《International Journal of Nanomedicine》：Recent Progress in Selenium Nanomedicines for Ocular Diseases
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本综述系统阐述了硒（Se）纳米粒子（SeNPs）在眼科疾病治疗中的前沿进展。作为必需微量元素，Se固有的抗氧化、抗炎等多重生物活性使其成为理想治疗基础，但其临床应用受限于狭窄的治疗窗口和低生物利用度。纳米技术通过构建SeNPs，成功克服了这些局限，实现了增强的生物利用度、降低的毒性以及靶向药物递送。文章详细探讨了SeNPs在糖尿病视网膜病变（DR）、视网膜新生血管化、感染性角膜炎和白内障等多种眼病模型中的显著治疗效果及内在作用机制。更值得一提的是，以CdSe/ZnS量子点（QDs）在视网膜色素变性（RP）患者中进行的首次I期临床试验，已初步证明了其耐受性并显示出视功能改善，标志着硒纳米药物已步入临床转化阶段。基于PubMed等数据库的全面文献回顾，本文阐明了SeNPs如何将其固有的多机制生物活性与靶向、刺激响应性药物递送独特地协同，确立了其作为应对复杂眼病、具有重大临床转化潜力的多功能纳米平台地位。
硒纳米药物：眼科治疗的新兴多功能平台
引言
全球视力损害是一个紧迫的公共卫生挑战，影响着超过22亿人。在老年人群中，白内障、年龄相关性黄斑变性（AMD）、青光眼和糖尿病视网膜病变（DR）是导致视力丧失的主要原因。传统的眼科药物治疗因生物利用度低和剂量相关的毒性而受限，凸显了对更安全、更有效疗法的迫切需求。硒（Se）作为一种必需的微量元素，在抗氧化防御、氧化还原稳态和免疫调节中至关重要。尽管元素硒在眼部生理和疾病中的作用已有充分记载，但其临床应用受限于狭窄的治疗窗口和较差的生物利用度。为了克服这些限制，硒纳米粒子（SeNPs）作为一种更优的替代方案出现，提供了增强的生物利用度、降低的毒性以及靶向药物递送的能力。强有力的临床前证据支持了硒纳米药物在DR、视网膜新生血管化、感染性角膜炎和白内障模型中的治疗潜力。值得注意的是，临床转化的初始阶段正在进行中，一项涉及CdSe/ZnS量子点（QDs）治疗视网膜色素变性（RP）患者的开创性I期试验已证明了其耐受性并改善了视功能。基于对PubMed、Scopus、Web of Science和Google Scholar的文献检索，本综述对用于眼病的硒基纳米药物进行了全面且最新的分析。
硒与硒蛋白
硒的生物学意义通过其融入约25种硒蛋白来实现，这些蛋白主要是强效的氧化还原酶。主要家族包括：（i）谷胱甘肽过氧化物酶（GPX），其中硒依赖型同工酶（GPX1–4, GPX6）还原氢过氧化物和脂质过氧化物；（ii）碘甲状腺氨酸脱碘酶（DIO1-3），通过将甲状腺素（T4）转化为活性三碘甲状腺原氨酸（T3）或无活性的反T3（rT3）来控制甲状腺激素活性；（iii）硫氧还蛋白还原酶（TrxRs; TXNRD1–3），它们维持硫氧还蛋白氧化还原循环以调节细胞氧化还原稳态并支持转录因子激活。
在眼部，硒对于维持眼氧化还原平衡和视觉功能至关重要。研究表明，硒缺乏会降低眼部GPX活性并加剧氧化损伤。在角膜表面，硒通过抗氧化、抗炎和修复途径调节角膜健康。流行病学证据进一步将全身硒状态与视觉功能联系起来。在晶状体中，硒对年龄相关性白内障（ARC）具有保护作用。然而，硒在青光眼病理生理学中表现出双重作用：全身过载或饮食过量会增加疾病风险，而房水中的中等水平可能具有保护作用。在后节，硒的作用复杂且多方面，涉及对氧化损伤的调节，并与AMD、DR等疾病的风险和进展相关。
