在辐射诱导的肺损伤模型中，一种新型谷胱甘肽干粉吸入剂的高效肺部靶向治疗机制及其作用机制研究

《Toxicology and Applied Pharmacology》：Efficient pulmonary-targeted therapy and mechanistic insights of a novel glutathione dry powder inhaler in a model of radiation-induced lung injury

　　

支玉鹏|杨彦东|吴波|陈子斌|黄洪昭|王倩倩|洪金生|徐颖颖|陈春

福建医科大学药学院，中国福建省福州市350122

摘要

辐射诱导的肺损伤（RILI）仍然是胸部放射治疗的严重并发症，治疗选择有限。虽然还原型谷胱甘肽（GSH）具有治疗潜力，但其疗效受到全身给药时肺部生物利用度低的限制。本研究通过合理的配方优化开发了一种新型谷胱甘肽干粉吸入器（GSH-DPI）。优化的GSH-DPI表现出优异的气溶胶性能，细颗粒分数为84.48%，并在模拟肺液中实现持续释放。在小鼠RILI模型中，GSH-DPI（50 mg/kg，肺内给药）在减轻组织病理损伤、恢复免疫稳态以及降低氧化应激和促炎细胞因子表达方面，比等摩尔量的液态GSH或高剂量口服给药更有效。机制分析显示，RILI涉及大量的II型肺泡上皮细胞（AT2）丢失、代偿性氧化应激（Nrf2/HO-1激活）和进行性焦亡。GSH-DPI改善了AT2细胞的存活率，同时增强了Nrf2反应并抑制了GSDMD介导的焦亡，从而打破了“氧化应激-焦亡-炎症”的恶性循环。本研究强调了GSH-DPI作为针对RILI的肺部靶向策略的潜力，利用了其双重抗氧化和抗焦亡机制。

引言

RILI是胸部癌症放疗后最常见的严重并发症。其病理过程包括持续的氧化应激和失调的炎症反应，最终导致不可逆的肺纤维化和呼吸功能障碍（Chang等人，2024；Hanania等人，2019）。目前，RILI的临床管理主要依赖于皮质类固醇的抗炎作用。然而，这种策略存在局限性，包括广泛的免疫抑制以及无法有效对抗初始的氧化损伤（Rahi等人，2021；Hou等人，2022）。因此，探索能够同时对抗氧化应激和炎症且安全性更高的新治疗策略已成为该领域的研究重点。

GSH是最重要的内源性细胞内抗氧化剂，在清除活性氧（ROS）、维持氧化还原稳态和调节炎症信号通路方面起着核心作用（Niu等人，2021；Chen等人，2025；Sastre等人，2025）。理论上，外源性GSH补充是一种理想的解决辐射诱导氧化应激的方法。然而，GSH分子量较大，细胞膜通透性差。经过常规的口服或静脉给药后，其在肺组织中的生物利用度极低，无法达到有效的治疗浓度，这严重限制了其临床潜力（Wu等人，2004；Griese等人，2004）。

II型肺泡上皮细胞（AT2）不仅是肺表面活性剂的主要来源，还是可增殖并分化为AT1细胞以在损伤后恢复气体交换表面的前体细胞（Liu等人，2024；Pan等人，2024；Choi等人，2020）。它们的耗竭或功能障碍现在被认为是RILI进展的关键因素（Zhi等人，2025；Yang等人，2022），直接决定了肺泡修复（Wang等人，2024）与纤维化（Milman Krentsis等人，2024）的命运。值得注意的是，新兴证据表明，持续的氧化应激不仅会杀死AT2细胞，还会通过诱导细胞周期停滞或衰老来损害它们的再生能力。

肺部吸入为实现高效局部药物递送提供了理想途径。干粉吸入器（DPI）由于具有良好的配方稳定性、患者依从性和较高的肺沉积率，在呼吸系统疾病的治疗中受到越来越多的关注（Cui等人，2022；Ke等人，2022）。通过合理的配方设计和工艺优化，将治疗药物开发成DPI有望直接针对病变肺组织并克服全身给药带来的递送障碍。尽管吸入策略具有显著优势，但将谷胱甘肽开发成干粉吸入器用于治疗RILI的研究至今尚未开展。这种递送策略是否能够成功克服GSH的肺部靶向挑战，并有效缓解RILI及其作用机制，这些都是值得深入研究的科学问题。

因此，本研究旨在通过合理的配方设计首次开发一种新型GSH-DPI，并系统评估其理化性质和体外气溶胶性能。此外，在RILI的动物模型中，在严格控制等摩尔剂量和相同给药途径的情况下，我们将验证这种吸入器与传统液态制剂和全身给药的优越性。我们还将深入探讨其对肺泡上皮细胞的关键作用机制，旨在为RILI的预防和治疗提供新的候选药物和治疗策略。

章节摘录

细胞培养

从中国科学院细胞库/干细胞库获得的人类非小细胞肺癌A549细胞，在添加了10%胎牛血清（FBS）和1%青霉素-链霉素（Genview，北京鼎国长盛生物技术有限公司）的RPMI培养基1640（Gibco，Thermo Fisher Scientific）中培养。细胞在37°C、5% CO?的湿润培养箱中常规维持和传代。

谷胱甘肽干粉吸入器的制备

GSH-DPI是使用Mini Spray Dryer B-290（Büchi）制备的

全身给药的GSH可缓解RILI，并在某些指标上优于地塞米松

如图1A所示，单次胸部照射（18 Gy）成功建立了急性RILI的小鼠模型，其特征是体重逐渐下降（图1B）、肺指数增加（图1C）以及典型的组织病理学改变，包括肺泡结构破坏和炎症浸润（图1D）。口服GSH或其钠盐（GSH-Na，均为300 mg/kg）显著减轻了这些损伤，促进了体重恢复（图1B）

结论与讨论

本研究通过合理的配方工程策略成功开发了一种新型GSH-DPI。GSH-DPI在小鼠RILI模型中的优异疗效与增强的Nrf2信号传导和抑制的GSDMD-N切割显著相关。肺药代动力学数据直接证实了GSH-DPI的持续局部暴露优势。

本研究的核心突破在于成功克服了GSH肺部递送的固有挑战。

CRediT作者贡献声明

支玉鹏：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证。杨彦东：撰写 – 审稿与编辑。吴波：方法学。陈子斌：方法学。黄洪昭：正式分析。王倩倩：正式分析。洪金生：监督。徐颖颖：监督。陈春：撰写 – 原稿，监督，资源。

资助

本工作得到了国家自然科学基金 [资助编号：82473986（资助给C.C.）和龙岩市科技计划项目 [资助编号：2025LYF17051（资助给B·W）]的支持。

Chen等人，2024

Enomoto等人，2023

Purev等人，2024

Tan等人，2020

Yao等人，2021

Zhang等人，2025a

作者声明没有利益冲突。

致谢

不适用。