葡糖胺/壳聚糖混合物表面工程化载芦丁聚合物/脂质杂化纳米颗粒用于诱导精神分裂症模型中的神经保护

《Scientific Reports》：Glucosamine/chitosan blend surface-engineered rutin-loaded polymer/lipid hybrid nanoparticles for neuroprotection in induced schizophrenia model

　　

本研究的目的是通过开发一种创新的药物递送系统，提高疏水性黄酮类化合物芦丁（具有报道的神经保护潜力）的生物利用度和治疗活性。研究人员开发了由聚己内酯（PCL）和Geleol?或Captex?组成的载芦丁聚合物/脂质杂化纳米颗粒（hybrid nanoparticles），并评估了其包封率（EE%）、粒径（size）和Zeta电位（ZP）。所选配方（F4）由等比例的PCL和Geleol?组成，显示出纳米粒径（226.9?±?38 nm）和高EE值（78.84?±?6.1%）。研究人员使用葡糖胺/壳聚糖盐酸盐（glucosamine/chitosan hydrochloride）混合物作为F4的功能性涂层。研究的制剂改善了芦丁的释放曲线：游离芦丁、F4和CF4的累积释放率分别为33.60?±?3.1%、64.76?±?5.8%和59.12?±?4.3%。研究人员利用cuprizone（CPZ）诱导的小鼠精神分裂症模型评估了游离芦丁及所选制剂的疗效。行为学、生化和组织病理学研究表明，芦丁具有治疗潜力，可提高脑髓鞘碱性蛋白（MBP）和神经调节蛋白1（NRG1）水平，从而恢复髓鞘形成。芦丁还稳定了多巴胺（dopamine）和谷氨酸（glutamate）通路，缓解了精神分裂症特征性的认知和神经化学失衡。设计的载芦丁制剂比游离芦丁更有效，且功能化制剂（CF4）优于未涂层配方（F4）。综上所述，这些结果凸显了该递送系统的前景，但进一步评估药代动力学（pharmacokinetics）、脑摄取（brain uptake）及临床研究对于验证其转化潜力仍至关重要。

**研究背景、问题与目的**
精神分裂症是一种慢性中枢神经系统（CNS）疾病，全球新发病例率约1%，涉及多巴胺、谷氨酸等多种神经递质失衡，且常伴随脱髓鞘病变。髓鞘碱性蛋白（MBP）和神经调节蛋白1（NRG1）的失调与疾病病理密切相关。天然黄酮类化合物芦丁（rutin）具有抗炎、抗氧化和神经保护活性，能促进髓鞘形成并调节突触可塑性，但其水溶性差、渗透性低，导致生物利用度受限。为克服这一挑战，研究人员旨在开发一种创新的功能化载药系统，利用聚合物/脂质杂化纳米颗粒（polymer/lipid hybrid nanoparticles）负载芦丁，并通过葡糖胺/壳聚糖（glucosamine/chitosan）表面涂层增强脑靶向递送，以期在诱导精神分裂症（schizophrenia）模型中实现更优的神经保护效果。该研究发表在《Scientific Reports》。

**主要关键技术方法**
采用乳化溶剂蒸发法制备载芦丁纳米颗粒：以聚己内酯（PCL）与脂质（Geleol?或Captex?）为基质，添加聚山梨酯80（Tween?80）作为助表面活性剂。选定最优配方（F4，PCL与Geleol?等比例）后，在制备过程中向水相中加入0.2% w/v的壳聚糖盐酸盐与葡糖胺混合物进行表面涂层（CF4）。动物实验使用雄性Swiss小鼠（来源：埃及国家研究中心动物房），通过含0.2%铜宗（cuprizone, CPZ）的饲料喂养6周诱导精神分裂症模型，在第5-6周每天口服给药（50 mg/kg芦丁当量）。行为学评估采用Y迷宫和旷场实验；脑组织匀浆后通过ELISA试剂盒检测MBP、NRG1、白细胞介素-6（IL-6）、多巴胺、谷氨酸、N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）水平；脑切片进行苏木精-伊红（H&E）染色及组织病理学半定量评分。

