综述：巨噬细胞靶向纳米医学在糖尿病中的治疗机遇

《International Journal of Nanomedicine》：Therapeutic Opportunities for Macrophage Targeted Nanomedicine in Diabetes Mellitus

　　

糖尿病（Diabetes mellitus）是一种常见的代谢性疾病，影响全球超过5亿人。巨噬细胞驱动炎症、免疫失调和组织损伤，促进糖尿病进展和糖尿病并发症。纳米医学在药物递送、组织蓄积和巨噬细胞靶向方面具有独特优势，使其特别适用于调节糖尿病中巨噬细胞介导的病理过程。在这篇综述中，研究人员描述了巨噬细胞在糖尿病病理进展中的作用，并进一步总结了当前使用纳米颗粒靶向巨噬细胞的策略。研究人员强调了巨噬细胞靶向纳米颗粒在糖尿病及其相关并发症中的诊断和治疗潜力。最后，研究人员讨论了关键的转化挑战，包括生物分布（biodistribution）、脱靶摄取（off-target uptake）、长期免疫安全性（long-term immunological safety）、毒性（toxicity）和临床适用性（clinical applicability）。本综述提供了一个独特的框架，用于理解如何开发巨噬细胞靶向纳米医学以改善糖尿病的诊断、治疗调节和糖尿病并发症的管理。

论文主体部分总结

**引言**
糖尿病（Diabetes mellitus, DM）是常见代谢紊乱疾病，影响全球超过5亿成年人。1型糖尿病（Type 1 diabetes, T1D）由自身免疫破坏胰岛β细胞导致胰岛素缺乏，2型糖尿病（Type 2 diabetes, T2D）以胰岛素抵抗引起的高血糖为特征，与饮食和环境相关。在胰岛中，促炎性巨噬细胞局部放大胰岛炎进展，分泌炎症细胞因子支持自身免疫T细胞并加重β细胞破坏。在T2D中，巨噬细胞在低度慢性炎症和伤口愈合障碍中起主导作用。脂肪组织中的炎症细胞浸润与体重增加和胰岛素抵抗相关。巨噬细胞还促进糖尿病并发症中的组织损伤和炎症重塑，如糖尿病肾病、视网膜病变、心肌病、牙周炎和延迟伤口愈合。传统疗法包括血糖监测、生活方式干预、降糖药物和胰岛素给药，但存在依从性差、安全性问题，且不能直接针对巨噬细胞驱动的炎症、免疫失调和组织损伤。非靶向抗炎方法可能导致广泛免疫抑制和全身不良反应。纳米技术为疾病诊断和治疗创造了新机遇。纳米医学策略在癌症和炎症性疾病治疗中显示出前景。表面功能化的纳米颗粒（nanoparticles, NPs）可作为多功能高选择性纳米工程系统，负载治疗药物如小分子药物、肽和小干扰RNA（small interfering RNA, siRNA）。巨噬细胞靶向纳米策略改善了将成像剂递送至胰岛炎症部位的能力，有助于诊断疾病进展严重程度。NPs在改善药代动力学特征和化学稳定性、减少脱靶和全身不良反应方面具有优势。本综述总结了近10年巨噬细胞靶向纳米医学在糖尿病中的研究进展并讨论临床转化前的挑战。

**糖尿病中的巨噬细胞病理生理学**
巨噬细胞在代谢组织中占较高比例，白色脂肪组织中约占30-50%，胰岛中高达80-90%，在糖尿病进展中起主导作用。巨噬细胞在糖尿病病理生理学中的多样作用包括：在T1D中，胰岛微环境中的巨噬细胞作为抗原递呈细胞，呈递β细胞相关抗原给初始T细胞，促进自身反应性效应T细胞激活，并通过肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-alpha, TNF-α）、白细胞介素-1β（interleukin-1 beta, IL-1β）和白细胞介素-6（interleukin-6, IL-6）增强炎症反应，导致β细胞功能障碍和凋亡。在T2D中，循环巨噬细胞被招募到胰腺，产生炎症细胞因子并放大局部炎症，诱导β细胞应激和功能受损。在脂肪组织中，巨噬细胞表型随代谢状态变化：在瘦脂肪组织中，抗炎M2巨噬细胞维持胰岛素敏感性；在肥胖中，巨噬细胞围绕增大或凋亡的脂肪细胞形成冠状结构，向促炎M1表型转变，释放TNF-α、IL-1β、IL-6、干扰素-γ（interferon-gamma, IFN-γ）和一氧化氮（nitric oxide, NO），促进慢性脂肪炎症并加重胰岛素抵抗。

