口服纳米颗粒 “跨界出击”：降糖、减肥、改善代谢，为糖尿病治疗开辟新航道

为解决糖尿病治疗难题，上海交通大学的研究人员开展基于聚（两性离子 - 胆酸）口服纳米颗粒的研究。结果显示，PCBBA 纳米颗粒可提升口服胰岛素生物利用度、改善代谢。该成果为糖尿病治疗提供新思路，值得科研读者一读。

　　

在当今世界，糖尿病就像一个肆意横行的 “健康杀手”，严重威胁着人们的健康。你知道吗？大约每十个成年人里，就有一个正饱受糖尿病的折磨，而且预计在未来 25 年，这个数字会像火箭一样飙升，超过 7.8 亿人！对于糖尿病患者来说，控制血糖就像是一场永无止境的战斗。胰岛素作为糖尿病治疗的 “主力军”，却因为只能通过注射给药，给患者带来了不少困扰。频繁打针不仅疼，还可能引发感染等问题。而且，口服胰岛素这条路也困难重重，它的生物利用度极低，就像一个 “调皮的孩子”，很难被身体吸收利用，往往需要大剂量服用才能起到控制血糖的效果，但这又可能会引发炎症反应和胰岛素抵抗。更让人头疼的是，胰岛素只能调节血糖，对糖尿病引发的并发症、肥胖和炎症等问题却 “无能为力”。所以，寻找更有效的糖尿病治疗方法，成了医学领域亟待攻克的难题。

为了解决这些棘手的问题，上海交通大学的研究人员在《Journal of Nanobiotechnology》期刊上发表了一篇名为 “Oral zwitterionic nanoparticles based on poly (zwitterion - cholic acid) for effective management of diabetes and obesity” 的论文。他们经过一系列研究，成功找到了一种颇具潜力的解决方案 —— 基于聚（两性离子 - 胆酸）的口服纳米颗粒（PCBBA 纳米颗粒）。这种纳米颗粒就像是一个 “全能小卫士”，不仅能高效地将胰岛素输送到血液中，显著提高口服胰岛素的生物利用度，还能调节脂质代谢，减轻脂肪和肝脏组织的炎症，对肥胖和糖尿病相关并发症也有很好的改善作用。这一研究成果为糖尿病的治疗开辟了新的道路，给众多患者带来了新的希望。

研究人员在开展这项研究时，用到了几个关键技术方法。他们通过化学合成的方法，制备出了 PCBBA 纳米颗粒，并对其进行了一系列的表征，包括用透射电子显微镜（TEM）观察其形态和大小，用动态光散射（DLS）测量其粒径和电位等。在细胞实验方面，利用细胞培养技术，以人结肠腺癌细胞系（Caco - 2 细胞）为模型，研究纳米颗粒的细胞摄取和转运机制。动物实验则建立了多种糖尿病小鼠模型，如链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病小鼠模型和 db/db 小鼠模型，以此来评估纳米颗粒在体内的药效和安全性。

