《International Journal of Nanomedicine》：Nano-Enabled Therapeutics: Novel Strategies for Preeclampsia Treatment
纳米赋能治疗学：子痫前期治疗的新策略
摘要
子痫前期（Preeclampsia, PE）是一种以妊娠期高血压和胎盘功能障碍为特征的妊娠特异性疾病，是全球孕产妇和胎儿发病及死亡的主要原因之一。近年来，纳米医学的进展为靶向胎盘病理提供了前景广阔的治疗策略。研究表明，在PE小鼠模型中，使用负载siRNA或mRNA的载体（例如脂质纳米粒、外泌体或弹性样多肽）调控关键疾病相关基因（如sFlt1和VEGF），可有效缓解PE症状。本综述总结了基于纳米颗粒的PE疗法进展，讨论了可扩展性和临床转化等挑战，并强调了纳米医学有望革新PE管理的潜力。
引言
子痫前期（PE）作为一种妊娠特异性多系统疾病，其特征是妊娠20周后新发的高血压和蛋白尿，全球约有3–8%的妊娠受累。其发病机制 broadly 分为两个连续阶段：第一阶段是胎盘发育缺陷，表现为绒毛外滋养层细胞（Extravillous Trophoblasts, EVTs）侵袭不足和子宫螺旋动脉重塑受损，导致胎盘灌注减少、缺氧，并诱发氧化应激和内质网应激；第二阶段，这种病理状态触发了抗血管生成因子（如可溶性fms样酪氨酸激酶-1, sFlt1）和促炎介质从胎盘系统性释放到母体循环中。
sFlt-1的过度释放是此级联反应中的关键事件，它破坏了血管内皮生长因子（Vascular Endothelial Growth Factor, VEGF）和胎盘生长因子（Placental Growth Factor, PIGF）的信号传导，诱导广泛的血管内皮功能障碍和蛋白尿。当前PE的临床管理仅限于对症治疗（如使用抗高血压药物控制血压，硫酸镁预防子痫发作）和通过分娩胎盘进行根治性治疗，这常常导致早产及相关风险。尽管对PE潜在分子机制的理解有所进展，但目前尚无能够逆转胎盘功能障碍或延缓疾病进展的疗法，这凸显了产科护理领域一个关键的未满足需求。
基于纳米颗粒的药物递送系统因其可调节的理化性质而具有变革PE管理的潜力，能够实现靶向递送、减少脱靶效应并增强治疗载荷（包括核酸、蛋白质或小分子药物）的稳定性。例如，脂质纳米粒（Lipid Nanoparticles, LNPs）已成为一个多功能平台，其通过可电离脂质高效封装和递送mRNA或siRNA的能力已获得FDA批准应用（如COVID-19 mRNA疫苗和用于遗传性转甲状腺素蛋白淀粉样变性的patisiran）的验证。LNPs的成功取决于其通过内源性靶向机制克服生物屏障的能力，特别是载脂蛋白E（Apolipoprotein E, ApoE）介导的肝脏摄取和β2-糖蛋白I（β2-Glycoprotein I, β2-GPI）驱动的脾脏和胎盘趋向性。这些特性使得LNPs特别适用于治疗像PE这样的胎盘疾病，其中选择性胎盘靶向对于减轻胎儿毒性和母体并发症（如HELLP综合征）至关重要。
最近的临床前研究探索了纳米技术驱动的策略来调节PE中的关键致病通路。例如，靶向胎盘sFlt1的siRNA负载LNPs在啮齿类PE模型中已证明能有效降低高血压和蛋白尿，而通过LNPs递送VEGF mRNA则恢复了血管生成平衡并改善了胎儿结局。此外，聚酰胺-胺（Poly-Amidoamine, PAMAM）树枝状聚合物已被用于递送sFlt1 siRNA，在子痫前期大鼠模型中显示出降低循环sFlt1水平和缓解症状的效果。弹性样多肽（Elastin-like Polypeptide, ELP）通过实现母胎屏障隔离同时有效递送治疗性肽（如VEGF）在啮齿类模型中显示出前景。同样，源自人脐带间充质干细胞（Human Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells, HUCMSCs）的外泌体通过其先天调节胎盘血管生成和免疫反应的能力展现出治疗潜力。然而，在平衡疗效与安全性、确保最小胎儿暴露以及规模化生产以进行临床转化方面仍存在挑战。
