综述：动脉粥样硬化性心血管疾病中基于纳米医学的诊疗学

《Journal of Biomedical Science》：Nanomedicine-based theranostics in atherosclerotic cardiovascular diseases

　　

目前针对动脉粥样硬化性心血管疾病（ASCVD）的治疗主要侧重于全身风险因素（如高血糖和高脂血症）的调控。尽管付出了巨大努力并投入了大量资源，实现ASCVD的早期正确诊断以改善临床预后仍然充满挑战，而针对血管的治疗或基因编辑虽然理想，但目前仍受限。基于纳米医学的SARS-CoV-2 mRNA疫苗的开发证明了纳米技术靶向先前难以触及分子的潜力。通过利用对动脉粥样硬化发病机制的致病因素（如功能失调的脉管系统）的深入见解，研究人员优化了纳米平台（Nanoplatforms）的组成、合成策略和表面设计，以增强治疗效果并实现早期诊断。在此，研究人员介绍了利用纳米医学治疗ASCVD的治疗和诊断策略的最新概览，并探讨了心血管护理中纳米医学驱动的诊疗学（Theranostics）的未来研究方向和创新方法。

背景

动脉粥样硬化性心血管疾病（ASCVD）是全球发病率和死亡率的主要原因，其特征为脂质积累、持续性炎症和血管重塑。尽管现有的治疗策略（包括生活方式干预、降脂治疗和血运重建）已取得进展，但仍有大量残余心血管事件风险存在，且约半数心源性猝死患者无明显先兆症状。目前的临床影像学技术主要评估斑块形态，而对与未来心血管事件密切相关的斑块分子和细胞特征提供的信息有限。纳米医学通过增强治疗药物的药代动力学特征和化学稳定性，同时减少脱靶效应和全身毒性，为解决这些未满足的需求提供了独特优势。此外，工程化的靶向纳米颗粒（NPs）能够改善成像剂向斑块内特定分子和细胞成分的递送，从而实现更精准的斑块成分和稳定性评估。

动脉粥样硬化性心血管疾病的病理生理学及潜在治疗靶点

动脉粥样硬化是由动脉壁内代谢、炎症和生物力学过程动态相互作用驱动的复杂疾病。血流动力学紊乱、代谢过载和衰老相关的氧化应激抑制了Krüppel样因子和内皮型一氧化氮合酶（KLF2-eNOS）轴，导致局部一氧化氮（NO）生物利用度降低并引发活性氧（ROS）大量产生。这种氧化环境上调血管细胞黏附蛋白1（VCAM-1），破坏内皮连接完整性，促进循环单核细胞和淋巴细胞向内皮下的募集和迁移。在富含脂质的微环境中，滞留并逐渐氧化的低密度脂蛋白（oxLDLs）驱动单核细胞极化为促炎巨噬细胞。胞葬作用（Efferocytosis）受损导致这些细胞转化为泡沫细胞，并通过分泌IL-1β和TNF-α等细胞因子以及基质降解蛋白酶放大局部炎症。同时，血管平滑肌细胞（VSMCs）发生表型转换，失去收缩表型，迁移至内膜并获得合成表型或巨噬细胞样特征，参与细胞外基质（ECM）沉积和微钙化。初始的向外（正性）血管重塑补偿病变生长，但胶原丰富的ECM积累和基质金属蛋白酶（MMPs）与其抑制剂之间的失衡导致ECM降解、纤维帽变薄，增加斑块易损性。斑块破裂暴露血栓源性脂质核心，引发急性冠脉综合征和缺血性卒中。因此，重新激活内皮机械感应、加强胆固醇外流、抑制IL-1β驱动的炎症、恢复VSMC收缩表型或再平衡ECM周转均是潜在的治疗靶点，而刺激响应性纳米颗粒能够识别病变酸中毒、过量ROS或细胞特异性受体，从而实现同步的内皮修复、免疫重编程和基质稳定。

