综述：Recent and future developments in inhaled formulations to overcome anti-bacterial drug resistance

《Expert Opinion on Drug Delivery》：Recent and future developments in inhaled formulations to overcome anti-bacterial drug resistance

推荐这篇综述的原因在于其系统地阐述了吸入制剂作为克服细菌耐药性的新兴前沿策略，涵盖了从智能纳米载体（如脂质体、聚合物）、新型生物制剂（噬菌体、抗菌肽）到肺泡巨噬细胞靶向递送等多种先进技术。文章深入剖析了其在临床转化中面临的挑战（如黏液/生物膜屏障、临床试验设计），并对未来的发展方向（制剂-装置协同设计、精准治疗）提出了专家见解，为相关领域研究者提供了全面且深入的参考。

　　

耐药细菌（如铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌）引起的下呼吸道感染（LRIs）是全球性的重大健康威胁，传统的静脉或口服抗生素常因全身暴露、难以穿透肺部感染部位（如黏液、生物膜）以及难以根除细胞内细菌而效果不佳。吸入式抗生素递送技术通过直接将高浓度药物递送至肺部感染部位，实现了局部治疗并减少全身毒性，被认为是应对细菌耐药性挑战的极具前景的策略。

2. 先进制剂技术

为了应对耐药细菌构筑的屏障，研究者们开发了多种先进的吸入制剂策略。纳米颗粒抗生素（包括聚合物、脂质、无机纳米颗粒）显示出比传统制剂更高的抗菌效力。它们可以设计成穿透粘稠的黏液屏障水孔，有效杀灭细胞内细菌。例如，带正电荷的纳米载体（阳离子脂质体）能通过静电作用与带负电的生物膜基质强烈结合，从而破坏生物膜结构，增强药物渗透。酶响应型载体则能被生物膜内高表达的酶（如细菌蛋白酶、脂肪酶）特异性切割，实现感染部位的定点药物释放。

颗粒的粒径、表面电荷和组成是影响制剂在气道内命运的关键因素。小于几百纳米的颗粒能更好地穿透致密的黏液和生物膜胞外聚合物（EPS），而1-3微米的颗粒一旦通过上呼吸道，在肺泡中的沉积效率最高。由于黏液和生物膜基质带负电，中性或阴离子表面有助于扩散，而带正电荷的颗粒则容易因静电吸附而被固定。使用聚乙二醇（PEG）或两性离子涂层等粘液惰性辅料可以减少粘附相互作用，促进更深层的渗透。

具体案例包括：Fu等人开发了一种双响应（酸和活性氧ROS） 的靶向肺部炎症组织的脂质纳米颗粒，负载的利福平对金黄色葡萄球菌的抗菌效率是游离利福平的10倍。另一种具有黏液穿透和感染响应释放能力的妥布霉素交联纳米颗粒，通过聚乙二醇化（PEGylation）增强穿透性，并在感染的酸性环境中触发释放，有效消除了生物膜细菌。此外，负载食菌蛭弧菌（Bdellovibrio bacteriovorus） 的聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）多孔微球干粉吸入剂，在小鼠模型中显示出良好的雾化特性和抗菌效果，为抗生素疗法提供了替代方案。

2.1. 噬菌体疗法

噬菌体是能感染并杀死细菌的病毒，是对抗耐药菌最有前景的疗法之一。与常规抗生素相比，噬菌体具有高特异性、快速增殖和开发周期短的优势。它们不仅能通过裂解细菌细胞来杀菌，还能破坏生物膜的形成，从而进入生物膜深层区域。例如，喷雾干燥的噬菌体PEV20对铜绿假单胞菌显示出优异的杀菌效果和体外雾化性能。将抗假单胞菌噬菌体PEV31与抗生素环丙沙星联用，可协同根除耐多药（MDR）铜绿假单胞菌。在囊性纤维化（CF）患者中，雾化噬菌体疗法降低了铜绿假单胞菌负荷和抗生素耐药性水平。尽管前景广阔，但噬菌体穿透哺乳动物细胞膜的能力较慢，且大多证据来自小规模病例，缺乏专属的临床数据，其应用仍受限制。

2.2. 蛋白质和肽

抗菌蛋白和肽（AMPs）也被报道可用于根除耐药菌相关感染。例如，抗菌肽候选物SET-M33的纳米颗粒制剂（特别是PEG₅₀₀₀纳米颗粒）改善了雾化性能、黏液/生物膜穿透性能，并将活性维持长达72小时。内溶素（Endolysins），即噬菌体裂解酶，因其强大的杀菌活性和低耐药性风险而备受关注。内溶素Cpl1已被成功制成喷雾干燥的可吸入粉末，并保持了良好的生物活性和气溶胶性能。然而，吸入性蛋白质和肽类药物面临酶降解、上皮渗透性差以及在雾化过程中不稳定等主要限制。