用于PE治疗的纳米载体
用于PE治疗的脂质基纳米载体
脂质基纳米载体，主要包括LNPs和脂质体，代表了一类高度通用且先进的药物递送系统。其显著优势包括优异的生物相容性、可生物降解性以及高效封装和递送多种治疗载荷（从小分子药物到mRNA和siRNA等核酸）的能力。该平台的临床转化已因LNP基COVID-19 mRNA疫苗和FDA批准的siRNA疗法Onpattro的广泛成功而得到深刻验证。
Michael J. Mitchell博士课题组工程化了一种胎盘趋向性LNP平台用于mRNA疗法治疗PE。他们通过体内高通量筛选评估了98种LNP制剂库，并确定了先导候选物LNP 55。该平台的功效源于一种新颖的内源性靶向机制，即β2-GPI吸附到LNP 55上，通过绕过传统的ApoE介导的肝脏摄取，促进向胎盘的优先递送。在两种小鼠模型（脂多糖诱导的炎症模型和sFlt1过表达诱导的缺氧模型）中的治疗验证表明，单次静脉注射VEGF mRNA负载的LNP 55可解决母体高血压，改善胎盘脉管系统，并恢复胎儿健康。
在PE治疗模型研究之前，筛选能够靶向胎盘的制剂配方也至关重要。同一研究组采用正交实验设计优化辅料摩尔比，确定了具有增强胎盘趋向性和减少肝脏积累的LNP C5。随后，他们通过应变促进的叠氮-炔环加成法开发了表皮生长因子受体（Epidermal Growth Factor Receptor, EGFR）靶向的LNPs，该LNPs在胎盘滋养层细胞中表现出优异的特异性和摄取，为PE治疗提供了一种精细化策略。
Young等人采用系统的实验设计（Design of Experiments, DOE）方法优化了可电离LNP配方以增强mRNA向胎盘的递送，确定了C12-200和DOPE是最大化滋养层细胞转染效率的关键组分。他们全面的筛选显示，降低聚乙二醇（Polyethylene Glycol, PEG）的摩尔比会增加LNPs的表观pKa，这与改善胎盘趋向性和在母体器官（如肝脏和脾脏）中的最小脱靶积累相关。该研究证明了PIGF mRNA的成功体内递送，导致怀孕小鼠中显著的蛋白质分泌和血管生成平衡的恢复，且未诱导胎儿毒性或全身炎症。
基于先前对胎盘靶向LNP疗法的研究，Zhu等人开发了一种新型叶酸（Folic Acid, FA）修饰的LNP平台，封装了针对丙酮酸激酶M（Pyruvate Kinase M, PKM）的siRNA（FA-LNP@si-PKM），以精确靶向PE中失调的糖酵解代谢和异常的组蛋白乳酸化。整合多组学分析确定PKM为关键上游调节因子，通过组蛋白乙酰转移酶KAT7驱动乳酸过度产生和随后的组蛋白H3赖氨酸18（Histone H3 Lysine 18, H3K18l）乳酸化。FA-LNP@si-PKM系统通过叶酸受体α（Folate Receptor-alpha, FRα）介导的内吞作用表现出增强的胎盘趋向性和滋养层细胞摄取，有效沉默PKM表达并抑制KAT7-H3K18la轴。在L-精氨酸甲酯（L-NAME）诱导的PE小鼠中，FA-LNP@si-PKM治疗显著改善了母体高血压和蛋白尿，减少了胎盘炎症，恢复了滋养层细胞侵袭能力，并改善了胎儿结局。
Hofbauer等人工程化了一种新型LNP平台，封装IL-4和IL-13 mRNA以特异性调节胎盘免疫。这种FRα靶向系统促进了高效的滋养层细胞摄取和随后的局部细胞因子分泌，使巨噬细胞极化为抗炎M2表型。关键的是，他们的工作发现了mRNA剂量与极化功效之间的反比关系，为优化给药策略提供了信息。在怀孕小鼠中的成功体内应用证明了靶向胎盘递送和免疫调节，且全身炎症暴露最小。