元素硒的局限性
硒的毒性特征关键取决于其化学形态和剂量。无机形态通常比有机形态具有更急性的毒性。常规硒形式的生物利用度差和非特异性生物分布损害了靶向硒蛋白的激活。这些固有的局限性为开发SeNPs提供了令人信服的理由。
硒纳米粒子的理化特性与药代动力学
SeNPs的生物行为和治疗效果受其理化特性的复杂相互作用支配，其中尺寸尤为关键。尺寸直接影响细胞摄取机制，因为内吞作用对于小于50 nm的纳米粒子在关键眼细胞类型（如人角膜上皮细胞和视网膜组织）中最为有效。表面工程解决了未改性SeNPs因高表面能而聚集成惰性黑色团簇的不稳定性问题。用氨基或羟基配体稳定可通过静电排斥促进单分散球体的形成，从而提高胶体稳定性、延长角膜滞留时间并降低急性毒性。进一步的功能化（如使用RGD肽）可实现受体介导的内吞作用，显著增强药物在角膜和视网膜等特定眼组织中的积累。
SeNPs的药代动力学特征取决于给药途径。口服给药后，SeNPs在胃肠道环境中迅速吸附生物分子形成蛋白质冠，这决定了随后的肠道吸收和全身生物分布。全身清除受尺寸、表面涂层和蛋白质冠的调控。小于肾脏过滤阈值（约5–6 nm）的颗粒会被肾脏迅速排泄，而较大的或聚乙二醇（PEG）修饰的纳米粒子则表现出更长的循环时间，并通过肝胆系统处理。
与常规硒形式相比，SeNPs显示出增强的生物安全性，急性半数致死剂量（LD50）相对于亚硒酸盐增加了七倍，且无肝毒性和生长抑制。在亚急性毒性评估中，SeNPs未引起组织病理学改变，维持了正常的血清生物标志物水平，同时增强了肝脏抗氧化酶活性并减轻了遗传毒性。
功能设计与合成
合成方法决定了SeNPs的理化特性。当前策略分为物理、化学和生物方法，各有优缺点。物理技术（如脉冲激光烧蚀）可生产高纯度SeNPs，但需要专门仪器且可扩展性有限。化学还原法使用还原剂和稳定剂将无机硒前体转化为SeNPs，是最普遍的方法，但残留试剂可能带来细胞毒性和免疫原性。相比之下，利用微生物、植物提取物或酶系统的生物合成在温和、环境友好的条件下将硒前体转化为SeNPs。天然存在的生物分子作为原位封端和稳定剂，增强了生物相容性和胶体稳定性。
治疗机制与应用
硒纳米药物的治疗意义在眼科已有良好基础，但硒基纳米药物的探索是较新的发展，大部分进展发生在过去五年内。本综述及时综合了这些进展，重点关注创新平台，如零价SeNPs、硒基复合纳米材料以及金属硒化物。这些纳米平台通过利用硒的固有生物活性、实现靶向和刺激响应性药物递送以及促进协同治疗效果，促进了精确的眼科治疗。某些金属硒化物还通过物理能量转换发挥作用。在这些研究中，纳米平台已展现出广泛的有益功能，包括抗氧化、抗炎、抗血管生成、抗菌、屏障修复和神经保护作用，以及作为药物载体的实用性。
视网膜新生血管化
视网膜新生血管疾病，包括增殖性DR、视网膜血管阻塞（RVO）和早产儿视网膜病变（ROP），是全球失明的主要原因。Nie等人开发了使用冻干葡萄提取物生物合成的球形SeNPs（15–50 nm）。这些纳米粒子在人脐静脉内皮细胞（HUVECs）中表现出强大的剂量依赖性抗血管生成作用，抑制增殖、迁移和管形成，且无明显细胞毒性。在小鼠氧诱导视网膜病变（OIR）模型中，玻璃体内注射SeNPs通过抑制内皮细胞增殖来减轻病理性血管生成。机制上，SeNPs抑制PI3K-AKT通路，导致p21上调和关键细胞周期调节因子（CDK2, Cyclin A1, MCM5/7）下调，从而诱导G1期细胞周期停滞。
