pH响应性纳米颗粒通过糖酵解抑制调控巨噬细胞重编程用于脓毒症免疫治疗

《Materials Today Bio》：Glycolysis Inhibition via pH-Responsive Nanoparticles Modulates Macrophage Reprogramming for Sepsis Immunotherapy

本研究针对脓毒症治疗难题，开发了基于FDA批准材料的pH响应性纳米颗粒(BAY-876@NPs)，该纳米系统能够靶向抑制GLUT1介导的巨噬细胞糖酵解，有效调节M1/M2巨噬细胞极化平衡，在CLP和LPS诱导的脓毒症模型中显著减轻全身炎症、改善多器官功能障碍并提高生存率，为脓毒症免疫治疗提供了新策略。

　　

脓毒症作为一种危及生命的临床综合征，其死亡率居高不下，已成为重症监护病房的主要死亡原因。当前的治疗策略主要依赖于支持性干预，但效果有限，迫切需要开发新型治疗方法。巨噬细胞介导的免疫炎症调节在脓毒症发病机制中扮演关键角色，其中代谢重编程被认为是调控巨噬细胞表型转换的核心机制。在脓毒症过程中，促炎M1巨噬细胞表现出显著的糖酵解活性，这种代谢特征维持了促炎因子的持续产生和释放。

葡萄糖转运蛋白1(GLUT1)作为糖酵解的关键调控因子，在炎症反应中发挥重要作用。BAY-876是一种创新性高选择性GLUT1抑制剂，但其临床应用受到水溶性差、代谢清除快等问题的限制。纳米医学的发展为解决这些挑战提供了新思路，特别是刺激响应性纳米载体能够实现病理微环境中的位点特异性药物释放。

在这项发表于《Materials Today Bio》的研究中，研究人员通过创新性的一锅法合成，利用FDA批准的聚赖氨酸(PLL)和肉桂醛(CA)制备了pH响应性纳米颗粒，并与DSPE-PEG₃₄₀₀进行亲水-疏水自组装，成功构建了能够高效封装GLUT1抑制剂BAY-876的纳米载药系统(BAY-876@NPs)。

关键技术方法包括：通过一锅法合成PLL-CA聚合物并自组装成纳米颗粒；利用动态光散射(DLS)、透射电镜(TEM)等技术表征纳米颗粒的理化性质；建立盲肠结扎穿孔(CLP)和脂多糖(LPS)诱导的脓毒症小鼠模型；通过Western blotting、免疫荧光、流式细胞术等技术评估巨噬细胞极化和糖酵解相关标志物表达。

3.1. Preparation and Characterization of NPs

研究人员成功合成了PLL-CA聚合物，并通过¹H-NMR、FTIR和GPC验证了其结构。在稳定剂DSPE-PEG₃₄₀₀存在下，聚合物自组装形成纳米颗粒，BAY-876@NPs的平均粒径约为157nm，zeta电位为4.2mV，包封效率达84.9%。最重要的是，该纳米系统表现出显著的pH响应特性，在酸性环境中能够实现BAY-876的控释。

3.2. In Vitro Cytotoxicity and Uptake

细胞实验表明，BAY-876@NPs表现出优异的生物相容性，即使在高浓度和长时间暴露下也仅引起最小细胞毒性。同时，纳米颗粒能够被RAW264.7细胞有效内吞，其摄取效率显著高于游离药物，这主要归因于带正电纳米颗粒与带负电细胞膜之间的有利静电相互作用。

3.3. Inhibition of Glycolysis, Regulation of Polarization, and Anti-Inflammatory Effects on Macrophages

机制研究表明，BAY-876@NPs能够有效抑制巨噬细胞糖酵解，显著降低细胞外乳酸水平，增加葡萄糖含量，并抑制GLUT1、HK2、PKM2和LDHA等糖酵解关键分子的蛋白表达。更重要的是，该纳米系统能够显著降低M1巨噬细胞标志物(iNOS、CCR7)表达，同时增加M2巨噬细胞标志物(Ym-1、Arg-1)表达，有效重编程巨噬细胞表型。

3.4. In Vivo Safety and Biodistribution

体内安全性评估显示，BAY-876@NPs在5倍治疗剂量下未引起肝、肾、心功能指标异常，也不诱导炎症反应，表现出卓越的生物相容性。药代动力学研究表明，BAY-876@NPs能够显著延长药物在体内的滞留时间，提高生物利用度。

3.5. In Vivo Anti-Inflammation Effects of BAY-876@NPs

在CLP和LPS诱导的脓毒症模型中，BAY-876@NPs治疗能够显著改善多器官功能指标，减轻全身炎症反应，提高生存率。组织病理学分析显示，该治疗能够有效缓解心、肝、肺、肾、肠等主要器官的损伤，特别是对急性肺损伤具有显著保护作用。

3.6. Molecular Mechanisms of the Anti-inflammatory Effects of BAY-876@NPs in Vivo

进一步的机制研究表明，BAY-876@NPs通过双重机制发挥抗脓毒症作用：一方面通过抑制GLUT1和HK2表达来调节巨噬细胞代谢重编程；另一方面通过减少M1巨噬细胞同时增加M2巨噬细胞来重新平衡免疫反应。

本研究成功开发了一种基于FDA批准材料的新型纳米载药系统，有效解决了游离BAY-876的临床应用限制。该智能pH响应性设计实现了炎症微环境中的靶向药物释放，体现了脓毒症精准治疗的理念。研究通过多模型验证证实了BAY-876@NPs在抑制全身炎症、保护器官功能和提高生存率方面的卓越疗效，其作用机制主要通过对巨噬细胞代谢和表型的双重调节来实现。这项研究不仅为脓毒症治疗提供了有前景的纳米治疗候选物，也为基于代谢重编程的免疫治疗策略提供了重要实验依据。然而，该研究在合成方法的大规模剂量需求和长期生物相容性观察方面仍存在局限，需要在未来研究中进一步完善。