用于口服蛋白质递送的纳米组装体——以治疗炎症性肠病的单克隆抗体为例

《Journal of Controlled Release》：Nanoassemblies for oral protein delivery — The case of monoclonals for inflammatory bowel disease

纳米载体技术突破口服蛋白给药限制，成功实现胰岛素及抗VEGF-A、抗TNF-α单抗的结肠靶向递送，抑制炎症反应并验证体内药代动力学特征。

　　在现代医学的发展进程中，生物药物，特别是单克隆抗体（mAbs）和肽类药物，已经成为治疗多种慢性疾病的重要手段。这些药物因其高度的靶向性和特异性，被认为是个性化纳米医学的前沿。然而，由于其在胃肠道（GI）环境中的低口服生物利用度，限制了其广泛应用。这主要是因为胃肠道的酸性环境、酶的降解作用以及肠壁膜的渗透性差等因素，使得这些生物大分子难以通过口服途径有效到达作用部位。因此，目前大多数生物药物仍需通过注射等非口服途径进行给药，这不仅影响了患者的依从性，还可能引发一些不必要的全身副作用。

随着纳米技术的发展，研究人员开始探索将这些生物药物封装在纳米载体中，以实现其口服给药。尽管已有多种纳米载体被开发用于肽和蛋白质的递送，但在实际应用中仍存在诸多挑战。例如，传统的纳米载体往往体积较大，难以在胃肠道中有效穿透粘膜屏障；其载药能力也相对较低，通常低于10%（w/w），这在某些情况下可能不足以满足治疗需求。此外，一些纳米载体在设计时并未充分考虑与肠道上皮细胞的相互作用，导致其在体内的分布和靶向性不佳。

为了克服这些障碍，本研究提出了一种新型的口服蛋白纳米递送平台。该平台基于一种已在我们实验室开发并验证的技术，即以棕榈酰透明质酸（HAC16）为基础的纳米组装体（HANAs）。这项技术最初是为静脉注射途径设计的，用于递送多种单克隆抗体，如贝伐珠单抗（BVZ）和抗KRAS单克隆抗体。HANAs通过一种简单且兼容微流控系统的配方方法，实现了对单克隆抗体的高效封装，具有独特的结构组织和异常高的载药能力（>10% w/w）。其设计原理在于利用HAC16和卵磷脂与单克隆抗体的疏水区域及正电荷之间的相互作用，从而优化药物的释放和稳定性。

在本研究中，我们进一步拓展了HANAs技术的应用范围，将其用于封装多种不同的蛋白药物，包括胰岛素和两种具有临床意义的单克隆抗体——贝伐珠单抗（BVZ）和阿达木单抗（Adalimumab）。为了增强这些纳米载体在胃肠道中的性能，我们对纳米载体的组成进行了调整，使其包含具有特定功能的两性聚合物。其中，一种是基于八精氨酸-棕榈酸（r8C12）的正电荷聚合物，另一种是基于聚谷氨酸-十四烷基酸（PGAC14）的负电荷聚合物。这些聚合物的选择是基于其在胃肠道中的特定行为：r8C12已被证明可以促进肠道渗透，而PGAC14则能够增强与肠道粘膜的相互作用，从而提高药物的吸收效率。

在本研究中，我们特别关注了纳米载体的尺寸调控，将其控制在低于100纳米的范围内。这一尺寸被认为是促进纳米载体在炎症组织中局部积累的关键因素。较小的纳米颗粒可以更有效地穿透粘液层，减少与粘蛋白纤维的物理相互作用，同时降低巨噬细胞的吞噬率，这对于旨在中和TNF-α的治疗策略尤为重要。此外，我们还在配方中引入了聚乙二醇（PEG），以提高纳米载体在肠道环境中的稳定性，防止其被快速降解。

通过系统的实验设计，我们成功制备出一系列具有优异性能的纳米载体（NAs），这些NAs在模拟胃肠道环境中表现出良好的保护作用，能够有效防止所封装药物的酶解。同时，这些纳米载体在体外和体内实验中均显示出优异的载药能力和靶向性。在体内实验中，我们利用正电子发射断层扫描/磁共振成像（PET/MRI）技术评估了放射性标记的纳米载体在健康大鼠体内的分布情况。结果显示，含有贝伐珠单抗的纳米载体（BVZ-r8C12）在结肠中表现出显著的滞留，相较于游离的贝伐珠单抗，其在结肠中的分布更加集中。这一发现表明，纳米载体能够有效引导药物在特定部位的释放，从而提高其治疗效果。

进一步的实验表明，这些纳米载体在炎症模型中表现出更强的靶向性。在结肠炎模型中，纳米载体的滞留模式被显著增强，这可能与炎症组织的生理特性有关。例如，炎症状态下，肠道上皮细胞的通透性增加，同时粘液层的结构发生变化，使得纳米载体更容易穿透并沉积在病变部位。此外，纳米载体在体内实验中还表现出良好的生物相容性，不会引起明显的毒副作用，这对于其未来的临床应用具有重要意义。

在治疗效果方面，我们评估了含有抗TNF单克隆抗体的纳米载体在DSS诱导的结肠炎小鼠模型中的作用。结果显示，这些纳米载体能够有效减少促炎细胞因子的产生，降低结肠炎的严重程度。这一结果不仅验证了纳米载体在炎症治疗中的潜力，也表明其在局部递送方面具有优势。由于单克隆抗体在静脉给药时已被证明对炎症性肠病（IBD）具有良好的治疗效果，但其口服给药尚未得到广泛批准，因此探索其口服递送技术具有重要的临床意义。

本研究的成果表明，通过合理设计纳米载体的组成和结构，可以显著提高生物药物在口服途径中的有效性和安全性。我们所开发的纳米载体不仅具有小尺寸、高载药能力、良好的稳定性，还能够与肠道上皮细胞发生有效的相互作用，从而提高其在特定部位的滞留和释放效率。这些特性使得纳米载体成为一种具有广阔前景的口服蛋白药物递送平台。

尽管本研究取得了一定的进展，但仍有许多问题需要进一步探讨。例如，纳米载体在体内的具体作用机制尚不完全清楚，这需要通过更深入的分子生物学和药理学研究来揭示。此外，纳米载体在不同疾病模型中的表现可能有所不同，因此需要进一步优化其性能，以适应更广泛的临床需求。最后，纳米载体的长期安全性和有效性还需要在更大规模的动物实验和临床试验中进行验证。

综上所述，本研究提出了一种新型的口服蛋白纳米递送平台，展示了其在治疗肠道炎症中的潜力。通过合理设计纳米载体的组成和结构，我们成功克服了传统口服递送方式中的诸多限制，为未来生物药物的口服给药提供了新的思路和技术支持。这一研究不仅有助于提高生物药物的治疗效果，还可能为其他慢性疾病的治疗带来新的希望。