《Journal of Controlled Release》：Polymyxin B-antioxidant nanoassemblies mitigate nephrotoxicity and attenuate sepsis-induced acute lung injury
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高效清除自由基的多机制纳米疗法改善脓毒症急性肺损伤
张海林|余江|张瑞|秦阳|李雪静|王宇航|孙彦珠|冉文|刘洪卓|秦斌|王永军
沈阳药科大学吴雅创新学院，中国辽宁省沈阳市110016
摘要
败血症是一种危及生命的综合征，其特征是宿主反应失调导致器官功能障碍；急性肺损伤（ALI）是最常见也是最致命的表现形式。本文合成了一个酯键连接的α-生育酚-没食子酸共轭物（VE-GA），并将其与多粘菌素B（PMB）共组装成复合纳米颗粒（PV NPs）。PV NPs结合了PMB的抗菌活性和内毒素（LPS）中和能力以及VE-GA的广谱活性氧（ROS）清除作用，同时减轻了PMB的剂量限制性肾毒性并延长了在肺部的滞留时间。体外实验表明，PV NPs保持了PMB的杀菌和LPS结合功能，并显著降低了ROS和促炎介质的水平。在小鼠模型中，PV NPs减轻了LPS诱导的ALI中的肺炎症和氧化应激，在多微生物败血症的结肠结扎和穿刺模型中，存活率达到了75%，明显优于单独使用任一成分。这些数据表明，PV NPs是一种多机制的、具有转化潜力的败血症/ALI治疗策略，它将协同的药效学与改善的安全性相结合。
引言
败血症是一个重大的全球健康挑战，其特征是器官功能障碍综合征，主要由宿主对感染的反应失调引起[1]。肺部在败血症中特别脆弱，通常是首先受损的器官系统，并常常发展成急性肺损伤（ALI）[2]。作为败血症的典型且严重的并发症，ALI的死亡率很高，据报道在30%到40%之间[3] [4]。败血症/ALI的关键病理生理机制涉及过度炎症和氧化应激的恶性循环，反映了宿主适应性反应的复杂性。
败血症的起始是先天免疫系统的激活[5] [6]，这会引发包括TNF-α和IL-6在内的促炎介质的过度释放[7]。这种炎症级联反应不仅导致全身微血管通透性增加、组织水肿和休克，还会对肺部这一主要靶器官造成严重损害。局部而言，促炎因子促进中性粒细胞在肺微血管中的募集和活化，进一步放大炎症反应[8] [9]。同时，活化的中性粒细胞通过NADPH氧化酶的激活和线粒体功能障碍产生过多的ROS，从而引发严重的氧化应激[10]。
ROS通过两条关键途径参与败血症/ALI：首先，ROS直接损害肺泡上皮细胞并破坏肺泡-毛细血管屏障，导致富含蛋白质的肺水肿和难治性低氧血症（ALI的标志性病理特征）[11]；其次，ROS作为信号分子增强促炎因子、趋化因子和粘附分子的表达。这些介质表达的增加进一步促进了中性粒细胞在肺组织中的浸润和活化，延续了炎症和氧化应激的循环[12]。
目前败血症的临床管理主要集中在血流动力学支持、及时使用抗菌药物以及选择性使用皮质类固醇治疗[13]。其中，抗菌治疗对于早期败血性休克的治疗尤为重要[14]。常用的药物包括广谱抗生素（如碳青霉烯类和第三代头孢菌素），或根据药敏测试选择的靶向治疗[15]。然而，传统的治疗策略存在相当大的局限性。虽然传统的抗菌药物主要旨在消灭病原体，但它们对继发性全身损伤的效果有限[16]。此外，败血症/ALI涉及多种病理机制，包括炎症、氧化应激和免疫抑制。因此，仅针对单一机制的治疗在临床试验中未能显著提高生存率[17]。