基于对抗体介导方法的探索，Geisler等人设计了靶向可电离LNPs，其表面缀合了不同密度的EGFR抗体（aEGFR-LNPs）以增强mRNA向胎盘的递送。在体外培养的胎盘滋养层细胞和体内怀孕小鼠模型中，中等抗体密度（1:5 aEGFR-LNP）产生了最佳性能。Dong等人通过开发抗EGFR抗体修饰的脂质体（E-Lip-siRNA-sFlt1）用于递送sFlt1 siRNA，直接将抗体靶向策略转化为治疗干预。在PE大鼠模型中，该靶向系统利用滋养层细胞上EGFR的过表达，通过抗体介导的主动靶向机制实现胎盘特异性积累。
与抗体相比，小分子配体由于其较小的尺寸以及易于合成和修饰，在靶向递送方面具有独特优势。例如，一种FA修饰的PEG化脂质混合胶束被设计用于封装sFlt1 siRNA，利用胎盘滋养层细胞上FA受体的过表达进行主动靶向。Li等人构建了CRNPs，通过使用CGKPK肽功能化负载罗格列酮（Rosiglitazone, RGZ）的LNPs。在L-NAME诱导的PE小鼠模型中，CRNPs促进了RGZ靶向递送至胎盘，随后释放RGZ以激活过氧化物酶体增殖物激活受体γ（Peroxisome Proliferator-Activated Receptor γ, PPARγ），进一步调节下游PGC1α和UCP2，从而有效改善胎盘氧化应激和胎盘发育及胎儿生长。除了这些分子靶向策略外，还提出了一种使用纳米级尺寸人工氧载体的物理治疗范式。
用于PE治疗的聚合物基纳米载体
聚合物基纳米载体构成了药物递送领域的另一个主要支柱，其特点在于卓越的材料多样性和功能可编程性。这些系统受益于对关键理化性质（如尺寸、表面电荷和降解动力学）的精确控制，并具有易于功能化的表面，能够实现包括siRNA和小分子药物在内的多种治疗剂的控释和靶向递送。
Yu等人采用PAMAM作为非病毒载体来复合和递送sFlt1 siRNA。在肿瘤坏死因子-α（Tumor Necrosis Factor-α, TNF-α）诱导的大鼠PE模型中，siRNA-sFlt1-PAMAM复合物有效将sFlt1 siRNA递送到细胞中，利用RNAi特异性沉默胎盘中过表达的sFlt1基因。结果表明，该纳米复合物治疗显著降低了循环sFlt1水平、平均动脉压和蛋白尿，同时改善了胎儿和胎盘重量。
后续研究结合了主动靶向策略以增强聚合物基纳米载体的胎盘特异性和沉默效率。Li等人工程化了PEG-PLA纳米颗粒，其表面功能化了一种胎盘硫酸软骨素A（Chondroitin Sulfate A, CSA）结合肽，以实现sFlt1 siRNA的靶向递送（T-NPsisFlt1）。该靶向系统在体外和体内均显示出显著的滋养层细胞积累，有效降低了胎盘sFlt1 mRNA和母体血清sFlt1蛋白水平，且未观察到对母体或胎儿的毒性。在成功实现靶向单基因沉默后，他们进一步设计了CSA结合肽靶向的脂质-聚合物混合纳米颗粒，用于共同递送针对sFlt1和核因子E2相关因子2（Nuclear Factor-Erythroid 2-Like 2, Nrf2）的siRNAs。这种联合疗法在PE小鼠模型中实现了胎盘氧化应激和抗血管生成通路的同时下调，表明在改善母体高血压和胎儿生长受限方面优于单基因靶向。
