用于肥胖脂肪多模式重编程的超声响应纳米疗法

《ACS Nano Medicine》：Ultrasound Responsive Nanotherapeutics for Multimodal Reprogramming of Obese Fat

肥胖症治疗的三重协同策略通过超声热疗、纳米催化及一氧化氮释放实现靶向脂肪组织重构，显著降低肥胖小鼠皮下及内脏脂肪（分别减少60.1%和62.2%），同时缓解糖尿病、高脂血症及系统性氧化应激和炎症。

　　肥胖仍然是全球面临的主要健康挑战之一，其根本原因在于缺乏能够直接针对肥胖脂肪组织复杂病理机制的治疗策略。为了应对这一问题，研究人员提出了一种具有转化潜力的纳米治疗策略，该策略通过三重模式的联合治疗，即声热治疗、一氧化氮（NO）治疗和纳米催化治疗，实现对肥胖白色脂肪组织（WAT）的靶向和整体重塑。该治疗方案基于一种功能化的金纳米颗粒（SNO@AuNP），其表面结合了S-亚硝基硫醇（SNO），能够在超声波照射下可控释放NO，同时兼具抗氧化酶的模拟功能，包括超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）。这种纳米治疗方式不仅能够诱导脂肪细胞的“褐变”（即将能量储存型白色脂肪细胞转化为能量消耗型棕色脂肪细胞），还能打破肥胖脂肪组织中氧化应激、缺氧和炎症之间的恶性循环。

在高脂饮食诱导的肥胖小鼠模型中，该联合治疗在18天内显著减少了靶向的皮下脂肪组织（60.1%）和远端的内脏脂肪组织（62.2%），并有效缓解了与肥胖相关的2型糖尿病，显著降低了高血脂、全身氧化应激和炎症水平。通过深入研究该治疗所涉及的细胞内、旁分泌和内分泌信号通路，研究人员揭示了其背后的机制，为开发有效的肥胖治疗策略及其代谢并发症提供了理论依据。

肥胖不仅影响脂肪组织的功能，还通过复杂的病理机制引发一系列代谢疾病，包括2型糖尿病、心血管疾病和某些癌症。传统的肥胖治疗方法主要通过作用于中枢神经系统来抑制食欲，或通过作用于胃肠道来减少胃排空和脂肪吸附，但这些方法普遍存在疗效不佳或副作用严重的问题。例如，近年来被广泛用于肥胖治疗的胰高血糖素样肽-1（GLP-1）激动剂，虽然在某些患者中显示出突破性的治疗效果，但常伴随恶心、腹泻、低血压、胰腺炎和心理障碍等不良反应。因此，直接作用于肥胖脂肪组织，诱导其有益的重塑，被认为是一种更为理想的选择。

声热治疗作为一种新兴的治疗方法，能够通过温和的超热（>42 °C）促进脂肪细胞的“褐变”，这一过程主要依赖于瞬时受体电位香草酸1（TRPV1）通道和热休克因子1（HSF1）等通路。然而，由于激光穿透深度有限，这一策略在深部脂肪组织中的应用受到限制。相比之下，超声波（US）具有更强的穿透能力，能够深入组织内部，从而实现对深部脂肪组织的治疗。研究人员设想，通过使用声热剂作为能量天线，利用超声波诱导的温和超热，可以安全地促进深部脂肪组织的“褐变”，而不会导致皮肤灼伤。然而，这一策略在肥胖脂肪组织中的效果受到病理状态（尤其是炎症）的限制，特别是在人类中。

在肥胖脂肪组织中，氧化应激和缺氧进一步加剧了慢性炎症，成为系统性健康问题的关键驱动因素，如胰岛素抵抗。一氧化氮（NO）作为一种重要的信号分子，能够通过减少促炎性细胞因子的水平和抑制NLRP3炎性小体的形成，发挥抗炎作用。同时，NO还能通过上调血管内皮生长因子（VEGF）的表达，促进血管生成，从而改善缺氧状况。此外，NO还能激活AMP-activated protein kinase（AMPK），增强脂肪燃烧，抑制脂肪储存，提高胰岛素敏感性，并促进线粒体生物合成和功能。因此，NO治疗有望与声热治疗产生协同效应。

