粒(NCT01772251)。银纳米粒子(NCT04978025)以及金纳米粒子(NCT05347602)在选择纳米药物载体时，具有良好生物相容性的有机材料是首选。其中，脂基材料因其易获得、可大规模生产、安全性好等优点而受到青睐。此外，为了获得理想的表面和整体特性(如电荷、亲水性、粒径和硬度)，需要过多的附加材料或更复杂的制造工艺，这将极大地限制纳米颗粒的临床转化。因此，从一开始就从经济和生产的角度考虑口服给药系统的设计是至关重要的。

此外，大部分用于口服给药的配体修饰纳米颗粒几乎没有进展到临床试验阶段。本文推测这可能是由于动物和人类之间的物种差异，包括小肠吸收面积、小肠段(十二指肠、空肠和回肠)的长度和比例以及肠道受体和转运体的表达的差异。在这些因素中，肠黏膜受体和转运体表达的差异可能在配体修饰纳米颗粒的临床翻译中起着更为关键的作用。例如，对于肠肽转运蛋白和葡萄糖转运蛋白，人HPET1和SGLT1的表达高于小鼠，而PEPT1、GLUT1和GLUT5的表达低于大鼠。人顶端钠依赖性胆汁酸转运蛋白(ASBT)的活性高于大鼠。因此，针对人体内低表达的受体或转运体，配体修饰可能无法在人体内达到预期的效果。因此，在口服给药配体的开发中，考虑肠道受体或转运体的特定亚型并优先考虑在人类中表达水平较高的靶点是至关重要的。同时，采用更多更接近人类的动物模型，而不仅仅是啮齿类动物模型，可以更准确地评估纳米颗粒的有效性及其临床转化的潜力。

由于制备工艺、材料组成和所使用的治疗药物的变化，这些性质调节的方法可能不是普遍适用的。因此，根据纳米颗粒的特性和给药目的地选择合适的给药策略势在必行。此外，一些尚未解决的问题仍然存在:(1)纳米颗粒经上皮运输的表面性质和整体性质之间是否存在协同促进或相互抑制作用?(2)哪些特定的纳米颗粒性质被认为是重要的贡献者?(3)纳米颗粒经上皮转运是否有其他影响因素?此外，除了常用的上皮细胞单层等体外模型外，重要的是要采用多种合适的体内模型来共同研究口服药物给药的过程、有效性和机制。

文献来源：Yaxian Zheng, Shiqin Luo, Min Xu, Qin He, Jiang Xie, Jiawei Wu, Yuan Huang. Transepithelial transport of nanoparticles in oral drug delivery: From the perspective of surface and holistic property modulation.Acta Pharmaceutica Sinica B 2024;14(9):3876-3900

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