糖尿病视网膜病变
DR是糖尿病的主要微血管并发症，也是全球视力丧失的主要原因。Khashaba等人证明了化学合成的球形SeNPs（20–25 nm）在链脲佐菌素（STZ）诱导的DR大鼠模型中优于元素硒。SeNPs的治疗作用是多方面的：它们显著降低血糖，比元素硒起效更快；通过增强总抗氧化能力（TAC）和降低丙二醛（MDA）水平来减轻氧化应激；抑制TLR4/NF-κB信号通路以减弱促炎细胞因子的释放；下调血管内皮生长因子（VEGF）表达，减少病理性新生血管形成；并显著改善视网膜结构。
Niu等人合成了多孔Se@SiO2纳米球（约55 nm），具有硒核和多孔二氧化硅壳。在糖尿病db/db小鼠中，单次玻璃体内注射这些纳米球显著减轻了视网膜血管病变。治疗抑制了视网膜脂质过氧化，减轻了炎症，并通过上调GPX4和提高还原型/氧化型谷胱甘肽（GSH/GSSG）比率来恢复氧化还原稳态。这些效应共同通过上调紧密连接蛋白和减少无细胞毛细血管来增强血-视网膜屏障完整性。
视网膜缺氧
视网膜缺氧是许多视网膜疾病发病机制的关键驱动因素，包括青光眼、DR和RVO。Ozkaya D等人的一项机制研究表明，在视网膜色素上皮（ARPE-19）细胞中，缺氧会触发DNA损伤，激活聚（ADP-核糖）聚合酶-1（PARP-1）以产生腺苷二磷酸核糖（ADPR）。ADPR与活性氧（ROS）共同激活瞬时受体电位美拉他汀2（TRPM2）通道，引发大量Ca2+内流。这一级联反应导致线粒体膜去极化、过量ROS产生和炎性细胞因子（TNF-α, IL-1β）释放，最终导致细胞凋亡。他们的发现表明，聚乙二醇化（PEGylated）的SeNPs通过抑制TRPM2电流密度、下调PARP-1和TRPM2表达来减轻这些病理标志物，从而提供保护。
白内障
氧化应激是白内障发展的关键因素。Zhong等人证明，负载枸杞多糖的SeNPs（LBP-SeNPs, 150–200 nm）能显著保护人晶状体上皮细胞（HLECs）免受UVB诱导的损伤。在最佳浓度范围（0.5–4 μmol/L）内，LBP-SeNPs以低细胞毒性促进细胞增殖。保护作用归因于LBP和纳米硒平台提供的增强细胞摄取能力的综合抗氧化能力。
在另一项研究中，Al-Bassam等人合成了用D-α-生育酚聚乙二醇琥珀酸酯（TPGS-SeNPs, ~44 nm）包覆的稳定球形SeNPs。这些纳米粒子在体外表现出强大的自由基清除活性。关键发现是，在低生物相容浓度（≤0.4 μg/mL）下，TPGS-SeNPs选择性地增强了关键内源性抗氧化酶的活性，比同等剂量的硒代蛋氨酸更有效地激活GPX，并剂量依赖性地增加TrxR活性。在此浓度下，它们可防止H2O2诱导的细胞死亡，而更高浓度则导致三磷酸腺苷（ATP）产生减少和线粒体功能障碍。
眼部感染
SeNPs通过协同机制表现出广谱抗菌活性，主要通过ROS诱导的微生物脂质、蛋白质和DNA的氧化损伤。在细菌和真菌中，它们损害膜和细胞壁完整性，导致内容物泄漏和代谢紊乱。对于病毒，SeNPs可与病毒刺突等关键结构蛋白结合以防止宿主细胞感染，同时可能增强免疫介导的抗病毒反应。
Nikam等人将抗生素环丙沙星与SeNPs（SeNPs-Cipro）结合，用于治疗棘阿米巴角膜炎。该结合物表现出强大的协同抗阿米巴活性，将半数致死浓度（LC50）降低了33.43%，抑制包囊形成，并完全阻断脱囊，所有这些都在细胞毒性最小的情况下实现。
干眼病
