具有巨噬细胞模拟特性的甘草酸修饰脂质体，用于溃疡性结肠炎中紫草素的靶向递送

《Biomaterials Advances》：Macrophage-mimetic, glycyrrhizic acid-functionalized liposomes for targeted delivery of celastrol in ulcerative colitis

巨噬细胞膜包被甘草酸修饰脂质体递送秋水仙碱治疗溃疡性结肠炎的研究

　　

杨文静|王卓如|高瑞|杨雪莲|于梦蝶|唐湛|王桥|周爱珍|程斌|于文英

杭州医学院药学院，中国杭州，310013

摘要

背景

天然化合物青木香酚（Celastrol，简称Cel）通过调节巨噬细胞的极化来缓解溃疡性结肠炎（UC）的进展。然而，其临床应用受到溶解度低、缺乏特异性靶向性和潜在毒性的限制。本研究旨在开发一种靶向且安全的药物递送系统，并评估其在UC治疗中的疗效。

方法

使用甘草酸（Glycyrrhizic acid，简称GA）替代胆固醇（Cholesterol，简称CHO）来制备新型脂质体（Liposomes，简称LPs），即GA-LPs@Cel。然后将来自RAW264.7细胞的巨噬细胞膜（Macrophage membranes，简称MM）包覆在GA-LPs@Cel上，形成MM-GA-LPs@Cel，并对其进行了表征。通过体外和体内模型评估了MM-GA-LPs@Cel的靶向递送能力、药理活性和生物安全性。

结果

与传统的CHO-LPs@Cel相比，GA-LPs@Cel表现出更强的抗炎特性和更低的毒性。MM-GA-LPs@Cel具有更好的主动靶向能力和免疫逃逸能力。它通过调节巨噬细胞的极化抑制促炎因子的分泌，促进肠道屏障的修复，并对UC显示出显著的治疗效果。这种仿生系统还降低了Cel相关的毒性。

结论

本研究开发了具有优异性能和安全性的MM包覆脂质体（MM-GA-LPs@Cel）。在UC动物模型中，该递送系统提高了Cel的治疗效果并降低了毒性，为UC的临床管理提供了一种有前景的方法。

引言

溃疡性结肠炎（UC）是一种慢性炎症性肠病，其特征是结肠黏膜持续受损。其临床表现通常包括反复出现的腹泻（伴有黏液和血液）、腹痛以及全身症状[1]。UC还与结直肠癌的风险增加有关，并被世界卫生组织归类为现代难治性疾病。目前的药物治疗主要包括氨基水杨酸盐、糖皮质激素和免疫抑制剂。尽管这些一线疗法有效，但长期使用会伴随严重的副作用、恶性肿瘤和自身免疫性疾病[2]。因此，开发既能缓解UC症状又能最小化不良影响的新治疗策略迫在眉睫，尤其是对于那些对传统疗法耐药的病例。

巨噬细胞在UC的发病机制中起着关键作用，其中促炎型M1巨噬细胞和抗炎型M2巨噬细胞之间的失衡是疾病进展的核心[3]。研究表明，UC患者的结肠组织中M1巨噬细胞显著增加，而M2巨噬细胞减少。因此，将巨噬细胞的极化从M1型重新编程为M2型是一种有前景的治疗策略，有助于恢复肠道免疫稳态。青木香酚（Celastrol，简称Cel）是一种从植物Tripterygium wilfordii Hook.F.中提取的天然三萜类化合物，具有多种药理活性[4]，[5]，已被证明可以抑制M1巨噬细胞的活化并改善小鼠模型中的UC症状[6]，[7]，[8]。然而，其临床应用受到水溶性差、生物利用度低、非特异性分布以及相关系统毒性的限制[9]。

