PEGylation修饰对肺纤维化脂质体疗法的肺部递送影响：多尺度研究揭示关键屏障相互作用与治疗优化策略

本研究针对肺纤维化(PF)治疗中纳米载体肺部递送的瓶颈问题，系统探究了PEGylation修饰对含吡非尼酮(PFD)脂质体(LP)与肺屏障相互作用的影响。通过多尺度分析发现，PEGylation虽增强黏液穿透性并减少肺表面活性物质(LS)蛋白冠形成，但会改变LS生物物理特性，且未显著改善药物疗效。该研究为优化吸入式纳米药物设计提供了重要依据，发表于《Journal of Controlled Release》。

　　

肺纤维化是一种致命的进行性呼吸系统疾病，其特征是肺部瘢痕形成和呼吸功能受损，中位生存期仅2-5年。随着COVID-19后遗症的出现，肺纤维化的全球威胁日益加剧。目前口服药物治疗效果有限且副作用大，而通过吸入途径递送纳米药物可直接靶向肺部病变区域，提高疗效并减少全身毒性。然而，肺部复杂的生物屏障如黏液清除和肺表面活性物质(LS)层严重阻碍纳米药物的有效递送。虽然聚乙二醇化(PEGylation)技术常用于静脉注射纳米药物以改善药代动力学，但其在肺部给药中的作用尚不明确。Marina Pi?ol-Cancer等人在《Journal of Controlled Release》发表的研究，首次系统评估了PEGylation对含吡非尼酮(PFD)的脂质体(LP)与肺部多重屏障相互作用的影响。

研究团队采用多学科交叉方法，主要运用了以下关键技术：1)通过薄膜水化法和挤出法制备PEG化和非PEG化脂质体，并进行全面的物理化学表征；2)建立体外黏液穿透实验模型评估纳米颗粒渗透能力；3)采用质谱技术分析肺表面活性物质蛋白冠组成；4)利用俘获气泡表面张力仪评价脂质体对LS功能的影响；5)结合磁共振成像(MRI)和计算机断层扫描(CT)等分子影像技术追踪脂质体在健康和纤维化肺中的生物分布；6)建立博来霉素诱导的小鼠肺纤维化模型评估治疗效果。

在"3.1. Synthesis of antifibrotic PEGylated liposomes"部分，研究人员成功制备了以二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)为主要成分的PEG化和非PEG化脂质体。DPPC是肺表面活性物质的主要成分，有助于提高纳米载体与肺部环境的相容性。通过冷冻透射电镜(cryo-TEM)和动态光散射(DLS)表征显示，两种脂质体均形成约100 nm的单层小囊泡，且具有优异的胶体稳定性。

"3.2. Nano-bio interactions of PEGylated LPs with lung barriers"部分揭示了PEGylation对脂质体与肺部屏障相互作用的影响。研究发现PEG化脂质体(LP-PEG)表现出更强的黏液穿透能力，这归因于PEG的立体位阻和DSPE-PEG带来的负电荷减少了与黏蛋白网络的静电相互作用。对肺表面活性物质蛋白冠的分析发现，虽然PEGylation减少了总蛋白吸附量，但关键的表面活性蛋白(SP-A、SP-B、SP-D)的比例与天然LS相似。值得注意的是，PEGylation显著改变了LS的生物物理特性，增加了其流动性，这可能对肺功能产生不利影响。

"3.3. Role of PEGylation in the in vitro therapeutic effects of PFD-loaded LPs"部分评估了脂质体在转化生长因子β1(TGF-β1)激活的人肺成纤维细胞(HLF)中的治疗效果。尽管PEGylation降低了细胞摄取效率，但两种脂质体在抑制胶原蛋白I(COL1A1)、α平滑肌肌动蛋白(α-SMA)表达和细胞迁移方面表现出相似的疗效，且均优于游离PFD。这表明一旦达到细胞内药物阈值浓度，额外的摄取并不能进一步提高治疗效果。

"3.4. Role of PEGylation in lung retention time and biodistribution of LPs"部分通过MRI和病理学分析发现，PEGylation并未显著改善脂质体在健康或纤维化肺中的分布和滞留时间。两种脂质体均能有效到达肺远端区域，并被肺泡巨噬细胞摄取，但均未进入血液循环系统。

"3.5. Role of PEGylation in the therapeutic effect of PFD-loaded LPs in vivo"部分在博来霉素(BLEO)诱导的肺纤维化小鼠模型中评估了治疗效果。计算机断层扫描(CT)和羟脯氨酸含量分析显示，PFD-loaded LP和LP-PEG均能显著改善肺通气体积和减少胶原沉积，但LP-PEG在减轻免疫细胞浸润方面效果较弱。组织学分析进一步证实，两种脂质体在减少纤维化标志物表达方面效果相当。

研究结论部分指出，虽然PEGylation增强了脂质体的黏液穿透能力并减少了蛋白冠形成，但并未显著改善其在肺部的滞留时间和治疗效果。相反，PEGylation可能通过改变LS的生物物理特性而对肺功能产生潜在不利影响。这些发现对设计用于肺纤维化和其他肺部疾病的纳米药物具有重要意义，提示在特定情况下，PEGylation可能不是优化吸入式纳米药物的必要策略。该研究为理解纳米载体与复杂肺部环境的相互作用提供了全面视角，强调了多尺度研究方法在纳米医学研究中的重要性。未来研究需要进一步探索不同类型和密度的PEGylation对肺部纳米药物性能的影响，以及其在人体中的安全性和有效性。