尺寸调控的纳米载体通过转胞吞作用靶向杜氏肌营养不良症肌肉实现治疗新突破

《Nature Communications》：Transcytotic transportation of size-controlled nanocarriers into dystrophic skeletal muscle leads to therapeutic outcome in mice

本研究针对杜氏肌营养不良症(DMD)药物递送效率低下的难题，开发了尺寸优化的介孔二氧化硅纳米颗粒(MSNP)载体系统。研究发现50-100 nm纳米颗粒通过内皮细胞转胞吞作用(transcytosis)高效穿越血管屏障进入肌肉组织，而非传统认为的血管渗漏机制。将药物他莫昔芬(TMX)封装于优化纳米载体后，显著提高了肌肉内utrophin表达，减轻纤维化和坏死，改善肌肉功能。该研究为DMD及其他肌肉疾病的纳米药物治疗提供了新策略。

　　

杜氏肌营养不良症(Duchenne Muscular Dystrophy, DMD)是一种致命的X连锁肌肉萎缩性疾病，患者因dystrophin基因突变导致进行性肌肉无力。尽管近年来基因治疗取得进展，如Elevidys（AAV载体基因疗法）获批用于治疗DMD患儿，但高剂量AAV可能带来副作用且中和抗体的产生限制了重复给药。因此，开发非病毒载体系统成为DMD治疗的重要方向。

纳米药物递送系统在癌症等领域展现出巨大潜力，但在神经肌肉疾病领域的系统递送却鲜有成功案例。DMD治疗面临的特殊挑战在于，药物需要高效递送至全身600多块骨骼肌（占体重的40-50%）。传统观点认为，骨骼肌血管内皮屏障严密，纳米颗粒难以穿透。然而，肿瘤研究中的最新发现提示，转胞吞作用(transcytosis)可能是纳米颗粒穿越血管屏障的重要机制。那么，在DMD这种具有类似肿瘤的纤维化、炎症和高代谢需求的病理环境中，纳米颗粒是否也能通过类似机制进入肌肉组织呢？

来自中美联合研究团队在《Nature Communications》上发表的最新研究，给出了肯定答案。研究人员通过精巧的纳米载体设计和多维度实验验证，揭示了纳米颗粒在DMD肌肉中运输的新机制，并成功将这一发现转化为有效的治疗策略。

研究采用的关键技术方法包括：通过种子生长法合成不同尺寸（50-300 nm）的介孔二氧化硅纳米颗粒(MSNP)并表征其理化性质；利用近红外染料标记和金核标记技术进行体内外示踪；通过活体成像、免疫荧光、透射电镜等多层次技术分析纳米颗粒在DMD模型鼠（mdx和B10-Dmd-KO品系）中的分布和转运机制；采用"僵尸模型"、流式细胞术和RNA测序验证转胞吞作用；最后将他莫昔芬封装于优化纳米载体进行疗效评价，通过免疫印迹、组织染色和肌力测试评估治疗效果。

尺寸依赖性生物分布研究揭示纳米载体在肌营养不良肌肉中的最佳尺寸范围

研究人员首先构建了不同尺寸的脂质涂层MSNP载体库（NP50nm、NP100nm、NP200nm、NP300nm），系统评估了尺寸对DMD小鼠体内分布的影响。结果显示，小尺寸纳米载体（50-100 nm）在骨骼肌中积累效率最高，而大尺寸颗粒（200-300 nm）则主要被肝脾等单核吞噬系统捕获。这一发现为DMD的纳米药物递送提供了关键的尺寸优化依据。

超微结构分析揭示纳米颗粒通过转胞吞过程穿越内皮细胞

为探究纳米颗粒进入肌肉的具体机制，研究人员合成了金核标记的~70 nm MSNP，通过透射电镜直接观察纳米颗粒在肌肉血管中的转运过程。令人惊讶的是，除了少数通过血管渗漏（enhanced permeability and retention, EPR效应）进入组织的情况外，大部分纳米颗粒通过内皮细胞转胞吞作用完成跨血管运输。这一过程包括细胞膜突起形成伪足、纳米颗粒内吞、细胞内囊泡运输和胞吐释放等连续步骤。

高频率转胞吞是纳米颗粒在肌营养不良肌肉中积累的主要原因

通过对73个血管区域进行系统分析，研究人员发现转胞吞阳性血管占比显著高于渗漏血管（41/73 vs 5/73），表明转胞吞是纳米颗粒进入DMD肌肉的主要途径。"僵尸模型"实验进一步证实，在固定化小鼠中纳米颗粒的肌肉积累减少71%，排除了被动渗漏的主导作用。RNA测序分析显示，发生转胞吞的内皮细胞中多个与GTP酶活性和转胞吞相关的基因（如Rragd、Cadm4、Depdc1a等）显著上调。

基于转胞吞纳米载体的他莫昔芬系统递送在肌营养不良小鼠中产生显著疗效

作为概念验证，研究人员将水溶性差的他莫昔芬封装于优化纳米载体（TMX NP），药物负载量达17.5%，半衰期约6.9小时。在DMD小鼠中，TMX NP治疗显著提高了肌肉utrophin表达，减轻了纤维化和坏死，改善了肌力。与口服游离药物相比，纳米制剂显示出更好的治疗效果和安全性。

研究结论强调，转胞吞是系统给药纳米载体进入DMD肌肉的主要机制，这一发现颠覆了传统认知。尺寸优化（50-100 nm）的纳米载体能够高效靶向肌肉组织，同时减少肝脾捕获，展现出"增强的转胞吞和滞留"（enhanced transcytosis and retention, ETR）效应。将他莫昔芬成功递送至DMD肌肉并产生治疗效果，证明了转胞吞靶向策略的临床转化潜力。

该研究的创新性在于首次系统揭示了纳米颗粒在DMD肌肉中的转运机制，提出了"尺寸优化的转胞吞纳米载体"作为DMD治疗的新范式。这不仅为DMD的纳米药物治疗开辟了新途径，也为其他肌肉疾病的靶向治疗提供了重要参考。未来研究可进一步探索纳米载体在心肌病和膈肌病变中的应用，以及通过靶向肽修饰提高心脏和膈肌的递送效率。

值得注意的是，研究也存在一定局限性，如未考察纳米载体表面"蛋白冠"的形成及其生物学效应，对心肌和膈肌的靶向效率有限等。这些问题的解决将推动纳米药物在DMD治疗中的进一步发展和应用。