仿生納米材料在治療炎癥相關(guān)性疾病中的研究進(jìn)展*

馮華國,代國華,李 斌 綜述,龔建平,魯 靈△ 校審

(1.重慶市江津中心醫(yī)院肝膽外科 402260；2.重慶市江津中心醫(yī)院腎內(nèi)科 402260;3.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院肝膽外科 400010)

納米材料是指單個單元尺寸在1～1 000納米的材料，在幾乎所有的領(lǐng)域都廣泛研究和應(yīng)用[1]。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，納米粒主要體現(xiàn)了其載藥性、靶向性及成像性等優(yōu)點，但不同納米粒表現(xiàn)出的細(xì)胞毒性作用、免疫原性反應(yīng)及靶向性差等缺點限制了納米材料在臨床上的廣泛應(yīng)用[2-3]。仿生型納米材料是由仿生材料和納米材料組成，通過將仿生材料(如細(xì)胞膜、脂蛋白、病毒或細(xì)菌等)與納米粒進(jìn)行特殊的整合，形成具有一定生物特性的仿生型納米粒，通過這種方式合成的仿生納米粒不僅有效降低了原納米粒對細(xì)胞的毒性作用和免疫原性作用，同時提高了納米粒的組織相容性和生物靶向性等特點，進(jìn)而實現(xiàn)對疾病更好地診療[3-5]。炎癥是機(jī)體最常見的病理過程，是免疫細(xì)胞參與的機(jī)體組織對損傷因子做出的防御性反應(yīng)[6]。炎癥相關(guān)性疾病可以分為急性炎癥性疾病和慢性炎癥性疾病。急性炎癥性疾?。喝鐒?chuàng)傷、感染和急性免疫排斥反應(yīng)等；慢性炎癥性疾?。喝鐒用}粥樣硬化癥、關(guān)節(jié)炎和腫瘤免疫等[7-8]。普通納米材料和仿生型納米材料在腫瘤中的應(yīng)用研究一直是納米材料研究的焦點[9]。近年來，仿生型納米材料在除腫瘤外的炎癥和炎癥相關(guān)性疾病中的應(yīng)用研究也成為研究的熱點并取得了許多進(jìn)展[10]，現(xiàn)綜述如下。

1 仿生納米材料與膿毒血癥

革蘭陰性菌感染及多重耐藥病菌感染引發(fā)的重癥感染是臨床棘手的病癥，每年因這些病菌感染并發(fā)內(nèi)毒素休克死亡的病例高居不下[11]。內(nèi)毒素是革蘭陰性菌細(xì)胞壁的脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)成分，革蘭陰性菌在血液中繁殖時，大量LPS通過與機(jī)體巨噬細(xì)胞膜上Toll樣受體4(toll receptor 4,TLR4)結(jié)合，使巨噬細(xì)胞被過度激活，產(chǎn)生大量包括腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細(xì)胞介素(IL-)6和IL-1β在內(nèi)的炎性因子，引起多器官功能損傷和衰竭，是臨床膿毒血癥致死的主要原因[11-12]。此外，在大量LPS持續(xù)刺激下，機(jī)體免疫細(xì)胞在免疫早期經(jīng)過免疫過度激活后會出現(xiàn)免疫細(xì)胞大量凋亡而使免疫系統(tǒng)處于功能衰竭的狀態(tài)，此時患者容易繼發(fā)二次感染或多重感染，這也是導(dǎo)致晚期膿毒血癥患者死亡的主要原因[13]。THAMPHIWATANA等[14]通過提取J774小鼠巨噬細(xì)胞，通過低滲溶解、機(jī)械破壞和差速離心的方式得到純化后的巨噬細(xì)胞膜，用超聲將巨噬細(xì)胞膜變成膜囊泡，再與PLGA納米粒子合成巨噬細(xì)胞膜包被的納米粒(MΦ-NPs)。通過檢測發(fā)現(xiàn)得到的MΦ-NPs的表面具有活性良好的LPS結(jié)合位點，如CD126，CD14和TLR4，此外，合成的MΦ-NPs具有在血液中循環(huán)時間長、機(jī)體殘留率低和低毒性等特點。通過腹腔注射LPS的方式構(gòu)建小鼠膿毒血癥模型，將MΦ-NPs通過尾靜脈注入小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)與單純膿毒癥小鼠比較，MΦ-NPs組小鼠總的生存率提高，血清中炎癥因子IL-6、TNF-α和IFN-γ的水平更低，其具體分子機(jī)制是MΦ-NPs表面膜的活性成分，尤其是TLR4，通過中和膿毒血癥小鼠血清中LPS，降低血清中游離LPS水平，減少機(jī)體免疫細(xì)胞的過度激活，通過減輕炎癥因子的釋放，緩解LPS誘導(dǎo)的小鼠膿毒血癥。通過類似的原理，WU等[15]將提取的中性粒細(xì)胞膜制成膜囊泡，與可回收的高分子納米粒制成中性粒細(xì)胞膜包被的納米粒(PEG-Mac@NPs)，PEG-Mac@NPs通過中和LPS，抑制LPS介導(dǎo)的巨噬細(xì)胞一氧化氮(nitric oxide,NO)的產(chǎn)生、環(huán)氧化酶2(cyclooxygenase-2,COX-2)和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,INOS)的表達(dá)，從而減輕LPS誘導(dǎo)的小鼠膿毒血癥的炎癥程度，提高膿毒癥小鼠的生存率。

