《Nature Communications》：Surface hydrophobicity and rigidity determines protein corona on orally delivered nanoparticles treating colitis
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为了解决疾病特异性蛋白冠调控策略缺乏、口服纳米药物对结肠巨噬细胞靶向效率有限的问题，研究人员开展了主题为“表面疏水性与刚度决定口服递送纳米粒治疗结肠炎时蛋白冠形成”的研究。结果表明，通过顺序调节疏水性增强蛋白吸附、调节刚度优化蛋白组成，成功构建了富含巨噬细胞靶向蛋白（如S100A8）的优化蛋白冠，从而显著提高了纳米粒对结肠巨噬细胞的靶向递送效率和结肠炎治疗效果。该工作为通过理化性质调控蛋白冠实现高效靶向给药提供了新策略，对其他纳米载体和疾病具有广泛借鉴意义。
想象一下，你吞下一粒旨在精准治疗肠道炎症的“纳米药丸”，希望它能直击病灶——结肠中过度活跃的免疫细胞。然而，这趟旅程充满了挑战：胃肠道严酷的环境、复杂的粘液屏障，以及无数生物分子的“围追堵截”。当纳米颗粒进入体内，它们会立即被一层由蛋白质等生物分子动态吸附形成的“外衣”——即“蛋白冠”（Protein corona）——所包裹。这层冠冕不再是累赘，反而可能成为一把“钥匙”，其组成决定了纳米颗粒是被免疫系统清除，还是能精准找到目标细胞。在炎症性肠病（IBD），特别是结肠炎中，巨噬细胞是驱动炎症和组织损伤的关键角色，因此成为极具吸引力的治疗靶点。尽管已有研究揭示，在病理条件下形成的“疾病特异性蛋白冠”可能蕴含独特的组织或细胞靶向蛋白，但如何主动、理性地“裁剪”这层冠冕，使其从“随机外套”变为“定制导航服”，从而最大化其靶向递送效率，仍是纳米医学领域一个悬而未决的难题。传统研究多聚焦于单一理化性质的调控，难以同步实现蛋白吸附量的提升和功能性靶向蛋白比例的上调。
针对这一挑战，一项发表于《Nature Communications》的研究提出了创新解决方案。该研究团队系统探究了如何通过协同调控纳米颗粒的两个核心理化性质——表面疏水性和刚度，来精确“设计”在结肠炎病理肠道内形成的特异性肠蛋白冠（Colitis-specific Intestinal Protein Corona, C-IPC），最终实现高效的口服巨噬细胞靶向递送和卓越的结肠炎治疗。研究发现，仅仅增加疏水性（通过降低PEG化程度实现）可以像“增加钩子”一样，显著提升纳米颗粒表面吸附的C-IPC蛋白总量，从而增强其对结肠巨噬细胞的靶向和药物递送效果。然而，这还不够。在此基础上，进一步增加纳米颗粒的刚度（通过封装不同大小的聚苯乙烯内核来调控内部水层实现），则能像“智能筛选”一样，在不影响蛋白吸附总量的前提下，显著富集C-IPC中巨噬细胞靶向相关蛋白（如S100A8）的比例。最终，这种“高疏水-高刚度”纳米颗粒所形成的优化C-IPC，兼具高蛋白载量和高靶向蛋白比例，犹如为纳米颗粒披上了一件特制的、布满“导航信号”的迷彩服，使其在复杂的肠道炎症环境中能最有效地被巨噬细胞识别和摄取，从而显著提升抗炎药物布地奈德的治疗效果，有效缓解炎症并恢复免疫稳态。