用于ASCVD的纳米颗粒（NP）治疗平台：组成、合成及生物物理化学性质

斑块靶向纳米颗粒通常具有三层结构：决定尺寸和刚性的核心、决定药代动力学并引导颗粒到达炎症内皮的表面涂层，以及仅在遇到斑块特异性触发物时释放的封装或结合的药物。根据核心性质，这些系统主要分为无机、有机、仿生或杂化纳米材料。

概述无机纳米颗粒（NPs）

无机纳米颗粒（包括金、氧化铁和硅基平台）具有独特的物理化学性质，如用于MRI分子成像的超顺磁性、用于光热治疗的 photoresponsiveness，以及作为纳米酶（Nanozymes）的固有催化活性。这些平台利用表面锚定的配体（如肽或抗体）实现与活化内皮细胞和巨噬细胞膜上过表达的VCAM-1或αvβ3整合素等高亲和力结合，从而调节局部微环境，抑制NF-κB信号，中和ROS，或上调ABCA1介导的胆固醇外流。

金属纳米颗粒

氧化铁基纳米颗粒（IONPs）：特别是磁铁矿（Fe₃O₄），因其超顺磁性、生物相容性和高比表面积而被广泛应用。通过共沉淀等方法合成的IONPs是T2加权MRI的金标准造影剂。为了减轻裸IONPs通过芬顿反应产生的剂量依赖性细胞毒性，表面修饰至关重要。例如，巨噬细胞膜包被的Fe₃O₄（Fe₃O₄@M）利用膜上的α4β1整合素识别VCAM-1，有效靶向早期病变。

二氧化铈基纳米颗粒：CeO₂NPs具有Ce³⁺和Ce⁴⁺共存的特性，通过自我再生催化循环模拟超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶活性，清除ROS。透明质酸（HA）包裹的CeO₂（HA-CeO₂）不仅能清除ROS，还能诱导HIF1α稳定，调节血管生成和组织修复相关基因，显著减少主动脉斑块面积。

金基纳米颗粒（AuNPs）：利用表面等离子体共振效应，AuNPs可吸收近红外光转化为局域热能用于光热治疗（PTT），选择性诱导炎症巨噬细胞凋亡或消融脂质核心。硅-金纳米颗粒已显示出超过40%的动脉粥样硬化病变减少率。表面修饰（如PEG）改善了其生物相容性和靶向精度。

非金属纳米颗粒

介孔二氧化硅纳米颗粒（MSNs）：具有高生物相容性、大孔表面积和药物负载能力。IL-1Ra@Cu-MSNs共递送铜离子和白介素-1受体拮抗剂（IL-1Ra），显著减轻炎症反应和斑块面积。

碳基纳米颗粒：包括石墨烯、碳纳米管和碳纳米笼等，具有高光热转换效率和荧光特性。壳聚糖碳纳米笼（CS-CNCs@Ce6/DS）修饰右旋糖酐硫酸盐（DS）后，通过光热/光动力疗法有效消融活化巨噬细胞，减少斑块面积。

有机纳米材料

有机纳米颗粒（如脂质体、高密度脂蛋白（HDL）样、低密度脂蛋白（LDL）样、聚合物纳米颗粒和PEG-NPs）具有高载药量、低毒性和长循环时间等优点。

脂质体：由亲脂性双层夹在两个亲水层之间构成，可封装疏水和亲水分子。PEG化阳离子脂质体递送miR-146a，通过抑制ICAM-1表达减少单核细胞黏附和泡沫细胞形成。

HDL样纳米颗粒：分为盘状（d-HDL）和球状（s-HDL）。重组HDL（rHDL）毒性更低且更稳定。s-rHDL递送神经节苷脂GM3显示出优于游离药物的疗效，而d-rHDL与透明质酸-二茂铁（HA-FC）结合形成的纳米平台（HA-FC/NP3ST）能更有效地渗透斑块并靶向巨噬细胞。