2.3. 脂质体纳米颗粒

脂质体由磷脂双分子层构成，可用于递送亲水性和疏水性药物。它们能被巨噬细胞吞噬，实现药物的缓释，从而延长药物作用时间、增强抗菌效果并根除生物膜内细菌。脂质体吸入抗生素纳米制剂可提供持续释放，使肺部药物浓度在更长时间内维持在最低抑菌浓度（MIC）以上，并减少给药频率。例如，用于治疗CF和支气管扩张相关肺部感染的吸入性阿奇霉素干粉脂质体制剂显示出优异的抗生物膜和抗菌活性。另一项研究则展示了利用超声响应性脂质体纳米颗粒进行代谢调节的策略，以增强抗生素疗效和免疫激活来治疗慢性铜绿假单胞菌生物膜感染。

在肺部，脂质体可将治疗药物转运至小外周气道，随后更多地被肺泡巨噬细胞（AV） 摄取。脂质体在巨噬细胞内降解并释放抗生素，杀死细胞内细菌，同时提供一个延长抗生素释放的储库，从而实现高细胞外浓度。根据脂质体载体的电荷特性，抗生素制剂可以穿透生物膜层，克服细菌耐药性并发挥高效抗菌作用。

2.4. 联合疗法

将抗生素与其他药剂（如黏液溶解剂、生物膜破坏剂或佐剂分子）结合使用，可通过增强渗透和疗效来靶向生物膜。例如，噬菌体-抗生素组合（PEV31和环丙沙星） 对耐药铜绿假单胞菌显示出协同根除和抑制再生作用。喷雾干燥的含左氧氟沙星（抗生素）和氨溴索（黏液溶解剂） 的复合微粒，以及含环丙沙星、槲皮素和盐酸氨溴索的三元组合，都表现出良好的雾化性能和强大的抗菌抗生物膜活性。

群体感应（QS）抑制剂通过破坏细菌的通讯系统来阻止毒力因子表达和生物膜形成，与抗生素联用可产生协同抗菌作用。最近的研究发现，甲萘醌（维生素K3） 通过增加活性氧（ROS）产生和破坏细菌细胞膜的能力，增强了阿奇霉素对铜绿假单胞菌的活性。联合吸入抗生素制剂具有协同抗菌活性和降低全身毒性等优势，但也面临共配方技术挑战和需要严格的临床测试等限制。

2.5. 肺泡巨噬细胞（AM）靶向抗生素递送

AM靶向递送是一种旨在提高精准性和治疗效果的高级策略，它利用配体缀合的抗生素纳米颗粒吸入制剂，将高浓度抗生素直接递送至感染部位。甘露糖受体（CD206） 是靶向递送的一个有前景的途径，因为它在受感染的巨噬细胞表面高表达。例如，甘露糖修饰的利福平负载固体脂质纳米颗粒（Man-RIF-SLNPs） 能成功与AM表面的甘露糖受体相互作用，随后释放抗生素以有效杀灭寄居在AM中的胞内分枝杆菌。另一项研究开发了靶向CD206受体的甘露糖化环丙沙星聚合物前药，在小鼠模型中，吸入该前药在治疗性方案中带来了87.5%的存活率。

其他靶向策略包括：负载莫西沙星的ROS响应性纳米颗粒，通过叶酸（FA）修饰靶向肺泡巨噬细胞表面过表达的叶酸受体（FRs）；以及喷雾干燥的含岩藻糖基化脂质体的乳糖-亮氨酸基微粒（纳米入微系统），能优先被AM吞噬以释放抗生素并成功清除胞内脓肿分枝杆菌。

3. 装置技术

吸入抗生素的有效性既取决于其制剂，也取决于装置将所需剂量沉积到肺部的效率。长期以来，雾化器、压力定量吸入器（pMDIs）和干粉吸入器（DPIs） 均可用于递送抗生素。许多关于吸入抗生素的研究使用了射流雾化器，但尚不清楚网状雾化器是否能递送等效剂量。对于胶囊型DPI，实现配方粉末从胶囊中的完全排出是一个关键挑战。开发高剂量、无载体的DPI严重依赖于颗粒工程、制剂科学、设备设计以及患者吸气力的进步，而后者在哮喘、慢性阻塞性肺疾病（COPD）和CF等肺部疾病患者中差异很大。

4. 患者呼吸状况

患者的肺部状况对吸入制剂的成功至关重要。呼吸模式会影响吸入颗粒的沉积。足够的吸气流速对于正确雾化和递送药物（尤其是使用DPI时）是必需的。气道阻塞、黏液负荷、肺容量和区域通气等因素显著影响药物到达靶点的有效性。DPI依赖于患者的吸气努力来分散药物，因此选择具有合适阻力特性的装置很重要。尽管吸入抗生素前景广阔，但它们并非没有副作用，可能引起咳嗽、血氧饱和度下降和支气管痉挛。

5. 临床试验相关的挑战

吸入抗生素的临床开发面临重大挑战。一项针对支气管扩张和铜绿假单胞菌感染成年患者的妥布霉素吸入溶液III期试验显示，妥布霉素组铜绿假单胞菌密度下降更显著。在RESPIRE-1 III期试验中，干粉吸入环丙沙星显示出良好的安全性和耐受性。然而，在RESPIRE-2试验中，虽然耐受性良好且急性加重率降低，但试验未达到其主要终点。评估吸入脂质体环丙沙星（ARD-3150） 的ORBIT-3和ORBIT-4试验结果不一致。此外，肺部功能的改善往往与细菌负荷的减少不相关，因为即使病原体被部分清除，结构性气道损伤、炎症等仍可能持续存在。

