《Journal of Drug Delivery Science and Technology》：Targeted intranasal brain delivery of brilliant blue G via mucoadhesive spanlastic nanovesicles attenuates neuroinflammation by limiting cGAS–STING signaling
编辑推荐：
阿尔茨海默病 | 纳米载体 | 鼻脑递送 | P2X7受体 | 神经炎症调控
埃尔赛义德·A·埃尔莫尔西（Elsayed A. Elmorsy）|萨梅赫·萨贝尔（Sameh Saber）|诺拉·苏利曼·阿卢斯奇赫（Norah Suliman Alsoqih）|哈马德·阿尔赛克汉（Hamad Alsaykhan）|阿卜杜拉齐兹·A·阿尔萨拉姆（Abdulaziz A. Alsalloom）|埃曼·哈姆扎（Eman Hamza）|拉巴布·S·哈马德（Rabab S. Hamad）|扎伊纳布·H·阿尔曼苏尔（Zainab H. Almansour）|莫斯塔法·M·科代尔（Mostafa M. Khodeir）|阿塔拉·F·埃尔科特（Attalla F. El-kott）|埃斯梅尔·M·阿利亚米（Esmael M. Alyami）|瓦利德·埃尔坦塔维（Waleed Eltantawy）|阿卜杜勒拉赫曼·埃尔赛义德（Abdelrahman El-Sayed）|阿尔沙伊玛·A·法拉格（Alshaimaa A. Farrag）|穆罕默德·R·阿卜杜勒-哈迈德（Mohamed R. Abdel-Hamed）|玛哈·M·阿梅尔（Maha M. Amer）|马纳尔·穆罕默德·哈泰姆（Manal Mohamed Hatem）|瓦拉·A·阿拉姆（Walaa A. Allam）|哈蒂姆·Y·阿尔哈比（Hatim Y. Alharbi）|艾哈迈德·Y·基拉（Ahmed Y. Kira）
沙特阿拉伯布赖达（Buraidah）卡西姆大学（Qassim University）药学院药理学与毒理学系，邮编51452
摘要
阿尔茨海默病（AD）中的神经退行性病变仍然是一个未解决的治疗难题。像Brilliant Blue G（BBG）这样的有前景的药物，作为一种选择性的P2X7受体拮抗剂，其脑内递送受到限制。本研究旨在开发和优化具有黏附性的壳聚糖涂层纳米囊泡（Ct-SNVs），以实现BBG从鼻腔到大脑的有效递送。通过薄膜水化法制备SNVs，并通过静电吸附将其涂覆壳聚糖。采用2^3因子设计优化了涂层过程，以最小化药物损失和囊泡大小，同时最大化ζ电位。优化后的配方产生了纳米级、带正电的囊泡，具有高包封效率；BBG-Ct-SNVs的差示扫描量热法（DSC）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）结果显示药物没有结晶热谱和光谱特征，表明其以分子分散状态存在于囊泡内。与未涂层SNVs相比，该涂层系统提供了受控扩散的持续释放、强黏附性以及更好的体外鼻腔渗透性和黏膜滞留能力。体内实验表明，BBG-Ct-SNVs使脑内药物峰值浓度提高了约两倍，并增强了靶向效果，同时使药物水平在24小时内保持稳定。分子研究表明，AlCl3增加了P2X7R的表达。它激活了NLRP3炎性小体（NLRP3、caspase-1活性、IL-1β和IL-18）和cGAS–STING通路（cGAS和STING mRNA上调；STING、TBK1和IRF3磷酸化增加），从而诱导IFN-β和CXCL10的产生。BBG-Ct-SNVs比游离BBG或未涂层SNVs更有效地抑制了这些信号。此外，它们还减少了皮质氧化应激和Aβ1–42负担。这项研究首次提供了在类似AD的模型中，通过黏附性纳米囊泡鼻腔递送BBG可以抑制cGAS–STING通路的体内证据。
引言