LDL样纳米颗粒：表面带有载脂蛋白B-100（apoB-100），依赖LDL受体介导的内吞作用释放药物，具有良好的生物安全性。

聚合物纳米颗粒：尺寸通常在1-1000 nm，可避免肾脏清除。天然聚合物（如葡聚糖、环糊精、壳聚糖）具有优异的生物相容性，通过静电作用结合带负电药物。合成聚合物聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）被FDA批准用于药物递送，可提高姜黄素等的生物利用度。聚乙二醇（PEG）-NPs通过表面修饰延长循环时间，如VHPK肽修饰的PLGA@COL纳米系统靶向VCAM-1，抑制NF-κB/NLRP3通路。聚合物胶束由疏水核心和亲水外壳组成，含糖的两亲性大分子（AM）胶束可竞争性结合清道夫受体，抑制oxLDL摄取达85%。

仿生纳米材料

利用细胞膜包被的纳米颗粒（如红细胞、血小板、巨噬细胞和单核细胞来源）增强靶向能力和循环时间。

红细胞膜包被NPs：利用CD47传递“别吃我”信号，延长半衰期。RBC/RAP@PLGA装载雷帕霉素可延长血液循环并靶向递送至病变区域。

血小板膜包被NPs：利用P-选择素等黏附分子靶向损伤血管部位和泡沫细胞。血小板膜包裹的上转换纳米颗粒（PM-PAAO-UCNPs）可特异性靶向泡沫细胞进行成像和治疗。

巨噬细胞膜包被NPs：利用整合素（α4, β1）识别VCAM-1，并利用膜受体（如TNFR2, CCR2）作为诱饵中和促炎因子。巨噬细胞膜包被的阿托伐他汀NPs（MM-AT-NPs）显著减少了病变面积。

单核细胞膜包被NPs：模拟白细胞募集途径，穿过血管壁进入斑块核心。单核细胞膜包被的PLGA NPs递送格列齐特可减少动脉粥样硬化负担。

杂化纳米颗粒（Hybrid NPs）

结合两种或以上纳米材料的优点，如巨噬细胞和红细胞混合膜包被的氧化石墨烯量子点（HA-M@AT@GP），通过pH响应释放阿托伐他汀，降低促炎细胞因子水平。

纳米颗粒的诊断成像

目前的诊断成像面临区分稳定与易损斑块的挑战。纳米材料基于被动和主动靶向策略实现分子成像。

被动靶向成像

利用ELVIS效应（通过渗漏脉管系统的外渗和炎症细胞介导的隔离）实现积累。

pH敏感成像：易损斑块微环境呈酸性（pH~5.5）。HA和聚丙烯酸（PAA）修饰的氧化铁纳米探针（IONP-HP）在酸性环境下发生T₁-T₂切换，实现对斑块易损性的无创评估。