为了克服Cel的这些药学局限性，基于纳米技术的递送系统提供了有希望的解决方案[10]，[11]。脂质体（Liposomes，简称LPs）由于具有生物相容性和能够共同递送多种药物而在各种纳米载体中脱颖而出。然而，胆固醇（CHO）作为LPs的常见结构成分，可能会引发补体激活相关的伪过敏反应，并与心血管和肺部副作用有关[12]，[13]。甘草酸（Glycyrrhizic acid，简称GA）是一种天然的橄榄烷型五环三萜皂苷，具有类似于CHO的甾体结构。它不仅增强了磷脂双层的物理化学性质[14]，还可以替代CHO用于构建新型脂质体（GA-LPs@Cel）。这一策略具有多重优势：GA的两亲性质有助于维持LPs的结构完整性并提高其稳定性；它本身具有抗炎活性[15]，[16]，并且与其他抗炎剂结合使用时表现出协同效应[17]。此外，作为甘草（Glycyrrhiza uralensis）的主要生物活性成分（在传统中医中被称为“Guolao”，以其解毒和调和配方的作用而闻名），GA通过调节代谢酶和保护细胞膜来减轻药物引起的毒性[18]，[19]，[20]。这为使用GA降低Cel相关毒性提供了药理学依据，并支持将其整合到脂质体设计中。

然而，体外合成的纳米载体容易被网状内皮系统（Reticuloendothelial system，简称RES）识别和清除，从而阻碍了药物在UC病变部位的有效积累。为了克服这一限制，人们开发了基于仿生学的药物递送系统，特别是那些使用细胞膜作为载体的系统。这些系统能够特异性地靶向炎症部位，并具有高生物相容性，在治疗炎症性疾病方面显示出巨大潜力[21]，[22]。作为关键的免疫调节细胞，巨噬细胞具有快速迁移到炎症部位的自然能力。这种归巢过程是由炎症内皮细胞上高度表达的黏附因子与巨噬细胞膜上的膜蛋白之间的特异性相互作用介导的，从而促进巨噬细胞附着在血管内皮上。此外，炎症内皮细胞释放的趋化信号引导结合的巨噬细胞渗出并浸润到炎症组织中[23]。利用这些机制，设计了MM包覆的纳米药物。这种策略不仅利用了巨噬细胞的炎症趋向性进行靶向药物递送，还通过减少RES介导的清除来延长血液循环时间[24]，[25]。

在这项研究中，我们结合了这些策略，将Cel整合到基于GA的LPs中，并进一步用MM包覆它们（图1）。该设计利用了GA的膜稳定性和抗炎特性以及MM的炎症趋向性。通过体外和体内评估，我们证明了用GA替代CHO的有效性、Cel疗效的提高以及MM包覆的主动靶向能力。我们的发现为具有改善疗效和降低系统毒性的靶向抗炎治疗提供了一种有前景的策略。

材料

青木香酚（Cel，纯度≥98%）由上海D&B生物技术有限公司提供。甘草酸（GA，纯度≥98%）由D-Chem公司提供。大豆卵磷脂和胆固醇（CHO）来自AVT制药技术有限公司（上海）。针对CD11b和CD47的抗体购自Proteintech（美国）。脂多糖（LPS）由Sigma-Aldrich（美国）提供。小鼠TNF-α、IL-6和IL-10的ELISA试剂盒购自MultiSciences（Lianke）生物技术有限公司。髓过氧化物酶（MPO）试剂盒由...

MM-GA-LPs@Cel的制备和表征

GA-LPs@Cel的包载能力和溶解度（分别为95.96%和3.09%）高于CHO-LPs@Cel（79.67%和2.57%），这表明GA-LPs具有更好的载体性能。这种改进归因于GA的两亲性质[14]，[38]。疏水性三萜核心通过范德华力与Cel分子和磷脂酰链紧密结合，从而增强了药物在脂质双层中的稳定性。

结论

在这项研究中，我们成功制备了MM-GA-LPs@Cel，并通过体外和体内实验研究了其对炎症的靶向效果、抗UC作用和生物安全性。根据中医的配伍原则，Glycyrrhiza uralensis Fisch和Tripterygium wilfordii Hook.F.的组合有望增强治疗效果同时降低毒性。我们最初用GA替代CHO来构建GA-LPs@Cel，实验结果...

作者贡献声明

杨文静：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，方法学。王卓如：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，方法学。高瑞：撰写 – 原稿，方法学。杨雪莲：数据可视化，数据管理。于梦蝶：软件操作，数据整理。唐湛：数据分析，数据整理。王桥：数据分析，数据整理。周爱珍：监督，研究设计，概念构思。程斌：监督，研究设计，概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了中国浙江省自然科学基金的华东医学联合基金（项目编号：LHDMZ22H300009）、杭州医学院的关键研究项目（项目编号：KYZD202106）以及浙江省神经精神药物研究重点实验室（项目编号：2019E10021）的资助。我们还要感谢杭州医学院科研中心的支持。