神经退行性疾病包括成人发病的痴呆症（如阿尔茨海默病、路易体痴呆、帕金森病痴呆、额颞叶痴呆、亨廷顿病以及朊病毒疾病如克雅氏病）和儿童遗传性疾病（巴滕病、克拉贝病和利氏病）。阿尔茨海默病（AD）是最常见的神经退行性疾病，其特征是进行性认知障碍、记忆丧失和行为紊乱。全球范围内，AD是一个重大的公共卫生问题，约占痴呆病例的60-70%，预计到2050年其患病率将增加三倍[1]，[2]。病理学上，AD的特点是细胞外β-淀粉样蛋白（Aβ）斑块的积累、细胞内神经纤维缠结以及广泛的神经元退化[3]。目前的药物选择仅能缓解症状，无法阻止疾病进展[4]。尽管进行了全面的研究，但有效的疾病修饰药物仍然难以获得，这突显了开发能够针对根本病理机制并改善药物脑内递送的创新治疗方法的紧迫性。
Brilliant Blue G-250（BBG）是一种三苯甲烷染料衍生物，因其对P2X7受体（P2X7R）的强拮抗作用而受到关注，该受体在神经炎症过程中起着关键作用[5]。最新研究表明，BBG对阿尔茨海默病等神经退行性疾病具有多方面的影响，可以减轻神经炎症并抑制神经元死亡；临床前研究证明，BBG治疗可以抑制淀粉样蛋白病理变化，减少小胶质细胞激活，并在AD转基因小鼠模型中保护海马神经元[6]，[7]，[8]，[9]，[10]，[11]。这些特性增强了BBG作为AD及其他中枢神经系统（CNS）疾病治疗剂的潜力。然而，BBG的治疗潜力受到药代动力学和递送挑战的限制，主要由于其高分子量和亲水性，这阻碍了其穿过血脑屏障（BBB），再加上由内皮细胞、周细胞和星形胶质细胞末端足形成的BBB的严格结构[7]，[12]。
鼻腔（IN）给药途径是一种非侵入性的脑内药物递送方法，能够直接从鼻腔输送到大脑，绕过BBB[13]。通过嗅觉和三叉神经途径，它允许快速将药物递送到脑实质，同时减少全身循环和首过代谢[14]。临床前和临床研究，特别是在AD中，证实IN给药可以提高神经治疗药物的中央神经系统（CNS）生物利用度[15]。此外，这种方法对患者友好，副作用少，适合长期治疗[16]，[17]。然而，快速的黏液纤毛清除、酶降解和有限的吸收窗口限制了药物吸收，因此需要先进的递送系统来提高滞留性、保护和黏膜渗透性[18]。
Spanlastic纳米囊泡（SNVs）作为一种先进的IN药物递送系统，通过其柔性的双层结构和边缘激活剂，提高了脑部靶向性[19]，从而增强了渗透性[20]。与脂质体相比，SNVs具有更好的物理和胶体稳定性，延长了保质期[21]。临床前研究表明，它们在改善神经退行性疾病模型中的脑内浓度和治疗效果方面有效[22]，[23]，[24]。通过用壳聚糖（Ct）涂层SNVs，可以进一步提高性能，壳聚糖是一种生物相容性聚合物，通过与黏蛋白的静电相互作用延长鼻腔停留时间[25]，并暂时打开紧密连接，从而增强细胞旁转运，提高脑部靶向效率[26]，[27]。
神经炎症是AD进展的核心驱动因素，细胞外ATP作用于嘌呤能P2X7R，激活典型的NOD-、LRR-和pyrin结构域蛋白3（NLRP3）炎性小体，最终导致caspase-1激活和IL-1β/IL-18的释放[28]，[29]。同时，多项研究表明DNA感应的cGMP–AMP合成酶（cGAS）–干扰素基因刺激因子（STING）通路在AD中起作用：线粒体/细胞质DNA触发cGAS，导致STING激活、TANK结合激酶1（TBK1）/干扰素调节因子3（IRF3）磷酸化，以及下游的I型干扰素和趋化因子反应，特别是干扰素β（IFN-β）和C-X-C基序趋化因子配体10（CXCL10），从而加剧神经炎症[30]，[31]，[32]。
这些综合因素构成了我们工作的研究基础，我们研究了AD中已建立的P2X7R–NLRP3通路和新兴的cGAS–STING通路。本研究专注于设计和开发用于BBG鼻腔递送的Ct-SNVs。通过2^3全因子设计优化了涂层过程，系统地评估和控制影响涂层效率和药物包封的关键参数。开发的BBG-Ct-SNVs在囊泡大小（VS）、ζ电位（ZP）、包封效率（EE）、体外释放行为和体外鼻腔渗透性方面进行了全面表征。研究还结合了全面的体内动物实验，以评估脑部靶向效率、神经保护作用和神经炎症通路的调节作用。我们假设，优化的Spanlastic系统将结合超可变形性和黏附性的优点，创建一个强大且安全的IN药物递送平台，能够增强鼻腔滞留性，促进直接从鼻腔到大脑的运输，并确保有效递送到与阿尔茨海默病相关的脑区。重要的是，这项工作不仅优化了递送方式，还提供了新的机制见解。据我们所知，这是首次证明通过黏附性纳米囊泡递送BBG不仅可以通过经典的P2X7R–NLRP3炎性小体通路，还可以通过抑制cGAS–STING通路来减轻神经炎症。