除了基因沉默，聚合物基纳米载体的多功能性扩展到调节PE中更复杂的、系统水平的病理生理紊乱，包括免疫微环境和细胞内细胞器功能。开发了一种壳聚糖-低分子量肝素钠纳米颗粒（CHsN），通过上调肝素结合表皮生长因子（Heparin-binding Epidermal Growth Factor, HB-EGF）来改善PE，进一步通过将Treg/Th17免疫平衡向耐受方向转变并抑制炎症来重编程母胎界面，在L-NAME诱导的大鼠模型中有效缓解疾病症状。同时，聚合物基纳米载体的应用已被推进到亚细胞水平以解决氧化应激。构建了一种胎盘靶向策略（nMitoQ），通过将线粒体抗氧化剂（MitoQ）封装到聚合物纳米颗粒中。在产前缺氧模型中，nMitoQ以性别二态性方式挽救了胎盘线粒体功能，恢复了雄性胎盘中的复合体IV活性，同时增强了雌性胎盘中的线粒体融合。
用于PE治疗的蛋白质基纳米载体
蛋白质基纳米载体利用其内在的生物来源和精确的分子识别能力，为PE治疗提供了一条以高生物安全性为特征的独特途径。其中，工程化的ELP系统尤为突出。ELP可以通过简单的热循环过程高效纯化，并通过基因融合技术作为治疗性蛋白质的稳定载体。这不仅显著延长了药物在母体循环中的半衰期，而且关键的是，其大的流体动力学半径有效阻止了胎盘转移。这种机制实现了一种创新的母体隔离策略，为保障妊娠期间胎儿安全建立了新标准。
Bidwell等人系统地开发了基于ELP的母体隔离治疗平台，实现了从多通路靶向策略到特定炎症通路精准治疗的突破。他们首先提出利用ELP作为通用平台开发一系列针对PE中多种致病通路的肽疗法。该研究揭示了ELP可以合成不同的序列和大小以稳定治疗性肽，并有效阻止跨越胎盘界面，避免胎儿暴露。在此基础上，他们进一步专注于炎症通路的精确干预，开发了一种核因子-κB（Nuclear Factor-κB, NF-κB）抑制肽（SynB1-ELP-p50i），该肽在体外有效阻断NF-κB活化，并抑制TNF-α诱导的内皮素产生。在怀孕大鼠模型中，SynB1-ELP-p50i表现出减缓的血浆清除率和有效的胎盘屏障阻断，导致其特异性沉积在母体肾脏、肝脏和胎盘中。此外，在胎盘缺血大鼠模型中部分改善了高血压症状并降低了胎盘TNF-α水平，且无毒性迹象。
ELP平台在PE的抗血管生成通路中也显示出显著疗效。Logue等人构建了一种将VEGF与ELP融合的蛋白质（ELP-VEGF），该蛋白在母体循环中表现出延长的半衰期，并在胎盘缺血大鼠模型中积累在母体器官和胎盘，但在胎儿组织中检测不到。ELP-VEGF通过中和过量的sFlt1和恢复一氧化氮信号传导，剂量依赖性地改善了母体高血压。此外，天然蛋白质材料作为PE治疗载体也显示出巨大潜力。Wang等人开发了基于玉米醇溶蛋白的纳米颗粒，其功能化了羟丙基-β-环糊精并共同负载姜黄素和丁子香酚（Cu/Eu@H-β-CD-ZNPs）。该制剂通过抑制TLR4/NF-κB信号通路发挥治疗作用，有效降低了LPS诱导的妊娠相关高血压大鼠模型血清和胎盘组织中的促炎细胞因子水平，同时促进了缺氧条件下滋养层细胞的增殖、迁移和侵袭。
用于PE治疗的外泌体基纳米载体
外泌体作为天然分泌的纳米级囊泡，由于其固有的低免疫原性、优异的生物相容性和卓越的生物屏障穿透能力，已成为PE治疗中极具前景的天然纳米载体。这些囊泡作为复杂生物信息分子（如蛋白质和miRNAs）的载体，参与并精确调节母胎界面的各种病理生理过程，包括免疫微环境重编程、胎盘血管生成和滋养层细胞功能恢复。
Chang等人评估了HUCMSC来源的外泌体（HUCMSC-exos）的治疗效果。在sFlt1过表达诱导的PE小鼠模型中，HUCMSC-exos治疗降低了母体血压，增加了胎儿体重，并促进了胎盘血管网络的重建。蛋白质组学分析表明，这些外泌体富含与血管生成和细胞迁移相关的功能蛋白，如Versican，这可能构成其保护作用的分子基础。
在验证天然外泌体功能后，研究人员通过外泌体工程进一步增强了治疗效果。开发了HUCMSC-EVs-TFCP2，即源自过表达TFCP2的HUCMSCs的外泌体。在缺氧/复氧处理的绒毛外滋养层细胞的体外模型和RUPP手术诱导的体内PE小鼠模型中，工程化外泌体通过激活Wnt/β-catenin信号通路，有效促进了滋养层细胞的增殖、迁移和侵袭，从而缓解了PE样症状。