**巨噬细胞在脂肪组织中的代谢功能**
巨噬细胞通常呈现M1（促炎）经典激活表型和M2（抗炎）替代激活表型。M1巨噬细胞可由细菌刺激如脂多糖和1型免疫细胞信号如IFN-γ及促炎因子如TNF-α极化；2型免疫因子如白细胞介素-4和白细胞介素-13诱导M2亚群，后者分泌白细胞介素-10（interleukin-10, IL-10）和转化生长因子β（transforming growth factor beta, TGF-β），促进血管生成、组织稳态和伤口愈合。巨噬细胞还可作为抗原递呈细胞与自身免疫T细胞相互作用，参与β细胞破坏。脂肪组织巨噬细胞可通过趋化因子单核细胞趋化蛋白1（monocyte chemotactic protein 1, MCP-1）/C-C趋化因子受体2（C-C chemokine receptor 2, CCR2）系统招募单核细胞。肥胖期间，巨噬细胞比例增加，在死亡脂肪细胞周围的冠状结构中大量积累，并从抗炎M2表型向促炎M1活化状态转变，分泌IL-1β和TNF-α加重胰岛素抵抗。但M1/M2亚群可能因巨噬细胞的异质性和可塑性而不适用于体内研究。巨噬细胞中的炎症反应激活Toll样受体信号通路，促进NOD样受体家族含pyrin结构域3（NOD-like receptor family pyrin domain-containing 3, NLRP3）炎症小体激活并触发促炎细胞因子分泌，加剧糖尿病慢性炎症状态。NLRP3炎症小体激活与糖尿病发病机制相关，抑制NLRP3可减轻炎症状态并改善胰岛素抵抗。

**巨噬细胞在胰岛炎症中的作用**
胰岛巨噬细胞来源于胚胎卵黄囊和骨髓造血细胞，参与胰岛形态发生和β细胞扩增。在胰岛炎期间，外周血巨噬细胞被招募到胰腺，通过产生过量IL-1β导致β细胞分泌功能障碍和凋亡。在胰岛微环境中，激活的巨噬细胞作为抗原递呈细胞，摄取和处理β细胞衍生抗原以激活自身反应性T细胞并诱导β细胞功能障碍，促进T1D发病。T2D中也发生胰岛炎症，其特征是胰岛中促炎巨噬细胞数量增加。与T1D中先天性免疫和适应性免疫细胞都参与不同，巨噬细胞在T2D胰岛炎发生中起主要作用，分泌IL-1β、TNF-α和MCP-1等炎症细胞因子和趋化因子，导致β细胞功能障碍和T2D进展。

**纳米医学的巨噬细胞靶向策略**
巨噬细胞靶向NPs大小不同且通常呈球形。带电NPs可能比中性粒子具有更好的结合和递送药物能力。总体上，纳米医学中的巨噬细胞靶向策略可分为被动靶向和主动靶向。被动靶向主要由NPs的物理特性（如粒径、表面电荷、形态和循环行为）介导的非特异性巨噬细胞相关摄取；巨噬细胞可摄取中等大小（10-300 nm）的未修饰NPs，包括一些细胞外载体和脂质体，并作用于单核/巨噬细胞丰富的感染或炎症部位。但被动靶向需谨慎解读，因为NPs被巨噬细胞摄取不一定表明巨噬细胞特异性靶向。主动靶向指通过特定机制（如配体-受体相互作用、巨噬细胞相关表面标志物、巨噬细胞特异性启动子或其他巨噬细胞选择性递送策略）增强巨噬细胞识别或摄取的设计纳米平台。巨噬细胞表面表达的受体如甘露糖受体和CD44在主动靶向过程中起重要作用。这些天然或合成NPs可通过在表面添加这些巨噬细胞特异性配体来靶向巨噬细胞。修饰后的纳米材料与巨噬细胞表面受体结合并通过受体介导的内吞作用内化，从而发挥细胞内效应。鉴于巨噬细胞在糖尿病发病中的重要作用，巨噬细胞靶向治疗具有前景，但传统药物难以实现靶向治疗，且当前糖尿病诊断成像方法无法无创评估疾病进展和严重程度。因此，靶向巨噬细胞的纳米治疗方法可能为解决这些问题提供潜在途径。