为开展这项研究，作者运用了几个关键技术方法：首先，通过改变脂质纳米颗粒中DSPE-PEG2000的比例调控表面疏水性，并通过封装不同尺寸的聚苯乙烯纳米颗粒调控其刚度，制备了一系列性质可控的模型纳米载体。其次，建立了体内外蛋白冠研究模型，包括从结肠炎大鼠肠腔提取生物流体进行体外孵育形成蛋白冠，以及通过肠段原位注射进行体内蛋白冠形成研究，并利用尺寸排阻色谱分离纯化蛋白冠-纳米颗粒复合物。再者，利用多种表征技术（如动态光散射、低温透射电镜、原子力显微镜、接触角测量等）系统评估了纳米颗粒的理化性质及蛋白冠的影响。此外，通过蛋白质组学（LC-MS/MS）和基因本体（GO）分析，深入解析了不同理化性质纳米颗粒表面C-IPC的蛋白质组成和功能变化。最后，在2,4,6-三硝基苯磺酸诱导的雄性SD大鼠结肠炎模型中，系统评估了载药纳米颗粒的口服治疗效果及体内靶向递送效率。
研究结果
制备与表征具有不同疏水性的纳米颗粒
研究人员以大豆卵磷脂和胆固醇为脂质成分制备纳米颗粒，通过改变DSPE-PEG2000的添加比例（10%， 40%， 80%）来调节表面PEG化程度，从而制备了疏水性从高到低（Phobic， Medium， Philic）的三种纳米颗粒。所有纳米颗粒具有相似的流体动力学直径（约165 nm）和球形形态。通过考马斯亮蓝G-250染色、玫瑰红结合常数测定和接触角测量等多种方法，均证实纳米颗粒的疏水性随PEG化程度降低而显著增加。
载药疏水性纳米颗粒用于结肠炎治疗
装载抗炎药物布地奈德后，高疏水性纳米颗粒（Phobic-Bud）在治疗TNBS诱导的结肠炎大鼠时展现出最佳疗效。与低疏水性组（Philic-Bud， Medium-Bud）和游离药物组相比，Phobic-Bud能更有效地恢复大鼠体重、减轻结肠缩短、降低脾脏指数、修复受损结肠黏膜，并显著下调结肠中活性氧（ROS）及促炎细胞因子（TNF-α， IL-1β， IL-6）水平。更重要的是，Phobic-Bud治疗还能上调结肠和脾脏中调节性T细胞（Treg）的比例、增加抗炎因子IL-10的表达，并有效降低结肠巨噬细胞中M1型（促炎）与M2型（抗炎）的比例，表明其能恢复结肠炎引起的免疫细胞紊乱。
疏水性对结肠巨噬细胞靶向和蛋白吸附的影响
体内靶向实验发现，增加疏水性仅在结肠炎大鼠中能促进纳米颗粒被结肠巨噬细胞的摄取，而在健康大鼠中无此效果，提示该现象与C-IPC的形成相关。体内外蛋白冠分析均证实，增加纳米颗粒的疏水性可显著提高其表面吸附的C-IPC蛋白总量，且蛋白吸附量与疏水性正相关。细胞实验进一步表明，吸附了C-IPC的纳米颗粒（NPs@C-IPC）其巨噬细胞（RAW264.7）摄取率显著高于未吸附蛋白冠的纳米颗粒，且高疏水性纳米颗粒（Phobic@C-IPC）的摄取率最高。在共培养模型中，Phobic@C-IPC也表现出对巨噬细胞最强的特异性摄取倾向。而健康肠蛋白冠（H-IPC）的促进作用则远不如C-IPC显著。
制备与表征具有不同刚度的高疏水性纳米颗粒
在维持高疏水性（10% PEG化）的基础上，研究人员通过封装不同尺寸的聚苯乙烯纳米颗粒（PS-90， PS-150）来调控内部水层含量，从而制备了刚度从低到高（Soft， Semi， Hard）的三种纳米颗粒。所有纳米颗粒尺寸和电位相近。通过罗丹明B标记内部水层和原子力显微镜测量杨氏模量，证实随着PS内核的封装，纳米颗粒内部水层减少，刚度（杨氏模量）从10.1 MPa（Soft）显著增加至64.5 MPa（Hard）。
疏水性-刚度协同调控用于有效结肠炎治疗
