镓-β-环糊精纳米颗粒共载原卟啉镓和硝酸镓在体外和体内对非结核分枝杆菌的协同抗菌作用研究

本研究发现，由β-环糊精（β-CD）构建的双载药纳米颗粒CDGPGN可同时递送镓原卟啉（GP）和硝酸镓（GN），通过破坏分枝杆菌铁代谢（如抑制过氧化氢酶活性）和诱导氧化应激，在体外和体内显著抑制脓肿分枝杆菌（M. abscessus）和鸟分枝杆菌复合体（MAC）的生长，为耐药非结核分枝杆菌（NTM）感染提供了新型纳米治疗策略。

　　

1 引言

非结核分枝杆菌（NTM）感染已成为全球公共卫生挑战，尤其是脓肿分枝杆菌（Mycobacteroides abscessus, M. abscessus）和鸟分枝杆菌复合体（Mycobacterium avium complex, MAC），对现有抗生素耐药性强，临床治疗困难。铁是细菌存活的关键元素，三价镓（Ga(III)）作为铁类似物，可通过模拟铁离子干扰细菌代谢。镓原卟啉（Ga protoporphyrin, GP）和硝酸镓（Ga(NO₃)₃, GN）分别靶向血红素代谢和铁依赖通路，但二者单独使用存在生物利用度低、细胞滞留时间短等问题。

本研究利用β-环糊精（β-cyclodextrin）的亲水外壳和疏水空腔特性，通过超声均质化技术制备了同时负载GP和GN的双重纳米颗粒（CDGPGN），旨在提高药物协同效应、延长作用时间，并评估其对NTM的抗菌活性及机制。

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2 结果

2.1 最小抑菌浓度（MIC）

在铁缺乏的7H9培养基中，GP与GN以1:1比例联合使用时，对M. abscessus临床分离株（包括光滑型S和粗糙型R）的MIC均为0.25–0.5 μg·mL^?1，且双药纳米颗粒CDGPGN的MIC与游离药物组合一致，表明纳米化未影响药物活性。

2.2 β-环糊精纳米颗粒的制备与表征

CDGPGN的粒径为227.3 ± 1.76 nm，多分散指数（PDI）为0.19，表明颗粒均匀。体外释放实验显示，Ga(III)从纳米颗粒中持续释放14天，初期释放12%，后续缓慢释放，符合长效给药需求。

2.3 纳米颗粒在巨噬细胞内的抗菌活性

单次给药CDGPGN可在人单核细胞源性巨噬细胞（MDM）中显著抑制M. abscessus生长，作用持续至第10天，抗菌效果优于单一药物纳米颗粒（CDGP或CDGN）。预加载纳米颗粒的MDM在感染后仍能有效减少细菌负荷，表明CDGPGN具有细胞滞留和长效活性。

2.4 对生物膜的抑制与破坏

在铁丰富的OADC培养基中，GP及其纳米颗粒（CDGP、CDGPGN）能有效抑制M. abscessus生物膜形成，其中CDGPGN对粗糙型菌株生物膜的破坏率达80%。GN单独使用无此效果，提示GP通过干扰血红素通路发挥关键作用。

2.5 对抗氧化酶活性的影响

GP显著抑制M. abscessus过氧化氢酶（catalase）活性（降至30%），但诱导超氧化物歧化酶（SOD）活性上调40%，可能与氧化应激增强有关。GN不影响这两种酶活性，表明GP与GN的作用机制存在差异。

2.6 小鼠肺部感染模型的治疗效应

鼻腔感染M. abscessus或MAC的小鼠经CDGPGN治疗后，肺部细菌负荷显著降低（M. abscessus下降2.5 log，MAC下降0.5 log），肺组织炎症减轻，酸染色菌体减少。电镜观察显示治疗组肺组织中未见细菌残留。

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3 讨论

CDGPGN通过协同作用同时靶向细菌的铁摄取和血红素代谢通路，增强抗菌效果。GP抑制过氧化氢酶，导致H₂O₂积累和氧化损伤，而GN可能通过抑制核糖核苷酸还原酶等铁依赖酶发挥作用。纳米颗粒延长了药物在细胞内的滞留时间，提高了治疗持续性。

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4 结论

CDGPGN纳米颗粒实现了GP与GN的协同递送，在体外和体内均表现出对NTM的显著抗菌活性，尤其对生物膜和细胞内感染有良好效果，为开发针对耐药分枝杆菌的长效纳米制剂提供了理论基础。

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5 实验方法

研究采用动态光散射（DLS）表征纳米颗粒，微稀释法测定MIC，非变性凝胶电泳分析酶活性，小鼠模型通过鼻腔感染和给药评估疗效，组织学与电镜用于病原体和病理观察。所有实验符合伦理规范，数据通过ANOVA统计分析。