**用于诊断应用的NPs**
准确诊断糖尿病和早期血糖管理对于治疗和预防并发症很重要。传统诊断方法如空腹血糖、糖化血红蛋白和口服葡萄糖耐量试验可能给患者带来疼痛或不便，且不能准确反映疾病进展。高血糖症状可能在糖尿病发病多年后出现，使早期干预困难。为此，已开发多种纳米技术用于糖尿病早期诊断和无创预测疾病严重程度。代表性巨噬细胞靶向纳米平台用于糖尿病无创诊断成像包括：磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）、荧光成像和正电子发射断层扫描/计算机断层扫描（positron emission tomography/computer tomography, PET/CT）。超顺磁性氧化铁NPs因其优异安全性和高生物相容性被广泛用作MRI造影剂，可被巨噬细胞摄取并应用于癌症和心血管疾病诊断。在糖尿病诊断中，使用单晶氧化铁-47磁性NPs（monocrystalline iron oxide-47 magnetic nanoparticles, MION-47）的MRI可无创可视化胰岛炎症并预测非肥胖糖尿病小鼠的糖尿病发病，还帮助识别免疫球蛋白超家族补体受体（complement receptor of the immunoglobulin superfamily, CRIg），该受体标记与糖尿病保护相关的巨噬细胞亚群。含Ferucarbotran的铁NPs已用于评估胰岛移植物耐受和排斥。磁珠增强MRI技术可应用于T1D患者，因为发炎胰岛区域的巨噬细胞可吞噬NPs。超小超顺磁性氧化铁Fermoxran-10的NPs显示在T1D患者胰腺中积累。优化后的无创三维高分辨率MRI技术显示糖尿病和健康受试者之间胰腺NP积累存在显著差异，且T1D患者信号强度存在显著的胰腺内和胰腺间异质性。其他成像工具包括长循环磁荧光NPs（由超顺磁性氧化铁和与Alexa Fluor 488荧光探针偶联的氨基交联葡聚糖包被组成），用于可视化T1D小鼠模型胰腺，这些荧光标记NPs被巨噬细胞吞噬，实现实时监测胰岛炎症。生物相容性二氧化硅涂层磁性NPs含有近红外荧光染料和磁核，用于追踪巨噬细胞向炎症组织迁移。PET/CT策略已应用于体内可视化巨噬细胞迁移，高灵敏度和稳定性的放射性核素嵌入金NPs可作为核生物成像平台可视追踪巨噬细胞向炎症病变部位的迁移。总体而言，基于NPs的成像策略在检测糖尿病中巨噬细胞相关胰岛炎症方面显示出潜力，但大部分证据仍处于临床前阶段，许多平台依赖非特异性巨噬细胞吞噬而非经过验证的巨噬细胞特异性靶向。

**糖尿病中的纳米治疗**
巨噬细胞靶向纳米医学在多种糖尿病及其并发症实验模型中显示出治疗前景。主要治疗机制包括：NPs递送抗炎药物或基因沉默分子，减少促炎细胞因子如TNF-α、IL-1β和IL-6的产生，同时促进抗炎介质如IL-10和TGF-β；调节巨噬细胞极化，抑制促炎M1巨噬细胞并促进抗炎或组织修复M2巨噬细胞；抑制循环单核/巨噬细胞从外周血向炎症组织的招募，减少局部炎症细胞积累；NPs辅助递送治疗药物可抑制巨噬细胞中NLRP3炎症小体激活，减少炎症小体相关细胞因子如IL-1β和IL-18的分泌。