2 仿生納米材料與器官移植耐受

器官移植通常是患者面臨終末期器官疾病唯一的治療希望。移植排斥反應(yīng)及炎性損傷(如缺血再灌注損傷)是器官移植失敗的重要原因[16]。就移植排斥反應(yīng)而言，受體免疫系統(tǒng)對供體器官或組織內(nèi)的抗原進(jìn)行識別，發(fā)起針對移植物的攻擊、破壞和清除是移植排斥反應(yīng)的基本原理，如果能實現(xiàn)受體對供體器官組織移植耐受，將是最理想的狀態(tài)。為了達(dá)到這種理想狀態(tài)，HLAVATY等[17]提取了CD4+T細(xì)胞抗原肽Dby和CD8+T細(xì)胞抗原肽Uty，這兩種抗原肽是誘導(dǎo)移植排斥反應(yīng)常見的抗原，將兩種抗原肽分別與PLG納米粒進(jìn)行偶聯(lián)，制備抗原肽偶聯(lián)的納米粒(Dby-PLG和Uty-PLG)，在小鼠進(jìn)行骨髓移植前7 d將Dby-PLG或Uty-PLG注入受體小鼠體內(nèi)，7 d后進(jìn)行小鼠骨髓移植，發(fā)現(xiàn)預(yù)注射Dby-PLG和Uty-PLG的小鼠在進(jìn)行骨髓移植后存活時間更長，說明用供體小鼠的抗原肽與納米粒合成的Dby-PLG和Uty-PLG實現(xiàn)了受體與供體間的移植耐受。類似的研究在肝臟移植和皮膚移植中也取得一定進(jìn)展。在肝移植缺血再灌注損傷方面，筆者課題組通過提取巨噬細(xì)胞的細(xì)胞膜與PLGA納米粒合成巨噬細(xì)胞膜包被的納米粒(M-NPs)，得到的M-NPs不僅具有細(xì)胞膜的生物學(xué)特性[18]，同時也具有NPs藥物遞送功能，在肝移植前將M-NPs通過尾靜脈注射的方式注入大鼠體內(nèi)，再進(jìn)行大鼠肝移植，發(fā)現(xiàn)M-NPs明顯減輕肝移植術(shù)后大鼠的肝臟損傷，血清中炎癥因子TNF-α等水平降低，同時顯著提高了移植術(shù)后大鼠的生存時間。其分子機(jī)制是M-NPs上含有大量的TLR4受體，通過與LPS結(jié)合，減輕肝移植術(shù)后大鼠血清中LPS水平，通過減少LPS介導(dǎo)的巨噬細(xì)胞炎癥因子釋放，緩解肝移植術(shù)后大鼠缺血再灌注損傷。此外，通過過表達(dá)TLR4的質(zhì)粒體外過表達(dá)巨噬細(xì)胞膜TLR4受體，再合成TLR4+-M-NPs，重復(fù)上述實驗，發(fā)現(xiàn)與M-NPs相比，TLR4+-M-NPs可以更好地緩解肝移植術(shù)后肝臟缺血再灌注損傷，實現(xiàn)肝移植術(shù)后移植耐受[18]。

