综述：针对幽门螺杆菌的精准纳米免疫疗法：用于靶向递送、微生物群保护及转化途径的纳米结构设计

《Journal of Drug Delivery Science and Technology》：Precision Nano-Immunotherapeutics for H. pylori: Nanoarchitectonics for Targeted Delivery, Microbiome Preservation, and Translational Pathways

Tehsin Ullah Khan|Tahir Iqbal|Mohamed Sharaf|Muhammed Arif|Yousuf Khan|Yulong Tan|Chen-Guang Liu
中国海洋大学海洋生命科学学院生物化学与分子生物学系，青岛，266003，中华人民共和国

**摘要**
幽门螺杆菌（H. pylori）感染全球约有43.9%的成年人受到影响，仍然是慢性胃炎、消化性溃疡和胃癌的主要原因。抗生素耐药性的增加（克拉霉素主要耐药性约为32.6–36.5%）以及严重的肠道微生物群失调限制了传统三联或四联疗法的效果。本综述评估了基于纳米技术的药物递送系统（DDS）的进展，包括黏膜粘附性、黏膜穿透性和细胞粘附性纳米载体，以及仿生聚合物包覆的纳米乳液和纳米脂质体。特别强调了能够在酸性胃腔（pH约1.2）中保留药物并选择性地在感染黏膜的接近中性微环境中释放药物的设计。我们提出了一种混合刺激响应释放机制，结合了Eudragit型涂层与黏膜粘附/穿透特性和细胞粘附配体，并通过体外-体内相关性（IVIVC）建模来预测抗菌效果。临床前研究表明，这些平台可以在最小化全身暴露的同时实现靶向根除，同时保持共生微生物群的多样性，尽管仍缺乏强有力的临床验证。纳米颗粒介导的疫苗递送和免疫调节策略在克服幽门螺杆菌的免疫逃逸方面显示出潜力，但大多仍处于临床前阶段。系统比较突出了纳米制剂相对于传统抗生素在胃保留、生物膜穿透、剂量减少和降低耐药性方面的优势，同时也指出了可扩展性、批次重现性、长期安全性和监管批准等方面的持续挑战。本文概述了关键的转化研究节点和“质量源于设计”（QbD）框架，以加速临床开发。总体而言，纳米架构支持的精准纳米免疫疗法为有效且不破坏微生物群的幽门螺杆菌感染管理和胃癌预防提供了一条有前景的途径，前提是临床前结果能在人类研究中得到严格验证。

**引言**
在过去的二十年里，纳米材料彻底改变了生物医学应用。它们独特的物理化学性质、高表面积与体积比、可调的表面化学性质以及刺激响应行为使得与生物系统的精确分子水平相互作用成为可能。这促进了药物递送、生物传感、生物成像、组织工程和抗菌策略的发展。最近的综合性综述强调了这些进展，包括基于银纳米颗粒的聚合物纳米复合材料在抗菌涂层、伤口愈合和通过增强稳定性和生物相容性实现可控药物递送方面的应用[1]；无机-有机杂化纳米架构为定制用于药物递送、生物传感和生物成像的复杂纳米结构提供了强大的设计原则[2]；以及与金属有机框架（NCs@MOFs）结合的金属纳米簇显著提高了生化传感灵敏度和生物分析性能[3]。智能纳米材料的进一步发展进一步凸显了它们在多种治疗领域的潜力。

基于这一更广泛的背景，幽门螺杆菌是一种革兰氏阴性螺旋菌，由Warren和Marshall于1983年首次发现，全球约有43.9%的成年人（约35-40亿人，某些地区的儿童比例更高）的胃黏膜上定植[4]。国际癌症研究机构（IARC）将其归类为1类致癌物，慢性幽门螺杆菌感染是慢性胃炎、消化性溃疡病、胃腺癌（尤其是非贲门亚型）和黏膜相关淋巴组织（MALT）淋巴瘤的主要病因。幽门螺杆菌引起的全球癌症负担相当大。胃癌是全球第五大常见恶性肿瘤，也是癌症相关死亡的第五大原因，2022年估计有969,000例新病例和660,000例死亡[5]。幽门螺杆菌感染使胃腺癌的相对风险增加3到6倍，并且在最近出生的群体中（2008-2017年）占所有胃癌病例的约76%，预计全球有1560万例可预防的病例（Park等人，2025年）。亚洲（特别是中国和日本）的绝对负担最大，而非洲、东地中海和拉丁美洲的报告比例也超过70%[6, 7]。多项随机试验和荟萃分析表明，根除疗法显著降低了胃癌的发病率和死亡率，突显了其预防潜力。