Ou等人开发了一种负载超小型（约2.8 nm）抗氧化铜硒化物纳米粒子（Cu2-xSe NPs）的醛功能化F127水凝胶（AF127）。这些纳米粒子作为双重纳米酶，模拟SOD和GPX以有效清除ROS。在人角膜上皮细胞（HCECs）中，它们减轻了氧化损伤，抑制了细胞凋亡，并通过激活核因子E2相关因子2（NRF2）通路和抑制p38丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号传导来减少炎症。在小鼠干眼病（DED）模型中，该制剂修复了角膜上皮，恢复了结膜杯状细胞，并增强了泪液分泌。
Yang等人开发了一种基于含硒共聚物Se-PEG-PPG的ROS响应型纳米载体，该载体自组装成亚50 nm的胶束（CSA@Se-PEG-PPG），能高效封装高度疏水的免疫抑制剂环孢素A（CSA），并提供固有的抗氧化能力以实现双靶点治疗。该共聚物表现出良好的生物相容性，挽救了H2O2诱导的HCECs氧化应激，并促进了出色的细胞摄取。
视网膜色素变性
CdSe/ZnS QDs的优异光学特性使其能够通过光电转换实现高分辨率成像和靶向治疗。一项首次人体I期安全性研究（NCT04008771）在20名RP患者中玻璃体内注射CdSe/ZnS QDs，显示了良好的耐受性。核心硒化镉通过坚固的双层封装（即ZnS壳和亲水性二肽涂层）被隔离，有效缓解了生物安全问题。研究未发现不良事件可归因于QDs。值得注意的是，在重度RP患者中，平均最佳矫正视力（BCVA）有所改善。
挑战与未来展望
尽管有强有力的临床前证据，但硒纳米药物的临床转化仍面临重大挑战。一个主要障碍是动物模型与人类之间的解剖和生理差异，这使实验数据的直接外推变得复杂。此外，这些纳米药物在眼组织内的生物转化机制仍知之甚少，限制了对它们细胞相互作用和长期效应的机制性理解。这些纳米粒子的生物安全性和有效性根本上受其理化特性的控制。为了弥合这一转化鸿沟，建立全面的临床前生物安全性档案势在必行。
该领域的进一步发展需要在制造和监管方面双管齐下。迫切需要开发可扩展、绿色的生物源SeNPs合成方法，以确保高生物功效、低毒性和结构稳定性。同时，必须解决关键的监管空白，特别是由于缺乏长期生物安全性数据而产生的分类不确定性，这目前阻碍了标准化制造和临床批准。
硒纳米药物通过几种病理驱动策略正在推动眼科治疗向智能和精准医学发展。一个关键发展是治疗诊断一体化SeNP平台，它整合了造影剂用于无创、实时可视化药物分布。另一重要策略是利用硒固有氧化还原活性的病理响应型SeNPs系统，用于时空控制的药物释放。展望未来，人工智能（AI）和机器学习的整合正在革新这一领域。
结论
总之，硒纳米药物通过将靶向药物递送、固有生物活性和诊断能力统一到单一平台，代表了眼科治疗学的一个有前景的范式。它们已展现出强大的抗氧化、抗炎、抗血管生成、抗菌、屏障修复和神经保护功能。一个关键优势在于它们的可工程性，允许精确递送药物到特定的眼部结构，同时作为成像剂用于治疗监测。尽管当前的研究工作主要集中在临床前开发，但早期临床试验已开始探索其转化可行性。
然而，这些纳米材料的临床转化面临若干关键障碍，包括剂量依赖性毒性特征、动物模型与人类生理学之间的物种差异以及缺乏标准化、可扩展的制造方案。因此，未来的研究必须专注于通过计算设计优化材料特性、探索协同联合疗法以及进行严格、长期的安全性研究。通过系统性地应对这些挑战，硒纳米药物具有强大的潜力，可发展为治疗威胁视力疾病的有效临床方法，为眼科治疗中未满足的需求提供新的解决方案。