**1型糖尿病（T1D）**
传统治疗基于胰岛素注射，但存在低血糖等不良反应且不能在所有患者中维持长期血糖稳定。聚合并脱氧胆酸纳米材料可作为口服胰岛素载体，保护胰岛素免于降解，增强肠道吸收并促进M2巨噬细胞极化。纳米技术可改善胰岛素替代治疗的效率、生物利用度和安全性。巨噬细胞靶向纳米材料可通过调节胰岛炎和糖尿病进展提供治疗益处。例如，口服exenatide聚乳酸-羟基乙酸共聚物NPs增加exenatide在胃肠道的稳定性，增强吸收并降低链脲佐菌素诱导糖尿病大鼠的血糖水平。体外实验显示RAW 264.7巨噬细胞可通过β-葡聚糖受体有效介导exenatide聚乳酸-羟基乙酸共聚物NPs的内吞和转运，提示肠道巨噬细胞存在靶向吸收途径，为口服药物递送提供策略。含S100a9 siRNA的巨噬细胞靶向NPs减轻链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠中动脉粥样硬化斑块的炎症和钙化。含CCR2 siRNA的脂质体NPs靶向炎症性单核/巨噬细胞，下调CCR2抑制巨噬细胞在炎症部位的积累，减少糖尿病小鼠胰岛移植后动脉粥样硬化斑块中的炎症单核细胞数量并延长正常血糖期。PEG化胆红素NPs可通过清除活性氧分子和抑制活化巨噬细胞分泌的炎症因子来保护胰岛细胞，作为胰岛异体移植的抗氧化和抗炎佐剂。总体而言，T1D巨噬细胞靶向纳米治疗在改善口服药物递送、减少炎症巨噬细胞活化、限制巨噬细胞招募和保护移植胰岛方面显示出效果，但证据主要来自临床前模型，且许多平台依赖巨噬细胞摄取而非严格验证的巨噬细胞特异性靶向，长期免疫安全性需关注。

**2型糖尿病（T2D）**
在T2D发病期间，脂肪组织中巨噬细胞浸润伴随大量炎症细胞因子产生，加重胰岛素抵抗。因此，通过抑制巨噬细胞中炎症信号通路来操纵巨噬细胞功能具有治疗潜力，可通过小分子药物、生物分子或基因编辑纳米材料实现。小分子药物方面，纳米配方的铜/锌超氧化物歧化酶减少肥胖期间脂肪组织中巨噬细胞积累和炎症反应，促进甘油三酯代谢。自组装透明质酸NPs靶向CD44阳性巨噬细胞，减少脂肪组织中巨噬细胞比例，抑制肥胖小鼠炎症细胞因子表达和NLRP3炎症小体激活。基于生物相容性葡萄糖聚合物的纳米多糖有效靶向脂肪巨噬细胞，腹腔局部给药负载抗炎药物的NPs减轻肥胖小鼠脂肪组织炎症反应。含核因子-κB（NF-κB）抑制剂Curcusome的NPs靶向ob/ob小鼠脂肪组织巨噬细胞，抑制NF-κB/RELA结合活性，减少TNF-α释放并增加IL-4产生，改善胰岛素抵抗症状。siRNA、shRNA和质粒方面，生物分子包封的脂质-聚合物NPs通过沉默或过表达靶基因调节巨噬细胞功能。葡聚糖包封的RNAi颗粒特异性递送siRNA并沉默肥胖小鼠脂肪组织巨噬细胞中的基因表达。壳聚糖纳米胶束连接脂肪组织巨噬细胞和脂肪细胞配体，递送TNF-α/MCP-1 shRNA，皮下给药减少炎症细胞因子水平并增加脂联素水平，改善糖尿病肥胖小鼠的葡萄糖耐受性和胰岛素敏感性。甘露糖化聚乙烯亚胺NPs含CD163质粒促进健康患者M2巨噬细胞极化水平。基因编辑方面，使用CRISPR递送颗粒在脂肪组织中进行基因敲除可靶向巨噬细胞并在代谢疾病中发挥治疗效果。优化的阳离子脂质辅助NPs（cationic lipid-assisted nanoparticles, CLANs）可递送Cas9 mRNA和引导RNA进入巨噬细胞，携带Cas9 mRNA和NLRP3引导RNA的CLANs破坏NLRP3表达并抑制巨噬细胞中NLRP3炎症小体激活，从而改善高脂饮食小鼠的胰岛素敏感性并减少脂肪组织炎症。同一团队设计了封装CRISPR/Cas9质粒的NPs实现巨噬细胞特异性Cas9表达，利用巨噬细胞特异性启动子驱动Cas9表达质粒（pM458和pM330）封装在CLAN中，由于Cas9表达由CD68启动子驱动，CLANpM330/sgNtn1实现了巨噬细胞或单核细胞特异性敲除Ntn1，静脉给药显示对T2D的治疗效果。总体而言，T2D巨噬细胞靶向纳米治疗包括小分子递送、基于RNA的基因调控和CRISPR/Cas9介导的基因组编辑，但进一步验证仍需多样动物模型，代谢获益的持久性、长期安全性和与常规降糖治疗的兼容性尚需全面研究。