幽门螺杆菌的致病性是由一系列强效毒力因子驱动的。细胞毒素相关基因A（CagA）通过IV型分泌系统进入胃上皮细胞，异常激活包括SHP-2、ERK和Wnt/β-连环蛋白在内的致癌信号通路，促进增殖、DNA损伤和极性丧失[8, 9]。空泡化细胞毒素A（VacA）诱导空泡形成、线粒体功能障碍和T细胞抑制，从而实现免疫逃逸和慢性定植[10]。这些效应得到了尿素酶的支持，尿素酶可以中和胃酸，而鞭毛则有助于黏膜穿透和持久性[11]。几十年来，治疗主要依赖于基于抗生素的多药联合疗法（结合质子泵抑制剂与克拉霉素、阿莫西林或甲硝唑的三联或四联疗法）。然而，由于抗生素耐药性的增加，疗效急剧下降：全球克拉霉素的主要耐药性现在达到约32.6–33.3%（从2015-2019年的29.1%上升到2020-2023年的36.5%），甲硝唑为35.3%，左氧氟沙星为13.2%。令人担忧的是，某些地区的耐药率显著更高：西太平洋地区（包括中国）和东地中海地区的克拉霉素耐药率超过50%，而非洲和东地中海地区的甲硝唑耐药率超过60%[11, 12]。在许多地区，根除率经常低于临床可接受的80–90%阈值。此外，广谱抗生素会导致严重的肠道微生物群失调。纵向人类微生物组研究表明，虽然α多样性在6个月内部分恢复，但特定的有益菌群（如双歧杆菌、乳杆菌）可能在治疗后长达一年内显著减少，抗生素耐药基因（ermB、mefA）在大量患者中持续存在[13]。这种失调表现为α多样性迅速下降（香农指数减少约34%）、有益菌群耗竭、短链脂肪酸产生减少以及艰难梭菌感染风险增加，以及长期的代谢和免疫功能障碍[14, 15, 16]。高剂量的药物和频繁的副作用进一步影响了患者的依从性。

纳米架构——对功能性纳米材料的精确分子级设计和组织提供了应对这些挑战的新方法。工程化的纳米载体可以通过黏膜粘附（基于壳聚糖）、黏膜穿透（PEG化系统）和主动靶向（将配体结合到细菌粘附素或宿主受体）来克服胃环境的物理和生物学障碍。这提高了局部生物利用度、减少了剂量、实现了可控的pH响应释放，并实现了抗菌剂与免疫调节剂的协同递送。临床前研究表明，这些平台可以改善杀菌活性和溃疡愈合，同时可能保持共生微生物群，尽管仍需强有力的临床验证[17]。同时，免疫疗法调节宿主反应以对抗幽门螺杆菌引起的免疫逃逸。策略包括针对尿素酶或CagA的疫苗、逆转T细胞耗竭的免疫检查点抑制剂（幽门螺杆菌阳性患者的PD-1/PD-L1调节效果较差）[18]，以及在临床前模型中引发强烈黏膜和全身免疫的佐剂纳米疫苗，同时减少定植[19, 20]。将纳米架构与免疫疗法结合创造了精准纳米免疫疗法，实现了抗菌剂和免疫调节剂的协同递送，增强了细菌清除效果，同时最小化了耐药性和微生物群破坏。来自使用16S rRNA测序的临床前研究直接证明了微生物群的保存：早期研究表明，电荷反转纳米药物在幽门螺杆菌感染的小鼠中保持了肠道微生物多样性（香农指数保持在基线的90%以上），而自由抗生素则使多样性减少了约40%，并耗尽了有益的乳杆菌和双歧杆菌[21]。同样，2021年的研究表明，硒纳米颗粒通过增加有益的厚壁菌门细菌并减少有害的疣微菌减少了抗生素引起的肠道失调。此外，靶向脂质体[22]和Thamphiwatana的研究实现了定位释放，减少了全身抗生素暴露，从而可能保护了肠道共生微生物。这些发现表明，纳米制剂可以在根除病原体的同时保护共生微生物，尽管仍需人类临床验证。最终，任何新的抗幽门螺杆菌疗法的成功不仅需要通过根除率来衡量，还需要通过其保持肠道微生物群平衡的能力来评估[23, 24]。第2.5节详细讨论了制造方法和与传统治疗方法的比较分析。

**综述**
本综述批判性地评估了基于纳米技术的幽门螺杆菌根除药物递送系统的进展，评估了纳米材料辅助的免疫疗法和疫苗平台，评估了它们对肠道微生物群保护的潜在影响，并讨论了包括可扩展性、安全性、重现性和监管途径在内的关键转化挑战。通过将纳米架构原理与精准递送和免疫调节相结合，该综述旨在为更有效的、不破坏微生物群的幽门螺杆菌感染管理指明方向。

**部分摘录**
**纳米DDS的合理性和平台**
抗生素耐药性的增加使得先进的药物递送系统（DDS）成为对抗幽门螺杆菌的关键前沿。靶向药物递送旨在将治疗剂集中在感染部位——即幽门螺杆菌定植的胃黏膜，从而提高局部疗效，同时减少全身毒性和脱靶效应[25]。新一代治疗剂，如蛋白质、肽和基于RNA的疗法，超出了局部递送策略的范围。

