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茶多酚和5-羟色胺纳米颗粒通过氧化共聚制备，兼具抗炎抗氧化和黏膜修复功能，在急性结肠炎模型及IL-10缺陷慢性结肠炎模型中显著改善症状，调控巨噬细胞极化、抑制NF-κB和炎症小体，激活MAPK/PI3K-AKT通路促进上皮修复，并开发热敏凝胶递送系统。
李天|黄佳欣|徐有伟|赵盼盼|李彦坤|魏晓敏|李明东|江世银|黄倩萍|徐毅|卢彩阳|丁金松|周文虎|高翔
中南大学第三湘雅医院消化内科，中国湖南省长沙市410013
摘要
炎症性肠病（IBD）是一种慢性且反复发作的胃肠道疾病，其特征是持续的炎症和肠道屏障的破坏。目前的治疗方法通常仅关注炎症的控制，缺乏有效的黏膜修复能力，导致治疗效果不佳和不良反应。为了解决这一问题，我们通过表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）和5-羟色胺（5-HT）的氧化共聚反应制备了茶多酚和5-羟色胺纳米颗粒（TPSNs），结合了这两种成分的抗炎、抗氧化和黏膜修复功能。我们在硫酸葡聚糖钠（DSS）诱导的急性结肠炎模型中，以及IL-10敲除的慢性结肠炎小鼠模型中，系统评估了TPSNs的治疗效果。机制研究表明，TPSNs能有效清除活性氧和氮物种（RONS），促进M1型巨噬细胞向M2型巨噬细胞的极化转变，抑制焦亡和NF-κB信号通路，并激活MAPK和PI3K-AKT通路，从而增强上皮细胞的增殖和迁移。此外，我们将TPSNs制成一种热敏性原位凝胶，用于直肠给药，以实现局部和持续的药物释放。体内实验表明，TPSNs显著改善了疾病症状和组织病理学特征，生物安全性评估显示其对主要器官没有明显的毒性，也没有破坏肝脏和肾脏功能。这些发现表明TPSNs是一种安全有效的纳米治疗候选物，能够同时作用于炎症和黏膜修复途径，用于IBD的综合治疗。
引言
炎症性肠病（IBD）是一组慢性且反复发作的胃肠道疾病，其特征是持续的炎症和肠道屏障的破坏。[1] 由于病程长、复发率高以及临床表现复杂，IBD已成为一个紧迫的全球公共卫生问题。[2],[3] 越来越多的证据表明，肠道驻留巨噬细胞的免疫代谢失调是IBD发病机制的核心。[4] 特别是，病变区域存在大量经典激活的M1型巨噬细胞，这些巨噬细胞会产生过量的活性氧和氮物种（RONS），以及促炎细胞因子和趋化因子。[5] 这些介质会促进肠道上皮细胞（IECs）的凋亡，破坏黏膜完整性，最终引发“炎症-黏膜损伤”循环，加剧胃肠道功能障碍。[6],[7] 鉴于这种病理机制，有效的IBD治疗需要减轻炎症并修复受损的肠道屏障。[8] 治疗策略主要侧重于抑制炎症，例如使用5-氨基水杨酸衍生物[9]、皮质类固醇[10]、单克隆抗体[11]和JAK-STAT抑制剂[12]。然而，这些方法对黏膜修复的效果有限，且长期使用可能产生严重的副作用，因此迫切需要具有双重抗炎和屏障修复功能的更安全、更有效的治疗方案。
最近的研究主要集中在三个关键方面：抑制IECs凋亡[13]、促进紧密连接蛋白的修复[14]以及增强肠道干细胞的活性[15]。在肠道微环境中，5-羟色胺（5-HT）在黏膜稳态中起着关键作用。[16] 5-HT主要由肠道肠嗜铬细胞合成，参与肠道运动、肠神经系统发育和上皮细胞更新。[17],[18] 机制研究表明，刺激5-HT1A受体可以通过第二信使级联反应激活丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）和磷脂酰肌醇3-激酶/丝氨酸苏氨酸蛋白激酶（PI3-K/AKT）信号通路，其中MAPK抑制IECs凋亡，而PI3-K/AKT促进上皮细胞增殖，显示出其在黏膜修复中的治疗潜力。[19] 然而，5-HT的临床应用受到其快速全身代谢和广泛受体分布的限制，可能导致脱靶效应。