载药的高刚度纳米颗粒（Hard-Bud）在结肠炎治疗中展现出超越中、低刚度组（Semi-Bud， Soft-Bud）的卓越疗效。Hard-Bud不仅能最有效地缓解疾病临床症状，还能将结肠中异常升高的TNF-α， IL-1β和IL-6水平完全恢复至健康状态，并最大程度上调Treg细胞比例、降低M1/M2巨噬细胞比例，使紊乱的免疫细胞恢复正常稳态。
疏水性-刚度协同调控对结肠巨噬细胞靶向和C-IPC形成的影响
体内靶向实验证实，增加刚度能进一步提升高疏水纳米颗粒对结肠炎大鼠结肠巨噬细胞的靶向和摄取效率，Hard组表现最佳。体外蛋白冠分析显示，刚度调节并不影响C-IPC的蛋白吸附总量，三组蛋白量无显著差异。然而，细胞摄取实验表明，吸附了C-IPC的高刚度纳米颗粒（Hard@C-IPC）被巨噬细胞摄取的效率最高，显著优于Soft@C-IPC和Semi@C-IPC，而H-IPC的促进作用依旧微弱。这表明刚度调控优化了C-IPC的蛋白质组成而非总量。
C-IPC介导巨噬细胞靶向和内化的机制
蛋白质组学分析结合GO功能注释分析发现，C-IPC中含有大量与“受体介导的内吞”及“受体结合”相关的蛋白质，同时也含有与“配体（如碳水化合物、单羧酸、脂肪酸）结合”相关的蛋白质。这表明C-IPC可能通过两种模式介导纳米颗粒与巨噬细胞结合：一是直接模式，C-IPC中的蛋白直接与巨噬细胞表面的受体（如免疫球蛋白受体、Toll样受体、RAGE受体等）结合；二是间接模式，C-IPC首先结合特定配体，再通过配体与细胞表面转运体（如GLUT， MCT-1， FATP4等）相互作用。这两种模式共同赋予了C-IPC巨噬细胞靶向能力。
刚度对巨噬细胞靶向蛋白选择性吸附的影响
对比分析显示，刚度改变显著影响了C-IPC的蛋白质组成。特别值得注意的是，高刚度纳米颗粒（Hard）的C-IPC中，与“Toll样受体4结合”、“RAGE受体结合”等注释相关的巨噬细胞靶向蛋白（如S100A8）的比例显著上调。其中，S100A8蛋白在Hard@C-IPC中的比例最高。抗体阻断实验证实，特异性阻断S100A8蛋白可显著抑制Hard@C-IPC的巨噬细胞摄取，而对Soft@C-IPC和Semi@C-IPC的摄取影响不大，表明S100A8是Hard@C-IPC实现优异巨噬细胞靶向的关键蛋白之一。
研究结论与意义
本研究表明，通过顺序调控纳米颗粒的表面疏水性和刚度，可以理性地“裁剪”疾病特异性肠蛋白冠（C-IPC）。第一步，增加疏水性以提高C-IPC的蛋白吸附总量，相当于增加了靶向“配体”的密度；第二步，在维持高疏水性的基础上增加刚度，以优化C-IPC的蛋白质组成，选择性富集巨噬细胞靶向相关蛋白（如S100A8）的比例。这种疏水性-刚度协同调控策略最终构建出兼具高蛋白载量和高靶向蛋白比例的优化C-IPC。该优化的蛋白冠能像“智能导航系统”一样，最有效地介导纳米颗粒靶向结肠巨噬细胞，从而实现了口服抗炎药物（布地奈德）的高效递送和卓越的结肠炎治疗效果，不仅能有效缓解炎症，还能恢复免疫稳态。
这项工作的意义在于，它提出了并验证了“通过多重理化性质协同调控来理性设计疾病特异性蛋白冠”这一全新概念，为克服口服纳米药物靶向递送效率低的难题提供了创新思路。不同于传统的配体修饰或新材料应用策略，该方法巧妙地利用了疾病微环境自身提供的靶向信息（即疾病特异性蛋白冠），通过调控纳米载体自身性质来“招募”和“优化”这些信息，实现了更精准的靶向。更重要的是，这种基于理化性质调控蛋白冠的策略具有普适性，有望推广至其他类型的纳米载体（如聚合物纳米粒、金属纳米粒等）和多种疾病模型，为开发下一代高效、智能的靶向递送系统开辟了新途径。