**对抗幽门螺杆菌感染的局部递送策略**
日益增强的抗生素耐药性揭示了传统全身抗生素的局限性，这些抗生素难以渗透胃黏膜并可能破坏肠道微生物群。局部药物递送系统（DDS）作为一种有前景的方法，通过直接将治疗剂递送到胃环境中，提高了局部药物浓度，同时最小化了全身暴露和耐药性的发展[92, 93, 94]。

**聚合物包覆的纳米乳液**
聚合物包覆的纳米乳液作为一种有前景的幽门螺杆菌根除策略，结合了纳米乳液技术和靶向药物递送的优势。这些系统通常包含一个油核，包裹药物并用聚合物涂层稳定，提高了稳定性、生物利用度、黏膜粘附性和可控释放[116]。聚乙烯醇（PVA）和壳聚糖涂层在酸性胃环境中提高了稳定性，并增强了局部效果。

**免疫疗法方法概述**
幽门螺杆菌是一种革兰氏阴性、微需氧细菌，是迄今为止最成功的人类病原体之一，2011年至2022年全球感染率约为43.1%，在中国等某些地区甚至更高[150]。感染通常发生在生命早期，影响全球约32.3%的儿童。尽管引发了强烈的宿主免疫反应，幽门螺杆菌仍能持续存在，并可能发展为慢性疾病，如胃炎、消化性溃疡和更严重的幽门螺杆菌相关疾病。

**疫苗开发：挑战与创新**
由23S rRNA和gyrA/gyrB突变驱动的抗生素耐药性的增加，凸显了需要针对尿素酶、CagA、VacA和NAP的疫苗。策略包括多表位疫苗、脂质纳米颗粒或OMV递送，以及结合TLR激动剂以增强记忆T细胞反应[102]。尽管临床前显示出潜力，但由于抗原变异性和全球菌株间的遗传多样性，临床转化仍然有限，很少有候选疫苗进入二期试验阶段。

**纳米颗粒介导的幽门螺杆菌疫苗递送：进展与创新**
基于纳米颗粒的疫苗递送系统作为一种变革性策略，旨在提高幽门螺杆菌疫苗的疗效。这些平台正在开发中，以解决长期存在的挑战，包括抗原在恶劣胃环境中的降解、黏膜递送效果差以及病原体逃避宿主免疫反应的能力。过去五年中，在优化纳米颗粒配方方面取得了显著进展，以提高抗原稳定性，促进靶向递送。

**免疫调节**
除了抗原递送外，纳米颗粒越来越多地被用作调节宿主免疫系统的工具，以增强对幽门螺杆菌的抵抗力。通过封装细胞因子、佐剂、遗传调节剂或抑制分子，纳米颗粒允许进行靶向和持续的免疫调节，从而解决细菌操纵宿主反应的能力[116]。以下是过去五年的关键进展，每个进展都突出了创新策略、定量发现和转化应用。

**纳米技术与免疫疗法的融合**
纳米技术和免疫疗法是现代医学中两个强大且快速发展的领域，各自具有彻底改变多种疾病治疗结果的潜力，包括传染病和癌症。这两种不同方法的融合产生了协同效应，显著提高了抗菌剂的疗效，并同时增强了免疫系统对抗病原体和癌细胞的能力。

**多抗生素疗法对肠道微生物群的影响**
多抗生素方案长期以来被认为是幽门螺杆菌根除的标准治疗方法，但对肠道微生物群产生了深远且持久的影响，导致失调、抗生素耐药性和一系列临床并发症。2019年至2024年的研究提供了关于这些破坏的详细定量见解，强调了改变的微生物群落的持续性和潜在的长期健康影响。三联疗法通常由质子泵抑制剂组成，被认为是幽门螺杆菌根除的标准方法。纳米结构递送系统，如聚合物基、脂质基和仿生纳米颗粒，在改善药物在胃中的滞留时间、穿透黏液层以及实现靶向持续释放方面展现了显著的临床前潜力。多功能纳米平台进一步增强了这些系统的应用效果。

作者贡献声明：
Tehsin Ullah Khan：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿起草、数据可视化、研究监督、方法设计、实验设计、数据分析、概念构建。
Yousuf Khan：撰写 – 原稿起草、数据管理。
Muhammed Arif：数据可视化。
Chen-Guang Liu：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿起草、数据可视化、研究监督、数据分析、概念构建。
Tahir Iqbal：概念构建。
Yulong Tan：撰写 – 原稿起草。

利益冲突声明：
作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。

数据可用性：
本文所述研究未使用任何额外数据。

利益冲突声明：
? 作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。

致谢：
本研究由“山东省自然科学基金”（项目编号：ZR2018MC010）资助。