《Journal of Controlled Release》：Hypoxia-responsive Azocalixarene-doxycycline host-guest complex for synergistic myopia control
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近视防控|靶向给药系统|缺氧响应释放|氧化应激|巩膜重塑
作者名单：沈贺、吴佩娟、张莉、吴佳雪、李后丽、易坤、孙秋云、王子阳、岳玉欣、郭东升、胡克、黄晓北、万文娟
单位：重庆医科大学第一附属医院、重庆市重大致盲性疾病防治重点实验室、重庆眼科研究所、国家眼科疾病临床研究中心重庆分中心（市属单位），中国重庆400010
摘要
近视是全球最常见的视力障碍之一。最新研究表明，巩膜缺氧可能是近视的早期诱因，它会引发氧化应激（OS），进而破坏细胞外基质（ECM）的重塑，并导致眼球轴长增加。在这项研究中，我们通过将多西环素（DOX）封装在磺化氮杂环[4]芳烃（SAC4A）中，构建了一种新型的缺氧响应性主客体复合物DOX@SAC4A。体外实验表明，该系统显著降低了DOX的细胞毒性，并实现了高效的缺氧触发药物释放。此外，SAC4A的自身活性增强了DOX的抗氧化和抗凋亡作用，有助于维持ECM的稳态。体内实验进一步证实，DOX@SAC4A能够选择性靶向缺氧的巩膜，并显著增加局部药物浓度。因此，它通过延缓眼球轴长增长和减轻近视度数变化，有效抑制了豚鼠的近视进展。总之，DOX@SAC4A是一种兼具治疗效果和靶向递送功能的多功能药物递送系统，为近视的预防和控制提供了有前景的候选方案。
引言
近视是全球最常见的屈光不正，通常定义为放松调节状态下球镜等效屈光度≤-0.50屈光度[1]。近视的持续恶化可能导致高度近视，这与眼睛后段的病理变化以及视力威胁性并发症的风险增加有关，包括近视性黄斑病变、视网膜脱离、白内障和脉络膜新生血管形成[2,3]。流行病学研究表明，目前全球约有25%的人口受到近视的影响，预计到2050年这一比例将上升至49.8%，其中高度近视占病例的近20%[4]。
近视的发展和进展源于遗传易感性与环境因素的复杂相互作用，其主要病理特征是眼球轴长的过度增长[5]。巩膜细胞外基质（ECM）的重塑在这一过程中起着核心作用。在生理条件下，巩膜成纤维细胞合成并分泌ECM成分（主要是I型胶原蛋白），以维持巩膜的完整性和生物力学稳定性[6]。病理刺激会破坏ECM的组成和更新，影响巩膜的稳态，并触发重塑级联反应[7,8]。
巩膜缺氧被认为是近视的关键病理驱动因素，主要通过调节ECM的重塑来实现。研究表明，在近视模型中，缺氧相关信号分子（如缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）和缺氧诱导因子-2α（HIF-2α）的表达显著升高。抗缺氧干预措施可以有效减缓近视进展，表明缺氧状态在巩膜病理变化中起着核心作用[9],[10],[11],[12]。缺氧会诱导线粒体复合物I的构象变化，导致活性氧（ROS）的过度产生[13]。同时，内源性抗氧化系统（如超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）的功能受损，促进ROS的积累和持续性的氧化应激。这种氧化环境会上调基质金属蛋白酶（MMPs）的表达和活性[14,15]，其中MMP-2在近视巩膜中的表达显著升高。这种升高加速了胶原蛋白的降解，导致巩膜变薄和生物力学强度下降，最终促进异常的轴长增长[16],[17],[18]。因此，抑制MMP-2的表达已被证明可以有效维持ECM的完整性并抑制近视进展[19,20]。
多西环素（DOX）是一种广谱MMP抑制剂，可抑制结膜成纤维细胞中MMP-1、MMP-2、MMP-9和MMP-12的表达，从而改善ECM的重塑[21]。在小鼠和仓鼠的形觉剥夺近视模型中，DOX能够抑制巩膜中MMP-2、MMP-3、MMP-7和MMP-9的表达，从而减缓屈光度变化和轴长增长，同时增加巩膜厚度和胶原纤维直径[22]。此外，DOX还具有抗凋亡和抗氧化作用，在多种疾病模型中显示出治疗潜力[23,24]。因此，DOX可能是控制近视进展的潜在候选药物。然而，其较差的稳定性和缺乏组织特异性靶向性限制了其在近视控制中的长期应用。
磺化氮杂环[4]芳烃（SAC4A）是一种合成的大环化合物，具有疏水性腔体和磺化外层，可以通过氢键和疏水相互作用稳定地封装各种药物分子[25],[26],[27]。其氮杂键在缺氧条件下可断裂，实现药物的可定位释放。利用这一特性，我们开发了缺氧响应性主客体复合物DOX@SAC4A，以提高DOX的组织特异性和释放控制能力。其抗氧化活性和对ECM重塑的抑制作用在人类巩膜成纤维细胞（HSFs）和近视豚鼠模型中得到了进一步验证，为近视管理提供了一种有前景的治疗策略（图1）。
DOX@SAC4A复合物的特性
DOX@SAC4A复合物的特性
DOX（MedChemExpress，中国）与SAC4A之间的结合亲和力通过竞争性荧光滴定法测定。使用罗丹明B（RhB，Aladdin，中国）作为荧光探针进行竞争性结合实验。将DOX溶液逐渐加入RhB@SAC4A复合物中，并监测RhB荧光强度的变化。结合常数通过1:1结合化学计量模型进行非线性拟合计算。SAC4A经过合成和纯化。
DOX@SAC4A的特性、细胞毒性和缺氧响应
为了确认DOX被SAC4A稳定封装，我们首先测量了两种分子之间的结合亲和力。DOX@SAC4A复合物的结合常数为（1.35 ± 0.06）× 10^5 M^-1，表明主客体之间的相互作用强烈且稳定（图2A, B）。在确认结合稳定性的基础上，我们进一步评估了DOX@SAC4A在体外是否表现出缺氧触发的释放行为。由于直接监测DOX释放存在困难，我们使用了荧光染料Cy5-DM来进行实验。
讨论
目前，用于控制近视的药物治疗选择有限。常用的药物（如阿托品）存在不良反应，如畏光和近视力模糊[30,31]。因此，迫切需要寻找更具针对性的治疗策略，以有效控制近视进展并减少副作用。
在这项研究中，我们提出了一种利用缺氧响应性超分子复合物DOX@SAC4A的创新策略。
资金来源
本研究得到了重庆市医学科学研究项目（重庆市卫生健康委员会和科学技术局的联合项目，项目编号：2024GDRC005和2024ZDXM033）以及国家自然科学基金（项目编号：82371098）的支持。
伦理批准声明
所有动物实验方案均获得了重庆医科大学机构动物护理和使用委员会（IACUC）的批准（IACUC批准编号：IACUC-CQMU-2025-05086）。
作者贡献声明
沈贺：撰写——原始稿。
吴佩娟：撰写——原始稿。
张莉：数据整理。
吴佳雪：方法学设计。
李后丽：方法学设计。
易坤：方法学设计。
孙秋云：方法学设计。
王子阳：验证。
岳玉欣：方法学设计。
郭东升：监督。
胡克：资金获取。
黄晓北：撰写——审稿与编辑。
万文娟：撰写——审稿与编辑。
致谢
不适用。