研究结果

1. 纳米颗粒的制备与表征：研究人员按照特定的步骤合成了两亲性聚合物 PCBBA。他们先合成了单体 CB - tBu，再通过可逆加成 - 断裂链转移（RAFT）聚合反应制备出 PCB，最后将 PCB 的末端羧基与 PUDCA 酯化得到 PCBBA。通过多种检测手段，如¹H NMR、凝胶渗透色谱（GPC）等，对合成的聚合物进行了详细表征，确定了其结构和分子量。为了制备纳米颗粒，他们将 PCBBA 和胰岛素溶解在磷酸盐缓冲盐水（PBS）中，利用胰岛素与锌离子形成的复合物，通过疏水相互作用实现高效封装。同时，以聚乙二醇（PEG）修饰的胆酸（PEGBA）纳米颗粒为对照，进行后续实验。实验测得 PCBBA 纳米颗粒的临界胶束浓度（CMC）为 0.1mg/mL，比常见的表面活性剂低很多，这意味着它在体内的稳定性更好，不容易解离和稀释。TEM 和 DLS 检测显示，纳米颗粒呈球形，平均直径约 120nm，且近中性电荷。稳定性测试发现，在室温下储存 10 天，纳米颗粒的粒径和 zeta 电位都没有明显变化；在 4℃储存时，粒径虽略有下降，但不具有统计学意义。此外，纳米颗粒在不同环境下的释放实验表明，它在模拟肠液（SIF）中释放缓慢，在模拟胃液（SGF）中释放较快。不过，为了解决纳米颗粒在胃液中不稳定的问题，研究人员尝试将其冻干后装入肠溶胶囊，结果发现冻干过程对胰岛素活性影响不大，重新溶解后的纳米颗粒仍能保持较好的稳定性和结构完整性。
2. PCBBA 增加黏液穿透效率和细胞内化：纳米颗粒要发挥作用，首先得穿过肠道上皮细胞表面的黏液层。研究人员模拟了这一过程，在 Transwell 小室上涂抹黏蛋白溶液模拟黏液层，然后将负载 FITC - 胰岛素的 PCBBA 纳米颗粒（PCBBA/FITC - ins 纳米颗粒）置于其上，通过检测基底外侧腔中的药物含量来评估纳米颗粒的扩散速率。实验结果令人惊喜，PCBBA 纳米颗粒的扩散速度比 PEGBA 纳米颗粒快得多，在 4 小时内几乎完全渗透到基底外侧腔，扩散速率是对照组的 2 - 3 倍。这得益于 PCB 独特的超亲水性和抗污性，使其能快速穿过黏液层。不仅如此，研究人员还利用人结肠腺癌细胞系（Caco - 2 细胞）进行细胞摄取实验。通过共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）观察发现，与 PEGBA 纳米颗粒相比，PCBBA/FITC - ins 纳米颗粒组的荧光信号更强，说明其细胞摄取效率更高。在小鼠肠道实验中，给小鼠口服负载药物的纳米颗粒后，通过 CLSM 观察发现，PCBBA/FITC - ins 纳米颗粒在小肠微绒毛表面和基底外侧组织有很强的荧光，进一步验证了其快速穿过黏液层和被肠道上皮细胞摄取的能力。
3. 纳米颗粒的跨上皮运输和机制：为了深入了解 PCBBA 纳米颗粒进入细胞的机制，研究人员用常见的内吞途径抑制剂处理 Caco - 2 细胞，然后用流式细胞术分析 PCBBA - FITC - ins 纳米颗粒的内吞和外排情况。结果发现，低温（89.1%）、染料木黄酮（26.6%）和渥曼青霉素（64.7%）能显著抑制纳米颗粒的内吞，这表明纳米颗粒主要通过能量依赖途径，如巨胞饮作用和脂筏 / 小窝途径进入 Caco - 2 细胞。在研究纳米颗粒的外排机制时，发现高尔基体相关抑制剂（莫能菌素，MON）和微管途径抑制剂（诺考达唑，NO）都参与了 PCBBA 纳米颗粒的外排过程，而且降低温度会显著减缓外排速度，说明纳米颗粒的外排也是一个能量依赖的过程。
4. 体内生物分布和肠道吸收：研究人员利用 Maestro 体内成像系统和 CLSM，评估纳米颗粒在肠道的吸收速率和体内分布情况。他们制备了两种负载不同荧光染料的 PCBBA 纳米颗粒，分别是负载 DiR 碘化物的 PCBBA - DIR 纳米颗粒和负载 FITC - 胰岛素的 PCBBA - FITC - ins 纳米颗粒。给小鼠口服这些纳米颗粒后，发现 PCBBA - DIR 纳米颗粒在肠道内的荧光信号明显强于游离 DIR 和 PEGBA - DIR 纳米颗粒，表明其在肠道的富集和吸收更快。用负载 FITC - 胰岛素的纳米颗粒进行平行实验，也得到了类似的结果，并且在肝脏和胆囊中检测到了较强的荧光信号，这说明纳米颗粒可能通过门静脉循环到肝脏，还可能存在肠肝循环参与其运输过程。这些结果进一步证明了 PCB 修饰的胆酸纳米颗粒能快速穿过肠道上皮细胞的黏液层，进入全身循环。