在这种背景下，多粘菌素B（PMB）因其独特的药理特性而受到关注。PMB是一种阳离子两亲性肽类抗生素[18]，其结构包含一个带正电的环状七肽环、一个线性三肽段和一个N端脂肪酰疏水链[19]。早在1967年，研究就证明PMB可以有效缓解内毒素血症[20]。其机制是通过直接结合LPS来阻断TLR4受体的激活，从而抑制随后的促炎信号传导[21]。目前，PMB主要用于治疗革兰氏阴性菌感染。PMB中和LPS和调节炎症途径的能力在败血症/ALI中具有明显优势[22]。然而，PMB单药治疗存在显著局限性：PMB的快速清除会限制其治疗效果，并可能促进ROS的产生，从而导致肾毒性和神经毒性风险[23]。因此，将PMB与能够对抗ROS的化合物结合使用是一种合理的策略。α-生育酚是一种高效且常用的候选物质，有望减轻与PMB治疗相关的氧化并发症。先前的研究表明，α-生育酚对败血症和ALI具有治疗效果[24] [25]。然而，α-生育酚的高脂溶性给其有效输送到肺部带来了挑战[26]。同时输送α-生育酚和PMB需要开发一种能够高效装载和释放这两种物质的载体系统。
天然多酚化合物具有许多优点，包括优异的生物相容性、生物安全性和多样的生物活性[27]。受到多酚对蛋白质高亲和力的启发[28]，我们通过酯化反应合成了VE-GA复合物，该复合物具有强大的ROS清除能力。然后将其与PMB通过一步法共组装成PV NPs。这种设计的PV NPs创新性地结合了PMB的LPS中和能力和VE-GA的抗氧化特性，使其能够同时干预败血症/ALI的三个核心病理过程：（1）内毒素中和，（2）抑制炎症，（3）减轻氧化应激，从而有效打破炎症和氧化应激的恶性循环。此外，在保持PMB抗菌效果的同时，纳米载体显著增强了药物在肺部的积累，并改善了安全性和生物相容性。这些优点共同体现了一种协同的多机制策略，可能成为败血症/ALI的综合性治疗选择。
PV NPs的合成与表征
通过酯化反应将没食子酸（GA）与α-生育酚连接起来，合成了VE-GA（合成路线见图S1）。通过高分辨率质谱（HRMS）和核磁共振光谱（NMR）对VE-GA的化学结构进行了表征，验证了其成功的合成和结构完整性（见图S2-S3）。VE-GA实现了两种生物活性基团的共价整合，从而克服了物理结合方式所固有的协同作用有限的问题
结论
总之，多机制治疗是治疗败血症/ALI的一种可行且有前景的策略。PV1 NPs作为一种高效的药物载体，能够在治疗剂量下减少药物毒性并发挥疗效。PV1 NPs在纳米颗粒表面暴露出部分PMB，能够消灭革兰氏阴性菌并中和LPS。此外，PV1 NPs还能减少ROS和炎症因子的产生，从而打破氧化应激的恶性循环
试剂
多粘菌素B硫酸盐、α-生育酚、没食子酸、黄嘌呤氧化酶、黄嘌呤、二氢乙锭（DHE）和Triton X-100均购自Macklin Inc.（中国上海）。3,3′,5,5’-四甲基联苯胺（TMB）购自Solarbio Science & Technology Co., Ltd.（中国北京）。来自E. coli O111:B4的LPS购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。细胞培养试剂和荧光探针2′,7′-二氯二氢荧光素二乙酸酯（DCFH-DA）购自大连美伦作者贡献声明
张海林：软件、方法学、数据分析。余江：写作 – 审稿与编辑、监督、资源获取、方法学、资金获取、数据分析。秦阳：资源获取、资金获取。李雪静：软件、方法学、研究。王宇航：软件、方法学。孙彦珠：软件、方法学。冉文：监督、软件。刘洪卓：监督、资金获取。王永军：写作 – 审稿与编辑、可视化致谢
本工作得到了
国家自然科学基金（编号：82273878、82473872）、
中国博士后科学基金（2025M773577）、
辽宁省教育厅普通项目（LJ212510163010）和
辽宁省博士科研启动基金（2025-BS-0754）的支持。图形插图使用
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