3 仿生納米材料與關(guān)節(jié)炎

關(guān)節(jié)炎是一種慢性炎癥相關(guān)性疾病，是臨床上致畸致殘的常見原因[19]?？辜?xì)胞因子生物制劑的臨床應(yīng)用雖然許多研究取得了一定進(jìn)展，但是對關(guān)節(jié)炎的治療效果仍然不佳，尤其是對類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的應(yīng)答率較低。目前仿生型納米材料也應(yīng)用到對關(guān)節(jié)炎的治療。ZHANG等[20]通過提取人外周血中性粒細(xì)胞的細(xì)胞膜，將中性粒細(xì)胞膜包被到PLGA納米粒上制備中性粒細(xì)胞膜包被的納米粒(neutrophil-NPs)，合成的neutrophil-NPs繼承了細(xì)胞外膜的抗原和相關(guān)的膜功能，在小鼠關(guān)節(jié)炎模型中，neutrophil-NPs通過減輕損傷部位炎癥因子釋放改善了關(guān)節(jié)損傷的嚴(yán)重程度，展示了一種基于仿生型納米粒治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的策略。GIANNINI等[21]通過細(xì)胞松弛素B(cytochalasin B,CB)刺激巨噬細(xì)胞膜來源的微泡(macrophage-derived microvesicle,MMV)，將MMV包被在PLGA納米粒上形成微泡包被的納米粒(MNP)，形成的MNP同時具有巨噬細(xì)胞的生物功能和納米粒的遞送功能。在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎模型中，MNP顯著增強(qiáng)了納米粒的靶向性，而Mac-1和CD44是MNP顯著靶向作用的原因之一，通過MNP運載他克莫司可以顯著改善小鼠關(guān)節(jié)炎，說明MNP是一種高效的仿生載體。糖皮質(zhì)激素是治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的常用藥，但是靶向性差和毒副作用強(qiáng)等特點較為突出。YAN等[22]通過提取RAW264.7細(xì)胞外泌體(exosomes,Exo)，用外泌體包裹地塞米松(dexamethasone,Dex)，接著用葉酸(FA)-聚乙二醇(PEG)-膽固醇(Chol)化合物(FPC)修飾，合成外泌體包裹的地塞米松納米顆粒(FPC-Exo/Dex)，得到的FPC-Exo/Dex在體外可顯著抑制巨噬細(xì)胞炎癥因子的分泌，在小鼠關(guān)節(jié)炎模型中，與單純應(yīng)用糖皮質(zhì)激素比較，F(xiàn)PC-Exo/Dex展現(xiàn)出了高度靶向性、低毒性和良好的組織相容性特點，可以更好地減輕炎癥因子分泌，改善小鼠關(guān)節(jié)損傷。

4 仿生納米材料與心血管疾病

心血管疾病是威脅人類生命的嚴(yán)重疾病，是世界范圍內(nèi)的主要死亡原因之一[23]。常見的心血管疾病如動脈粥樣硬化癥和心臟瓣膜病等都是肥胖、自身免疫性疾病和感染性疾病等導(dǎo)致的慢性全身炎癥性疾病，通過誘導(dǎo)內(nèi)皮黏附分子和趨化因子的表達(dá)，從而促進(jìn)心血管疾病的發(fā)生發(fā)展[24]。仿生納米材料目前也應(yīng)用在心血管疾病的防治研究中[25]。HU等[26]通過將紅細(xì)胞膜包被的藥物納米粒與人工心臟瓣膜相交聯(lián)，得到的新型仿生瓣膜不僅降低了戊二醛對心臟瓣膜的毒性作用，也大大提高了人工生物心臟瓣膜的組織相容性、抗炎及抗凝血等功能。GAO等[27]、WANG等[28]通過制備活性氧反應(yīng)性納米粒(ROS responsive NPs)，再用提取的巨噬細(xì)胞膜包被活性氧反應(yīng)性納米粒，得到的巨噬細(xì)胞膜包被的活性氧反應(yīng)性納米粒不僅有效逃避了被機(jī)體網(wǎng)狀內(nèi)皮細(xì)胞清除，同時也促進(jìn)了納米粒對炎癥部位的靶向性，實現(xiàn)藥物在炎癥部位的緩釋，降低活性氧的產(chǎn)生，在小鼠動脈粥樣硬化模型中，這種仿生納米材料顯示出了優(yōu)越的治療效果。通過類似的方法，BOADA等[29]將雷帕霉素負(fù)載在納米粒上，再用巨噬細(xì)胞膜對納米粒進(jìn)行包被，與單純雷帕霉素負(fù)載的納米粒比較，得到的新型載藥仿生納米材料提高了藥物的組織相容性和緩釋效率，在高脂飲食誘導(dǎo)的小鼠血管炎模型中，這種新型載藥仿生納米粒更好地緩解了小鼠的血管炎癥和臟器損傷。