ROS敏感成像：利用比率型半导体聚合物纳米颗粒（RSPNs）响应超氧阴离子（•O₂^-），通过PA₆₉₀/PA₈₀₀信号比定量ROS水平。

脂质特异性成像：利用脂质特异性荧光团（LFPs）组装的仿生纳米系统（RBC/LFP@PMMP）在脂质和ROS丰富的斑块中发生荧光蓝移。

酶反应性成像：组织蛋白酶B激活的荧光探针（ICG2）可在近红外区特异性检测巨噬细胞丰富的易损斑块。

主动靶向成像

巨噬细胞靶向成像：利用甘露糖受体（MMR）等标记物，通过NIRF等成像技术追踪斑块内巨噬细胞。

泡沫细胞靶向成像：骨桥蛋白（OPN）在泡沫细胞中高表达，OPN特异性上转换纳米探针（UCNPs）可选择性结合并成像。

炎症靶向成像：髓过氧化物酶（MPO）是炎症标志物，5-羟色胺（5-HT）修饰的Fe₃O₄NPs可靶向MPO可视化易损斑块。

血管生成靶向成像：整合素αvβ3和缺氧诱导因子（HIF）是新生血管的标志，cRGD肽偶联的载体可有效靶向早期斑块。

细胞外基质（ECM）靶向成像：基质金属蛋白酶（MMPs）导致纤维帽降解，MMP-2抗体偶联的金纳米棒（AuNPs）可用于光声成像检测高危斑块。

ASCVD的靶向纳米医学治疗

纳米医学治疗同样分为被动和主动靶向策略，旨在利用斑块微环境的病理生理特征实现精准给药。

被动靶向治疗

pH敏感治疗：利用斑块酸性环境触发药物释放。例如，基于腙键连接的HA胶束共释放全反式视黄醛和雷帕霉素；沸石咪唑酯骨架ZIF-8在酸性条件下解体释放氯沙坦和Zn²⁺；聚（β-氨基酯）胶束在低pH下释放shSiglec-1重编程巨噬细胞表型。

ROS敏感治疗：利用斑块内高ROS水平触发释药。如HA苯硼酸酯胶束响应H₂O₂释放甲氨蝶呤；硫缩酮前药NPs自组装释放辛伐他汀和替格瑞洛；氧化敏感的PEG-Ptyr胶束在清除ROS的同时释放辛伐他汀。

杂化敏感治疗：结合多种刺激响应机制。例如，光声/荧光双模态纳米颗粒同时响应酸和ROS释放阿托伐他汀；胶原IV归巢的pH/ROS双响应载体在血管成形术后局部释放雷帕霉素；剪切力和ROS双响应的红细胞搭便车囊泡释放虾青素。

脂质导向治疗：利用oxLDL、胆固醇晶体等作为靶点。糖-胆固醇两亲性分子阻断清道夫受体A1防止泡沫细胞形成；磷脂囊泡溶解胆固醇晶体抑制NLRP3炎症小体；rHDL颗粒携带LXR激动剂促进胆固醇外流；脂肪酶可裂解的纳米胶囊在斑块内释放阿托伐他汀。

单核-巨噬细胞精准治疗

巨噬细胞靶向：HDL类似物递送CD40/TRAF6抑制剂减少单核细胞募集；pH/ROS敏感胶束共递送视黄醛和雷帕霉素抑制巨噬细胞增殖；双载荷颗粒携带SHP-1阻滞剂和IL-10促进胞葬作用；ASA6单链抗体片段抑制oxLDL内化；酶可裂解肽两亲物释放Annexin A1衍生肽Ac2-26促进炎症消退。

平滑肌细胞靶向治疗

VSMC从收缩表型向合成表型的漂移导致新生内膜增生。β-环糊精网络在酸性氧化环境下释放雷帕霉素；OPN定向NPs装载PPAR-δ激动剂GW1516减少VSMC迁移和MMP活性；PEG-PLA胶束递送miR-145恢复收缩标志物表达。

基因编辑治疗

利用纳米载体递送核酸实现体内基因编辑。脂质纳米颗粒（LNPs）递送腺嘌呤碱基编辑器永久性失活PCSK9，显著降低LDL-C；内皮靶向的CRISPR系统敲除机械敏感基因TXNDC5以稳定eNOS；AAV8-CRISPR系统在家族性高胆固醇血症模型中恢复LDL受体活性；巨噬细胞外泌体递送促消退microRNA调节造血输出。

ASCVD中的主要纳米颗粒平台

无机NPs成像能力强但生物安全性需考量，有机和脂质基NPs因成熟的制造工艺和生物安全性在临床转化中占主导。新兴的光子计数探测器CT（PCD-CT）、冠状动脉磁共振血管造影（CMRA）和光学相干断层扫描（OCT）等技术正与纳米探针结合，提供更精细的斑块表征。

动脉粥样硬化中的机械感应贡献者

机械感应是血管细胞将物理力转化为生化信号的过程。紊乱的血流动力学抑制KLF2/eNOS轴，激活NF-κB和MAPK通路。纳米医学可通过靶向机械转导相关通路优化诊疗。例如，CRISPR系统敲除TXNDC5；PEG-NPs靶向VCAM-1阻断单核细胞黏附；仿生巨噬细胞膜NPs利用整合素-VCAM相互作用；针对动脉僵硬度增加的OPN表达和CD44-HA相互作用进行干预；利用Piezo1和TRP离子通道的机械敏感性开发新型疗法。