材料
Brilliant Blue G-250（BBG）购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。作为囊泡配方中的主要非离子表面活性剂的山梨醇单硬脂酸酯（Span 60）由Croda International Plc（英国东约克郡）提供。分析级冰醋酸（纯度≥99%）来自Fisher Scientific（英国拉夫堡）。绝对乙醇（99.9%）来自LANXESS AG（德国科隆），用作囊泡制备的有机溶剂。
模型适用性和统计评估
实验数据成功拟合了所有三个响应的因子模型，ANOVA验证了这一点。如表7所示，VS、ZP和DL的模型均具有统计学意义（p < 0.0001），模型F值分别为107.51、129.64和26.76，表明观察到的变化是由研究因素引起的，而非实验误差。回归分析显示模型拟合度非常好。
讨论
SNVs通过静电相互作用成功制备并涂覆了壳聚糖，形成了适合鼻腔给药的物理化学特性。在选择未涂层的BBG-SNVs进行后续涂层时，需要较高的绝对负ζ电位以确保胶体稳定性并促进与阳离子壳聚糖的有效静电吸引。同时，目标囊泡大小低于200纳米，这为预期尺寸提供了必要的余地。
结论
本研究证明了黏附性BBG-Ct-SNVs是一种高效的阿尔茨海默病（AD）鼻腔给药系统。优化后的配方具有纳米级大小、正电荷和低药物损失，DSC/FTIR结果证实了药物的无定形状态和辅料的相容性。与未涂层囊泡相比，涂层系统实现了受控扩散的持续释放、更强的黏附性和更好的体外渗透性，突显了壳聚糖介导的滞留作用的协同效应。
CRediT作者贡献声明
阿卜杜勒拉赫曼·埃尔赛义德（Abdelrahman El-Sayed）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、软件使用、资源管理、方法论设计、实验研究。萨梅赫·萨贝尔（Sameh Saber）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化处理、验证、监督、软件使用、项目管理、方法论设计、实验研究、数据分析、概念化。阿尔沙伊玛·A·法拉格（Alshaimaa A. Farrag）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化处理、验证、软件使用、资源管理、项目管理。
资助
本研究得到了沙特阿拉伯国王费萨尔大学（King Faisal University）研究生院和科学研究部（Deanship of Graduate Studies and Scientific Research）的支持（资助编号KFU250814）。作者感谢比沙大学（University of Bisha）研究生院和科学研究部通过快速研究支持计划（Fast-Track Research Support Program）对这项工作的支持。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
作者感谢国王卡利德大学（King Khalid University）的研究与研究生院通过大型研究项目（资助编号RGP2/170/46）对这项工作的支持。研究人员还感谢卡西姆大学（Qassim University）研究生院和科学研究部提供的财务支持（QU-APC-2025）。
缩写
- Aβ
β-淀粉样蛋白- AD阿尔茨海默病
- BBG
Brilliant Blue G-250- cGAS
cyclic GMP–AMP合成酶- CNS
中枢神经系统- Ct
壳聚糖- CXCL10
C-X-C基序趋化因子配体10- DSC
差示扫描量热法- EE
包封效率- FTIR
傅里叶变换红外光谱- GSH
还原型谷胱甘肽- IFN-β
干扰素β- IN
鼻腔- IRF3
干扰素调节因子3- MDA
丙二醛- MWM
莫里斯水迷宫- NF-κB
核因子κB- NLRP3
NOD-、LRR-和pyrin结构域蛋白3- P2X7R
P2X7受体- SOD
超氧化物歧化酶