5. 体内药效学和药代动力学研究：研究人员通过一系列动物实验评估口服 PCBBA - 胰岛素的疗效。他们将 PEGBA - 胰岛素、PCBBA - 胰岛素和游离胰岛素分别灌胃给链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病 Balb/c 小鼠，以皮下注射游离胰岛素的小鼠为对照组，监测血糖变化。结果显示，对照组皮下注射胰岛素后，血糖在 2 小时内迅速下降，但 5 小时后降糖效果逐渐减弱；而 PCBBA - 胰岛素组在给药后 4 小时内血糖显著降低，并且能维持 10 小时以上，效果明显优于 PEGBA - 胰岛素组。此外，给糖尿病小鼠口服不同剂量的 PCBBA - 胰岛素，发现血糖降低程度与剂量相关，而口服游离胰岛素或 PCBBA 本身则不会引起血糖明显变化。在健康小鼠和 db/db 小鼠（2 型糖尿病模型）中进行的实验也证实，PCBBA 能显著提高胰岛素的口服生物利用度。通过直接测量血清胰岛素水平，计算得出口服 PCBBA - 胰岛素的相对生物利用度为 23.7%。为了进一步提高口服生物利用度，研究人员将 PCBBA - 胰岛素纳米颗粒冻干后装入肠溶胶囊，给 Sprague Dawley（SD）大鼠灌胃。结果发现，血清胰岛素浓度在 12 小时达到峰值，并能长时间保持较高水平，基于血清胰岛素浓度 - 时间曲线下面积（AUC_{0 - 48h}）计算，其相对生物利用度约为 32.9%。这表明肠溶胶囊能有效减缓纳米颗粒在胃液中的释放，提高胰岛素的口服生物利用度，延长其降糖作用时间。
6. PCBBA 作为潜在的抗肥胖剂：研究人员选择胆酸进行研究，是因为它可能对改善糖尿病相关并发症，如肥胖有帮助。他们以 db/db 小鼠为模型，用 PCBBA 纳米颗粒和 PUDCA 分别处理小鼠，观察其对代谢紊乱的影响。实验发现，PCBBA 处理组小鼠的体重下降到对照组的 83.6%，与 PUDCA 处理组效果相似，且体重下降主要是因为白色脂肪组织（WAT）质量减少，WAT 与体重的比值也降低。进一步研究发现，PCBBA 和 PUDCA 都能上调与 WAT 棕色化相关的基因表达，如解偶联蛋白 - 1（Ucp - 1），促进线粒体解偶联和能量消耗，从而减轻肥胖。同时，PCBBA 处理组的 WAT 脂肪细胞明显变小，说明脂质积累减少。这些结果表明，PCBBA 能有效促进 WAT 棕色化，减轻 db/db 小鼠的肥胖症状，效果与 PUDCA 相当。
7. PCBBA 有效改善 db/db 小鼠的脂肪炎症、糖耐量和胰岛素抵抗：研究人员通过口服葡萄糖耐量试验（OGTT）和腹腔注射胰岛素耐量试验（IPITT）评估 PCBBA 和 PUDCA 对肥胖小鼠胰岛素敏感性的影响。结果显示，这两种物质都能显著提高胰岛素敏感性。进一步研究发现，这得益于它们激活了 TGR5 受体。TGR5 受体激活后，会提高细胞内环磷酸腺苷（cAMP）水平，激活蛋白激酶 A，促进靶蛋白磷酸化，包括 cAMP 反应元件结合蛋白（CREBP）转录因子。这一系列反应不仅能增加脂肪组织的能量消耗，还能改善葡萄糖代谢和胰岛素敏感性，调节巨噬细胞的抗炎反应。此外，研究人员还发现，PCBBA 能减少肥胖小鼠 WAT 中炎症细胞因子（TNF - α 和 IL - 1β）的基因表达，降低巨噬细胞在脂肪组织中的积累，促进巨噬细胞从促炎的 M1 型向抗炎的 M2 型极化，改善胰岛素抵抗。
8. PCBBA 治疗逆转 db/db 小鼠的肝脂肪变性：肥胖常常伴随着肝脂肪变性，研究人员因此探究了 PCBBA 对 db/db 小鼠肝脏病理的影响。给小鼠服用 PCBBA 后，发现其肝脏重量减轻了约三分之一，血浆中低密度脂蛋白胆固醇（LDL - C）水平显著降低，丙氨酸氨基转移酶（ALT）和天冬氨酸氨基转移酶（AST）这两个反映肝损伤的关键指标也明显下降。通过组织病理学染色（H&E 和油红 O 染色）和 qPCR 分析发现，PCBBA 能改善肝脂肪变性，减少肝气球样变，降低脂肪酸合酶（FASN）的表达，说明它能使肝脏代谢恢复正常。有趣的是，一些关键代谢调节因子，如 SREBP1c、PGC1α 和 PPARα 的表达没有明显变化，研究人员推测这可能是因为 PCBBA 激活了法尼醇 X 受体（FXR），FXR 激活能产生有益的代谢效应，包括减轻炎症、提高胰岛素敏感性和降低异位甘油三酯水平，FASN 是 FXR 的直接靶基因，其下调可能独立于 SREBP1c 的参与。此外，免疫荧光染色显示，PCBBA 处理组肝脏中 CD206⁺巨噬细胞显著增加，促炎细胞因子（TNF - α、IL - 6 和 IL - 1β）减少，表明 PCBBA 能减轻肝脏炎症。综合这些结果，PCBBA 不仅能抑制肝细胞中的脂质积累，还能减轻肝脏炎症，改善肝脂肪变性症状，其治疗效果可能主要归因于胆酸的存在，且 PCBBA 和 PUDCA 可能通过类似的激活途径发挥作用。
9. 生物相容性和长期安全性：研究人员对 PCBBA 进行了全面的生物相容性和安全性评估。在体外细胞实验中，用不同浓度的 PCBBA 处理 Caco - 2 细胞，发现其在 0.01 - 1mg/mL 浓度范围内对细胞活力没有明显影响。将 PCBBA 与红细胞孵育 4 小时，也未观察到明显的溶血现象。在体内实验中，给健康小鼠连续 7 天每天两次口服 PCBBA，通过组织学染色和检测相关功能指标发现，小鼠小肠组织的绒毛结构完整，主要器官和小肠组织没有明显的结构损伤和炎症，肝脏、肾脏等相关功能指标与对照组相比也没有显著差异。这些结果充分表明，PCBBA 纳米颗粒在体内具有良好的生物安全性。