**研究结果**
**Rutin-loaded hybrid nanoparticles size（载芦丁杂化纳米颗粒粒径）**：单独使用PCL时粒径最大（727.2±73 nm）；加入脂质（Geleol?或Captex?）后显著减小；再添加Tween?80作为共表面活性剂可进一步降低粒径，最优配方F4粒径为226.9±38 nm，zeta电位（ZP）为-18.2 mV。
**Rutin entrapment efficiency（芦丁包封率）**：所有制剂EE%均高于50%，加入Tween?80和脂质（尤其Geleol?）显著提高EE%，F4包封率最高（78.84±6.1%）。
**Coated rutin-loaded hybrid nanoparticles（涂层的载芦丁杂化纳米颗粒）**：涂层后CF4粒径增至331.2±32.5 nm，ZP由负转正（+16.56 mV），证明壳聚糖/葡糖胺成功沉积于表面；EE%无显著差异（80.2±4.7%）。
**In-vitro rutin release（体外芦丁释放）**：游离芦丁8小时累积释放率仅33.61±3.1%；F4和CF4分别释放64.78±5.8%和59.10±4.3%，均显著高于游离药物。释放曲线拟合Peppas模型，n值分别为0.596和0.740，表明非Fickian异常扩散机制；相似因子（f₂）分析显示各释放模式间不相似（f₂<50）。
**Visualization by TEM（透射电镜观察）**：TEM图像显示F4和CF4均为球形，CF4表面可见灰色涂层鞘，证实表面修饰成功，粒径与动态光散射结果一致。
**FTIR（傅里叶变换红外光谱）**：各组分特征峰在优化配方中均呈现且无显著位移，表明芦丁与辅料间无化学相互作用。
**The selected formulations impact on mice behavior, myelin, and basic protein (MBP) in the brain（所选制剂对小鼠行为、髓鞘及脑MBP的影响）**：CPZ组MBP含量较正常组降低81%（3961.93 vs 20720.70 pg/mL）；游离芦丁、F4、CF4分别使MBP升高109%、232%和402%，其中CF4效果最接近正常水平。Y迷宫实验显示CPZ组自发交替率降低76%；游离芦丁、F4、CF4分别提高59%、181%和308%，CF4恢复至91.01±13.97%。旷场实验表明CPZ组焦虑行为增加（中央区停留时间减少76%）；三种治疗分别减少焦虑178%、253%和311%，CF4效果最佳。
**The selected formulations impact on IL-6, dopamine, glutamate, NMDA and NRG1（所选制剂对IL-6、多巴胺、谷氨酸、NMDA和NRG1的影响）**：CPZ组IL-6升高238%；游离芦丁、F4、CF4分别降低IL-6水平50%、60%和72%。CPZ组多巴胺升高263%、谷氨酸升高6.5%、NMDA降低20.1%；游离芦丁、F4、CF4分别降低多巴胺12.3%、23.4%、55.5%，降低谷氨酸4.7%、5.2%、6.5%，升高NMDA 6%、11%、23%。CPZ组NRG1降低559%；三种治疗分别使NRG1升高210%、366%和497%。CF4在各项指标中均表现最优。
**Histopathological findings（组织病理学发现）**：CPZ组和空白组脑皮质、海马（下托、齿状回及门区）和纹状体出现核固缩、退行性变及嗜酸性斑块形成；游离芦丁组部分区域仍有核固缩；F4组皮质仅少数神经元核固缩，海马无异常但纹状体存在局灶性斑块；CF4组所有脑区均未见病理改变，组织学评分显著低于其他治疗组。

**讨论与结论总结**
讨论部分指出，涂层采用的葡糖胺可通过葡萄糖转运体1（GLUT1）介导的转胞吞作用跨越血脑屏障（BBB），壳聚糖则增强黏膜黏附与细胞摄取，联合Tween?80对p-糖蛋白的抑制作用，共同促进了纳米颗粒的脑递送效率。CF4通过上调MBP和NRG1、抑制IL-6介导的神经炎症、调节多巴胺-谷氨酸通路失衡，有效改善了CPZ诱导的小鼠精神分裂症样行为、神经化学及组织病理学异常。结论强调：本研究成功制备了载芦丁的PCL/Geleol?杂化纳米颗粒，并通过壳聚糖/葡糖胺表面工程化提高疗效；在CPZ诱导的精神分裂症小鼠模型中，功能化制剂（CF4）在减轻神经炎症、恢复髓鞘形成、调节多巴胺和谷氨酸通路方面优于游离芦丁和未涂层制剂，为无创神经系统疾病治疗提供了新策略。但研究局限于CPZ模型（无法完全模拟所有精神分裂症症状），未来需进行详细药代动力学、脑分布、实时成像及长期毒性评估以推动临床转化。