在本研究中，金纳米颗粒（AuNP）被选为声热治疗的载体，因其具有高声阻抗、良好的热传导性和良好的生物相容性。通过NHS-EDC化学方法，SNO基团被结合到AuNP表面，使其能够在超声波照射下可控释放NO。此外，AuNP还具有内在的纳米催化活性，能够模拟SOD和CAT，从而清除活性氧（ROS）并产生氧气，以减轻氧化应激和缺氧。研究人员设想，这种多功能的纳米治疗体系（SNO@AuNP）可以被注入肥胖患者的皮下脂肪组织（尤其是最大的脂肪沉积部位），并借助聚焦超声波的激活，实现对肥胖脂肪组织的多方面有益重塑，从而减少脂肪质量并改善全身代谢。

在体外实验中，SNO@AuNP表现出对3T3-L1脂肪细胞极低的细胞毒性，即使在较高浓度（400 μg/mL）下也未观察到明显的细胞损伤。此外，SNO@AuNP能够显著抑制由过氧化氢（H?O?）引起的细胞内氧化应激，并有效缓解脂肪细胞的缺氧状况。在超声波刺激下，SNO@AuNP能够释放适量的NO，从而提高胰岛素敏感性并促进葡萄糖的摄取。这些实验结果表明，SNO@AuNP不仅具有抗氧化和抗炎作用，还能通过激活AMPK等通路，促进脂肪细胞的“褐变”和脂解。

在体内实验中，研究人员使用高脂饮食诱导的肥胖小鼠模型，评估了SNO@AuNP治疗的疗效。结果显示，与对照组相比，经过18天的治疗，SNO@AuNP与超声波联合治疗组的小鼠体重减少了21.3%，皮下脂肪组织减少了60.1%，内脏脂肪组织减少了62.2%。这种治疗还显著改善了与肥胖相关的2型糖尿病，降低了高血脂、全身氧化应激和炎症水平。与单独使用SNO@AuNP或超声波的治疗组相比，SNO@AuNP与超声波联合治疗组在多个方面表现出更显著的治疗效果，这表明三种治疗方式之间的协同作用至关重要。

此外，研究人员还发现，SNO@AuNP能够通过调节AMPK和PKG等关键通路，提高胰岛素敏感性，并促进脂肪细胞的“褐变”和脂解。NO治疗通过抑制NF-κB通路，减少促炎性细胞因子的释放，从而缓解炎症。同时，NO还能通过促进血管生成，改善缺氧状况，进一步增强脂肪细胞的代谢功能。这些机制的协同作用使得SNO@AuNP与超声波联合治疗不仅能够有效减少脂肪质量，还能通过内分泌信号通路改善全身代谢健康。

为了确保该治疗方法的安全性，研究人员进行了全面的生物安全性评估。结果显示，SNO@AuNP在体内的分布主要集中在肝脏和肾脏，且其最大血清浓度仅为0.26 μg/mL，远低于6 μg/mL的毒性阈值。此外，该治疗对肝功能和肾功能相关的生物标志物（如AST、ALT、肌酐和尿素）没有显著影响，也没有观察到心、肝、脾、肺和肾等主要器官的损伤或出血。这些结果表明，该治疗方法具有良好的生物相容性和安全性。

该研究不仅提出了一个新的肥胖治疗策略，还揭示了其背后的多种机制。SNO@AuNP通过其多功能特性，能够同时清除ROS、产生氧气、释放NO，并在超声波刺激下诱导“褐变”和脂解。这些作用通过复杂的细胞内、旁分泌和内分泌信号通路相互连接，从而实现对肥胖脂肪组织的全面改善。此外，该研究还指出，这种治疗方法有望成为GLP-1激动剂治疗的替代或补充选择，同时也可能适用于其他与肥胖相关的疾病，如骨关节炎和动脉粥样硬化。

研究人员进一步探讨了该治疗方法的生物安全性和转化潜力。结果显示，SNO@AuNP的使用剂量非常低（每公斤体重1.8 mg，相当于70公斤体重的人仅需0.126克），远低于其他已报道的金纳米颗粒治疗应用的剂量。同时，金纳米颗粒已被广泛用于多种临床试验，如用于动脉粥样硬化的光热治疗和基于金纳米颗粒的肽疫苗。因此，该治疗方法不仅具有良好的安全性和有效性，还具备较高的转化潜力。

综上所述，该研究提出了一种基于SNO@AuNP的三重治疗策略，通过声热、NO和纳米催化治疗的协同作用，有效缓解了肥胖及其相关代谢疾病。该策略不仅能够减少脂肪质量，还能通过改善胰岛素敏感性、降低氧化应激和炎症水平，提升整体代谢健康。该研究为肥胖治疗提供了新的思路，并为相关疾病的治疗策略奠定了基础。