除了治疗应用，理解外泌体的病理作用为PE发病机制提供了关键见解。Ma等人发现，在缺氧/复氧条件下，人胎盘微血管内皮细胞（Human Placental Microvascular Endothelial Cells, HPVEC）分泌的外泌体中miR-486-5p水平显著升高。这些外泌体可以被滋养层细胞摄取，并通过靶向和抑制胰岛素样生长因子1（Insulin-like Growth Factor 1, IGF1）的表达来负调控其增殖、迁移和侵袭。
用于PE治疗的纳米载体综合分析
纳米技术在PE治疗中的快速发展导致了多种纳米载体的出现，包括脂质基、聚合物基、蛋白质基和外泌体基纳米载体，它们为胎盘病理的精确干预提供了丰富的策略。然而，这些纳米载体在材料特性、靶向能力、递送效率和安全性方面存在显著差异。因此，系统比较其核心特性对于理解整体格局和选择合适的纳米载体至关重要。
脂质基纳米载体，特别是LNPs，由于其递送核酸（如mRNA, siRNA）的卓越效率以及成熟的工业化生产路径，已成为最有希望进行临床转化的平台之一。此外，它们能够通过工程化脂质组成和表面修饰（例如用CGKRK肽、EGFR抗体）实现胎盘靶向，这已被证明在各种PE动物模型中能显著改善母体高血压和胎儿生长。然而，挑战依然存在，包括其固有的肝脾隔离倾向以及较高剂量下潜在的免疫毒性。
相比之下，聚合物基纳米载体以其设计灵活性著称，能够通过定制化学合成精确控制降解动力学、电荷和功能基团等性质。这种多功能性使其不仅适用于核酸递送，也适用于小分子药物的高效封装。然而，其临床应用常常受到复杂制造过程和一些阳离子聚合物潜在细胞毒性的阻碍。
蛋白质基纳米载体提供了一组以生物相容性和安全性为中心的独特优势。大分子构建体如ELP，采用创新的母体隔离策略。这种方法有效缓解了母体症状如高血压，同时最小化了胎儿暴露的风险，为妊娠期间的高安全性治疗建立了新范式。天然蛋白质纳米载体如Zein，为递送生物活性天然化合物提供了替代途径，通过调节如TLR4/NF-κB等炎症通路，证明了在改善滋养层细胞功能和妊娠结局方面的功效。然而，这类纳米载体也面临挑战，包括外源或工程化蛋白质的潜在免疫原性风险以及对某些载荷物的载药能力和效率的限制。
外泌体作为内源性生物纳米囊泡，具有无与伦比的属性，如低免疫原性、穿越生物屏障的先天能力以及在细胞间通讯中的天然作用。它们作为内源性治疗分子（如miRNAs, 蛋白质）的递送载体，以调节胎盘微环境。尽管有这些优势，外泌体面临着相当大的转化障碍。与成熟的合成载体如脂质体相比，外源性治疗载荷的高效和可控加载仍然是一个主要技术挑战。此外，它们的体内分布、清除机制和精确靶向原理仍不清楚。再加上实现大规模、标准化生产的困难，阻碍了其临床发展。总之，最佳纳米载体的选择取决于三方面因素，包括特定的治疗目标、载荷的性质以及安全性的首要考虑，需要仔细平衡母体和胎儿的风险。
纳米载体的理化性质对PE治疗的影响
纳米载体的治疗功效从根本上受其内在理化性质的控制，包括尺寸、表面电荷、表面修饰和核心组成。这些性质精确调节它们在母体循环中的命运、在胎盘组织中的富集、被滋养层细胞的摄取以及最终的细胞内生物活性。
纳米载体的尺寸是其药代动力学和生物分布的主要决定因素。在纳米医学中，一个广泛认可的最佳尺寸范围（大约50–200 nm）被认为有利于平衡长循环与组织穿透能力，这一原则也适用于胎盘靶向。例如，通过高通量筛选鉴定的LNP C5，在体内表现出卓越的胎盘mRNA递送效率，其合适的尺寸被认为有助于在胎盘血窦中滞留并与靶细胞充分接触。此外，尺寸显著影响细胞摄取机制。较小的颗粒（<100 nm）往往更容易通过网格蛋白依赖的内吞作用进入细胞，这一通路在代谢活跃的滋养层细胞中尤为突出。