5 仿生納米材料與新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)

COVID-19是目前仍在肆虐全球的公共衛(wèi)生性疾病，病理生理學(xué)的研究表明，病毒引起的細(xì)胞因子釋放綜合征是導(dǎo)致死亡的主要原因[30]。COVID-19重癥感染患者出現(xiàn)全身過度炎性反應(yīng)，可導(dǎo)致肺部和多器官損傷。ZHANG等[31]研制了一種細(xì)胞納米海綿，這種細(xì)胞納米海綿主要影響宿主細(xì)胞，而不是針對病原體，這是因為COVID-19的傳染性依賴于它與目標(biāo)細(xì)胞上已知或未知的蛋白受體結(jié)合發(fā)揮作用。細(xì)胞納米海綿主要由人類細(xì)胞來源的膜構(gòu)成，這些膜來自COVID-19自然靶向的細(xì)胞(如人肺上皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞)。通過斑菌減少中和實驗探討細(xì)胞納米海綿對COVID-19感染能力的影響，發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞來源的細(xì)胞納米海綿不僅可以在早期中和COVID-19病毒活性，以減少體內(nèi)的病毒載量，甚至在疾病晚期也可以中和病毒活性，并能夠解決與COVID-19相關(guān)的暴發(fā)性炎癥?？紤]到巨噬細(xì)胞在免疫系統(tǒng)中發(fā)揮的核心作用，這種仿生納米粒的應(yīng)用范圍不僅限于COVID-19等感染，而且可能在治療膿毒癥等炎癥性疾病和其他自身免疫性疾病方面發(fā)揮重要作用。

6 仿生納米材料與其他炎癥相關(guān)性疾病

仿生納米材料除了應(yīng)用在上述疾病中外，在其他炎癥相關(guān)性疾病中的研究也較多。比如炎癥性腸病、創(chuàng)傷等。CORBO等[32]在純化的白細(xì)胞中誘導(dǎo)整合素α4β7的表達(dá)，再制備白細(xì)胞膜包被的納米粒，通過這種方法獲得的納米?？梢燥@著減輕葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的小鼠炎性腸病，減少免疫細(xì)胞浸潤結(jié)腸組織，從而減輕炎癥因子的釋放，并促進(jìn)腸道修復(fù)。TIBONI等[33]將人單核細(xì)胞系THP-1細(xì)胞的細(xì)胞膜整合到納米脂質(zhì)體(DOPG)上合成仿生納米材料，再將黑刺李提取物(PSF)整合到這種納米材料中，合成新型載藥仿生納米材料(PSF-DOPGs)。與單純的PSF比較，合成的這種PSF-DOPGs在體外不僅具有更強(qiáng)的抗炎作用，還可更好促進(jìn)傷口愈合。

7 結(jié) 語

仿生納米醫(yī)學(xué)的研究尚處于起步階段，將炎癥靶向的仿生納米粒應(yīng)用于臨床還有很長一段路要走。仿生納米粒的靶向性、對配體的高親和性、體內(nèi)循環(huán)性以及細(xì)胞毒性等問題都有待進(jìn)一步優(yōu)化。目前研究最多的是細(xì)胞膜包被的納米粒，使用特殊的細(xì)胞膜(如活化細(xì)胞和基因工程細(xì)胞) 結(jié)合不同膜特有的功能可進(jìn)一步提高藥物和納米粒的功能。對于用細(xì)胞膜蛋白設(shè)計的脂質(zhì)體，用不同來源純化的膜蛋白修飾將產(chǎn)生不同的仿生脂質(zhì)體。此外，利用特殊技術(shù)在蛋白純化過程中消耗人白細(xì)胞抗原和其他血型抗原，將有助于進(jìn)一步增強(qiáng)其在炎癥靶向中的應(yīng)用。目前仿生納米粒子，尤其是細(xì)胞膜包裹納米粒子和細(xì)胞膜蛋白修飾的脂質(zhì)體是較新的研究方向，筆者相信炎癥靶向仿生納米粒子將在納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。