研究结论与讨论

上海交通大学的研究人员成功设计并合成了一种由亲水性聚两性离子和疏水性胆酸聚合物组成的两亲性聚合物 PCBBA。由它制备的纳米颗粒就像一个 “超级快递员”，拥有超强的穿透黏膜屏障和肠道上皮细胞的能力，能够高效地将胰岛素输送到血液中，显著提高口服胰岛素的生物利用度。在多种动物模型中，这种纳米颗粒都展现出了良好的降糖效果，当通过肠溶胶囊给药时，口服生物利用度甚至能超过 30%。而且，PCBBA 纳米颗粒还能 “兼职” 调节脂质代谢，减轻脂肪和肝脏组织的炎症，帮助小鼠减轻体重，改善肥胖、糖尿病相关并发症，展现出了广泛的代谢益处。

更值得一提的是，PCBBA 纳米颗粒制备简单，所用的胆酸和甜菜碱生物相容性良好，在动物模型中未显示出明显毒性。这一创新的口服递送系统，为糖尿病患者带来了新的希望，有望成为控制血糖、预防和治疗肥胖、炎症及相关代谢并发症的有效手段。不过，目前的研究还存在一些局限性，比如还需要在更大的动物模型中进一步验证其疗效，对于 PCBBA 诱导体重减轻的潜在机制也需要更深入的研究。但无论如何，这项研究为糖尿病的治疗提供了一个极具前景的方向，相信在未来，随着研究的不断深入，PCBBA 纳米颗粒将为糖尿病患者带来更多的福音。