表面电荷（Zeta电位）和亲水修饰共同决定了纳米载体与生物环境的相互作用。带正电荷的纳米载体（如PAMAM-siRNA复合物）可以通过静电相互作用强烈促进细胞膜吸附和内吞，但这通常伴随着较高的细胞毒性和被单核吞噬系统快速清除的风险。因此，最近的设计通常旨在生理条件下达到中性或略带负电荷。PEG化在这里起着核心作用，其密度和链长是调节性质和靶向能力的关键杠杆。PEG层通过空间位阻减少血清蛋白的非特异性吸附，从而延长循环半衰期。更重要的是，Young等人揭示，调整LNPs中PEG-脂质的摩尔比可以改变其表观pKa，这与胎盘和肝脏之间的趋向性转换直接相关，为选择性器官靶向提供了原则性策略。然而，过度的PEG化可能会阻碍靶向配体的功能或诱导免疫反应，因此需要寻找最佳平衡。
对于用抗体或肽修饰的主动靶向纳米载体，表面配体的密度是其功效的关键决定因素。Geisler等人发现了LNP表面抗EGFR抗体的最佳修饰密度（抗体与LNP的摩尔比为1:5）。在此密度下，aEGFR-LNPs在体外和体内均实现了最佳的胎盘mRNA递送和滋养层细胞摄取。密度不足导致靶向不充分，而密度过高则可能由于空间位阻或受体过度交联而降低内化效率，甚至可能改变颗粒的整体理化性质。
纳米载体的核心脂质或聚合物构成了其载荷保护、膜融合、内体逃逸甚至内源性靶向能力的化学基础。在脂质基纳米载体中，可电离脂质（如C12-200）的设计使其在中性血液pH下保持中性以延长循环，并在酸性内体环境中质子化，促进膜融合和核酸释放，这对于成功的mRNA或siRNA递送至关重要。Swingle等人表明，他们选择的LNP 55特异性吸附β2-GPI，这种蛋白质介导了LNPs向胎盘的有效归巢，揭示了通过材料-蛋白质冠-生物界面相互作用进行精确靶向的新范式。此外，不同的材料平台赋予独特的功能性，例如，ELP由于其热响应性和大分子量而成为母体隔离策略的理想载体，而外泌体则天生具有低免疫原性和膜融合能力，其自身的膜蛋白质组构成了其靶向能力的内在组成部分。因此，整合对这些理化参数精确控制的整体合理设计策略，对于释放纳米载体靶向PE治疗的全部治疗潜力至关重要。
结论与展望
近年来，纳米载体在PE治疗中的应用取得了显著进展。通过精确的靶向设计和功能修饰，各种纳米系统可以特异性递送治疗剂（如siRNA、mRNA和小分子药物）至胎盘组织，从而在最小化对母体和胎儿潜在风险的同时提高疗效。
未来，纳米载体在PE治疗中的发展应关注以下几个关键方向：
- 1.
开发胎盘响应性智能靶向系统，利用胎盘微环境的独特特征（如缺氧、酸性pH）来增强治疗精度。这些纳米载体将实现触发式药物释放，从而将治疗活性精确限制在疾病部位。
- 2.
构建多机制协同治疗平台，利用纳米技术固有的共递送和时空控制能力，未来的平台应旨在从单一纳米载体中精确装载和顺序释放针对不同病理通路（如血管生成、过度炎症反应和增强的氧化应激）的治疗剂。该策略寻求产生协同效应，并具有逆转疾病过程的潜力。
- 3.
加强标准化制造工艺的建立，至关重要的是推进标准化、连续的纳米制造，例如通过微流控技术。同时，必须开发创新的安全评估范式。这包括利用胎盘芯片类器官等先进模型和复杂的成像技术，在临床前阶段全面评估母胎安全性。
- 4.
促进诊断-治疗一体化策略的发展，将诊断功能（如成像探针）与治疗能力整合到单一纳米载体中，将允许可视化胎盘病理、实时监测治疗反应并进行个体化治疗调整，以实现精准医疗。
通过跨学科合作和持续的技术创新，纳米载体有望克服当前的转化限制。这一进步将使其成为PE治疗的关键突破，最终实现改善母胎健康结局的根本目标。