有趣的是，5-HT在轻微碱性条件下可以发生氧化聚合，形成聚5-羟色胺（PST）[20]，这种物质在酸性环境中具有pH敏感性的降解特性。我们之前的研究表明，PST可用作功能性涂层材料，在IBD病变的酸性微环境中实现局部、持续释放5-HT。[21] 同时，表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）——一种从茶叶中提取的多酚化合物——可以通过氧化聚合形成纳米颗粒（茶多酚纳米颗粒，TPNs）[22],[23],[24]。TPNs保留了EGCG的抗氧化和抗炎特性，抑制焦亡，并在IBD模型中显示出治疗潜力。
基于这些发现，我们开发了一种新型混合纳米颗粒系统——茶多酚和5-羟色胺纳米颗粒（TPSNs），通过EGCG和5-HT的氧化自聚反应并在Mn2+催化下进行超分子自组装形成（图1A）。该系统利用了两种成分的互补生物活性：TPNs部分具有强大的自由基清除能力，促进M1型巨噬细胞向M2型巨噬细胞的极化转变，抑制活化B细胞的核因子κ-light-chain增强子（NF-κB）信号通路，并抑制焦亡；PST部分激活MAPK和PI3-K/AKT通路，促进IECs迁移、存活和紧密连接蛋白（ZO-1、occludin）的重建，同时维持肠道黏液中的MUC2分泌，从而增强屏障修复。这一多功能设计直接针对IBD的双重病理特征——炎症和屏障功能障碍。我们在硫酸葡聚糖钠（DSS）诱导的急性结肠炎模型中，以及IL-10敲除的慢性结肠炎小鼠模型中，全面评估了TPSNs的治疗效果。此外，为了实现临床转化和患者可接受的给药方式，我们将TPSNs制成热敏性原位凝胶，用于直肠给药（图1C），从而在炎症部位实现局部、持续的药物释放。这项工作提出了一种结合纳米医学和生物活性分子递送的IBD治疗新策略。
TPSNs的制备与表征
我们首先使用EGCG和5-HT作为单体前体，通过锰离子（Mn2+）催化的氧化自聚反应制备了TPNs和PST。动态光散射（DLS）分析显示，TPNs和PST的水合颗粒尺寸分别为206 nm和156 nm（图1A）。表面电荷分析表明，TPNs由于表面含有丰富的酚羟基而呈现负ζ电位；相比之下，PST由于含有阳离子基团而呈现正电位。
结论
总结来说，我们成功设计并开发了一种新型多功能纳米颗粒系统——TPSNs，通过整合EGCG和5-HT来应对IBD的双重治疗挑战：慢性炎症和肠道屏障破坏。TPSNs通过促进M1型巨噬细胞极化、抑制NF-κB和抑制焦亡，展现出强大的抗氧化和抗炎活性，同时通过激活MAPK和PI3-K/AKT通路促进上皮修复。
材料
表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）购自成都Wagott Bio-Tech有限公司（中国成都）。5-羟色胺盐酸盐购自上海Yuanye生物技术有限公司（中国上海）。壳聚糖（分子量=1000000）、β-甘油磷酸二钠盐、三羟甲基氨基甲烷和硝普钠由上海Macklin生化技术有限公司（中国上海）提供。四水合氯化锰和氢氧化钠也由该公司提供。
CRediT作者贡献声明
徐有伟：撰写原始稿件、方法学设计、实验研究、数据分析、概念构思。
高翔：撰写与编辑、项目管理、数据分析、概念构思。
黄佳欣：撰写与编辑、原始稿件撰写、验证、实验研究、数据分析、概念构思。
周文虎：撰写与编辑、原始稿件撰写、项目管理、概念构思。
丁金松：数据可视化。
利益冲突
作者声明不存在任何可能影响本文研究的利益冲突。
利益冲突声明
? 作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本工作得到了中国湖南省自然科学基金（编号2025JJ50699）、湖南省教育局研究基金（编号23A0002）以及湖南省研究生创新基金（编号CX20240024）的支持。