动脉粥样硬化治疗的纳米医学临床研究

尽管临床前研究成果丰硕，但目前仅有少数纳米药物治疗ASCVD的临床试验正在进行。

无机纳米颗粒

NANOM-FIM试验评估了硅-金纳米颗粒贴片诱导巨噬细胞凋亡的安全性，结果显示可降低斑块负荷和心血管死亡率。

有机纳米颗粒

聚合物纳米颗粒：PLGA被FDA批准用于医疗应用。Pitavastatin-incorporated PLGA NPs（NK-104-NPs）在慢性肢体威胁性缺血患者中显示出良好的安全性和耐受性。

脂质基纳米颗粒：

抗炎治疗方面，CANTOS、COLCOT和LoDoCo试验证实了IL-1β单抗和秋水仙碱在降低心血管事件中的潜力，但伴随感染风险增加。为提高靶向性，LDE-paclitaxel和LDE-methotrexate在II/III期试验中评估其对斑块消退的效果，其中LDE-paclitaxel虽耐受性好但未显示斑块消退作用。脂质纳米乳剂包裹泼尼松龙磷酸盐（LNP-PLP）可被斑块巨噬细胞摄取但未减少炎症。

脂质代谢调节方面，GalNAc偶联的LNPs递送Inclisiran（靶向PCSK9的siRNA）显示出卓越的降LDL-C效果。VERVE-101利用碱基编辑CRISPR/Cas9技术长效抑制PCSK9，但在I期试验中因转氨酶升高和血小板减少而暂停。靶向ANGPTL3的GalNAc-LNPs在灵长类中显示出持久降脂效果，但尚未进入人体试验。

反向胆固醇转运方面，CSL-112（ApoA1制剂）和CER-001（preβ HDL模拟物）旨在通过增强胆固醇外流逆转斑块，但在大型临床试验中均未能减少主要心血管事件或动脉壁炎症，表明HDL增强疗法的复杂性。

ASCVD纳米医学治疗的挑战与未来方向

尽管纳米医学前景广阔，但从临床前到临床的转化仍面临挑战。

生物分布与清除：NPs的清除依赖于理化性质（尺寸、极性、表面电荷等），主要通过肾脏和肝脏清除。精确控制生物分布以避免在非靶器官（如肝、脾）的蓄积至关重要，特别是在重复给药的情况下。

靶向效率与副作用：虽然HDL/LDL样NPs旨在调节斑块内脂质和炎症，但脂质载体本身可能在富脂环境中加剧炎症。此外，NPs可能引起内皮渗漏、VSMC表型转换和免疫激活。因此，需仔细优化NPs的理化性质（如蛋白冠）以最小化免疫反应。

临床前模型的局限性：动物模型无法完全模拟人类疾病的多基因性和环境影响。未来研究应结合人类生物样本库数据验证靶点，如PLPP3基因多态性与内皮机械转导的关系，并利用VCAM-1靶向LNPs递送PLPP3 mRNA有效减缓动脉粥样硬化进展。

规模化生产：工业级纳米药物生产需符合GMP标准以确保批次间重现性。目前的制造技术（自上而下或自下而上）仍需优化，Inclisiran的生产工艺和新型膜锚定脂蛋白-LNP平台为大规模生产提供了参考。

结论

鉴于动脉粥样硬化发病机制的复杂性及现有治疗的局限性，基于纳米医学的精准诊疗具有重要价值。虽然临床前研究显示了巨大的潜力，但仍需克服靶向效率、生物安全性、规模化生产及临床转化模型等挑战。未来的努力应聚焦于提供更强有力的临床证据，并将纳米医学整合到指南指导的治疗和血运重建策略中，以实现不同阶段（从早期检测到术后二级预防）的精准干预。