制霉菌素(Nystatin)穿越含麦角固醇(Ergosterol)脂质膜的通道形成机制及其跨膜转运研究

本研究针对抗真菌药物制霉菌素(Nystatin)能否穿越含麦角固醇的磷脂膜这一关键科学问题，通过构建单囊泡(GUVs)和多囊泡(MVVs)模型系统，结合相衬光学显微镜技术，首次证实Nystatin可穿透含15-45 mol%麦角固醇的POPC膜。研究发现内囊泡(inGUVs)的破裂时间显著短于独立囊泡，揭示Nystatin通过"通道解离-跨膜转运"新机制穿越双层膜，为优化抗真菌/抗利什曼病药物递送系统和降低肾毒性提供理论依据。

　　

在抗真菌治疗领域，制霉菌素(Nystatin)作为多烯类抗生素的典型代表，其独特的麦角固醇(Ergosterol)靶向特性使其成为对抗耐药真菌感染的重要武器。然而这种大分子量(926 g/mol)药物能否穿透细胞膜直达胞内病原体，以及其在哺乳动物胆固醇膜中的渗透行为，始终是困扰药学应用的未解之谜。更令人担忧的是，临床使用中出现的肾毒性现象暗示该药物可能具有未被认知的跨膜能力，但传统研究主要聚焦于其膜表面通道形成机制，对跨膜转运过程缺乏直接证据。

为解决这一科学难题，斯洛文尼亚卢布尔雅那大学医学院的研究团队创新性地采用巨单层囊泡(Giant Unilamellar Vesicles, GUVs)和多重囊泡(Multivesicular Vesicles, MVVs)模型系统，通过精密的相衬光学显微镜技术，首次捕捉到Nystatin穿越含麦角固醇磷脂膜的直接证据。这项发表在《The Journal of Membrane Biology》的研究不仅揭示了药物跨膜的新机制，更为靶向递送系统设计提供了关键理论支撑。

研究主要采用三项核心技术：1) 电形成法制备含15/45 mol%麦角固醇的POPC囊泡；2) 定制双室显微观测系统实现囊泡精准操控；3) 基于ImageJ软件的膜动态变化定量分析。通过比较单层囊泡(GUVs)与嵌套囊泡(inGUVs)在250/500 μM Nystatin溶液中的破裂动力学，建立了跨膜转运的定量评估体系。

【Rupture Times of the Vesicles】
实验数据显示三个关键现象：首先，所有MVVs中inGUVs均在外囊泡(outGUVs)破裂后才发生破裂；其次，半径>14μm的GUVs与outGUVs破裂时间无显著差异(p>0.05)；而半径<14μm的GUVs破裂时间显著长于同等大小inGUVs(p<6.7×10^-4)。这些现象暗示inGUVs在outGUVs完整时即已接触Nystatin。

【Times in the Bulk Solution】
更直接的证据来自暴露时间分析：inGUVs在250/500 μM Nystatin中的有效作用时间分别比对照GUVs缩短66%和45%(p<10^-4)。这种浓度依赖性差异进一步证实，inGUVs在outGUVs破裂前就已通过某种机制获得Nystatin。

【Increase of the Vesicle Radius】
半径动态监测显示，inGUVs暴露于主体溶液后的初始膨胀速率显著高于GUVs。结合对照实验排除了甲醇干扰(仅引起1.7%膜面积增加)，确认这种异常膨胀源于Nystatin预先渗入导致的渗透压失衡。

【Proposed Mechanism of Nystatin Passage】
研究提出创新性的"通道解离"假说：Nystatin在膜表面形成通道后，部分单体可从通道结构解离，穿越疏水核心到达内膜侧。这种被动转运需要两个必要条件：足够高的表面浓度(>250 μM)以形成通道结构，以及膜中麦角固醇的存在促进药物溶解。该机制完美解释了为何inGUVs会提前载药，也阐明了临床中低浓度给药时缺乏全身效应的现象。

这项研究具有三重重要意义：首先，为Nystatin治疗胞内病原体(如利什曼原虫无鞭毛体)提供了理论支持；其次，解释了药物肾毒性的分子基础——通过类似机制穿透肾小管细胞膜；最后，建立的MVVs-GUVs比较研究范式为其他大分子药物的膜渗透性研究提供了新思路。特别值得注意的是，研究发现麦角固醇含量(15% vs 45%)对渗透速率无显著影响，这提示临床制剂开发应更关注给药浓度而非单纯提高靶膜固醇比例。这些发现将推动更安全的脂质体递送系统和新型抗真菌药物的设计开发。