针对呼吸机相关性肺炎（VAP）的吸入抗生素临床试验目前尚处于早期阶段。与单独静脉（IV）治疗相比，辅助性吸入抗生素改善了微生物学根除率，但并未转化为更好的临床恢复或生存结果。

5.1. 临床试验的终点错配

当微生物学结果无法准确预测临床获益时，就会出现终点错配。细菌负荷的减少或生物膜破坏在实验室检测中看起来很有希望，但这些微生物学标志物通常与患者症状（如肺功能、急性加重频率）的实质性改善无关。患者招募和分层也面临重大挑战，因为呼吸道疾病的异质性、疾病严重程度、病原体多样性以及患者肺部生理学的差异性使得识别合格参与者和平衡分组变得复杂。

6. 结论

抗生素的过度使用和细菌细胞突变导致了耐药性增加，需要创新方法来对抗感染。近年来，吸入性抗菌制剂和生物制剂取得了实质性进展。噬菌体鸡尾酒疗法、联合疗法、抗菌肽、脂质体/纳米颗粒载体以及改进的装置都显示出前景。然而，将其转化为获批并广泛使用的疗法仍然有限。未来的成功将依赖于克服制剂、递送、免疫学、监管和临床试验方面的挑战。

7. 专家意见

吸入抗生素疗法正在快速发展，为应对慢阻肺感染管理中的当前和新兴挑战提供了巨大前景。该领域正迅速向直接将疗法递送至感染部位的创新策略迈进。然而，成功治疗耐药细菌感染本身非常复杂，这很大程度上是由于肺部内生物膜和粘稠黏液形成的保护性屏障。虽然肺部递送在提高局部药物浓度和最小化全身毒性方面具有明显优势，但重大的技术和转化障碍仍然存在。克服这些挑战对于实现吸入性抗菌剂的全部治疗潜力并推动其走向常规临床应用至关重要。

细菌生物膜仍然是有效根除耐药菌的重大障碍。未来在对抗抗生素耐药性生物膜细菌方面的进展将依赖于推进有前景的技术、开发智能递送装置和获得积极的临床结果。噬菌体疗法的研究正在进行中，主要处于临床前水平，但已显示出令人鼓舞的结果。未来，噬菌体疗法可能作为抗生素的替代品、辅助抗生素治疗或作为耐药细菌感染的治疗选择。

抗生素管理对于减少抗生素耐药性仍然至关重要。展望未来，有效解决抗生素耐药性需要的不是单一突破，而是患者、医生和医疗系统之间持续协调的努力，共同推进预防、管理和创新治疗策略。

用于吸入制剂的装置是吸入给药技术的关键组成部分。展望未来，吸入给药技术的发展将在很大程度上依赖于开发更先进的装置-制剂组合，使其能够在不同的患者群体中可靠地工作。一个关键的未来问题是，能否设计出一种通用的、患者友好的吸入装置，能够简化复杂的治疗方案，从而改善慢性肺部感染患者的治疗结果。虽然需要“通用吸入器”，但这并不完全现实，因为不同的药物和患者群体需要不同的雾化特性、颗粒大小、气流模式和装置设计。未来的持续研究可能最终会产生一种能满足所有多样化参数需求的通用装置。

吸入给药研究表明，制剂和装置必须协同设计，因为气溶胶性能、肺部沉积和剂量一致性取决于它们的相互作用。例如，阿米卡星制剂的INHALE III期试验失败，部分原因是吸入装置在真实的ICU条件下未能有效地将药物输送到下呼吸道。此外，抗生素-装置组合产品面临监管挑战，因为开发者不仅必须证明药物的安全性和有效性，还必须证明递送装置性能的一致性。因此，实现制剂和递送系统在单一协调产品内的适当整合是高度复杂的。

临床试验的设计仍然是吸入抗生素制剂成功的重要障碍。未来，推进吸入抗生素疗法将需要重新思考临床试验设计，以更好地反映真实世界的患者群体。未来的研究必须纳入适当的对照、更长的随访期和更大的队列，同时优先发现能够识别最有可能受益个体的可靠生物标志物。最终，更敏感的结果衡量指标和经过验证的生物标志物对于产生一致、高质量的证据以及加速吸入抗生素转化为对抗耐药细菌的有效治疗至关重要。

针对耐药细菌的吸入抗生素研发资金仍然是一个关键且资源不足的领域。目前大部分资金流向了早期阶段的广谱抗菌研究，而非吸入制剂。展望未来，有针对性的投资机制和专门的吸入抗生素资金流对于弥合这一高需求领域的转化和临床试验资金缺口至关重要。迄今为止，只有少数吸入抗生素制剂因有限的临床结果而获得批准。希望在不久的将来，我们能克服与制剂、稳定性、大规模生产、安全性、监管问题、临床前和临床试验相关的所有挑战，看到更多吸入抗菌产品问世。