**糖尿病相关并发症**
**糖尿病伤口**
糖尿病伤口愈合受损常导致下肢截肢和残疾。正常条件下，巨噬细胞从促炎表型转变为抗炎和促修复表型，分泌TGF-β等细胞因子调节角质形成细胞和成纤维细胞功能促进组织修复。但糖尿病伤口中此表型转换受损，导致持续炎症和延迟愈合。巨噬细胞靶向纳米材料可设计识别巨噬细胞表面特异性表位，如甘露糖受体。KGM修饰的SiO₂ NPs通过诱导甘露糖受体在细胞表面聚集促进M2极化，处理后的巨噬细胞产生的TGF-β和其他细胞因子促进成纤维细胞增殖，在急性和慢性皮肤损伤模型中显著加速伤口闭合和胶原产生，减少炎症反应和再生组织异常血管形成。甘露糖修饰的球形赖氨酸树状聚合物（Mannose-decorated globular lysine dendrimers, MGLDs）也可靶向巨噬细胞并重编程为M2表型，减少炎症因子并促进TGF-β等抗炎介质表达，增强成纤维细胞增殖能力，加速T2D小鼠伤口修复。糖尿病伤口中还存在髓样细胞向成纤维样上皮样细胞转化受损，可通过巨噬细胞靶向甘露糖标记NPs和负载miR-21的脂质NPs改善。封装小分子或siRNA以操纵巨噬细胞基因表达的NPs对糖尿病伤口修复具有潜在效果，例如葡聚糖携带NPs负载GSK-J1（Jumonji结构域蛋白3共价抑制剂）特异性抑制巨噬细胞中JMJD3并改善糖尿病伤口组织修复；脂质体NPs负载siTNF-α减少巨噬细胞中TNF-α表达，抑制伤口部位巨噬细胞浸润并加速组织修复。

**糖尿病肾病**
糖尿病肾病可进展至终末期肾衰竭。低密度脂蛋白受体-1（low-density lipoprotein receptor-1, LOX-1）靶向氧化铁NPs已开发用于检测早期糖尿病肾病。早期糖尿病肾病常伴随炎症和LOX-1激活，抗LOX-1超小超顺磁性氧化铁NPs可检测小鼠早期糖尿病肾病中富含LOX-1的炎症性肾损伤。肾脏T2加权MRI显示糖尿病肾病小鼠给药USPIO后24小时肾皮质信号强度降低，表明该方法可能用于监测早期糖尿病肾病。

**糖尿病视网膜病变**
新生血管是糖尿病视网膜病变的常见特征。新型混合NPs用于选择性可视化视网膜新生血管小鼠模型中微胶质细胞/巨噬细胞的缺氧诱导因子-1α mRNA，提供预测新生血管和监测其进展的分子水平方法。树状聚合物-曲安奈德缀合物可被活化的微胶质细胞/巨噬细胞和视网膜色素上皮细胞选择性摄取，显著抑制脉络膜新生血管（抑制率>80%，比游离药物好>50倍），同时抑制促炎细胞因子产生、限制病理区域巨噬细胞浸润并减少脉络膜和视网膜炎症。

**牙周炎**
牙周炎是糖尿病常见并发症，高血糖条件下致病菌丰度增加导致牙周组织严重炎症反应，且牙周炎可加重胰岛素抵抗。白藜芦醇接枝介孔二氧化硅NPs药物载体系统提供有效且持续的免疫调节治疗糖尿病牙周炎，激活sirtuin 1/腺苷单磷酸激活蛋白激酶通路并抑制NF-κB通路，促进M2巨噬细胞极化，减轻胰岛素抵抗症状并改善葡萄糖代谢。

**糖尿病心肌病**
糖尿病心肌病是绝经后女性糖尿病患者常见心血管并发症。卵巢切除引起的雌激素缺乏增加糖尿病小鼠心脏炎症，表现为M1/M2巨噬细胞比例过高，同时出现活性氧异常增加、心肌细胞凋亡、心脏肥大和纤维化。含miR-155拮抗剂的金NPs递送至巨噬细胞，通过增加M2极化恢复卵巢切除糖尿病小鼠的心脏功能。

**挑战与展望**
尽管纳米技术在糖尿病管理中显示诸多优势，但仍需进一步临床前研究评估其临床转化有效性。目前一些问题需考虑：许多靶向巨噬细胞的新型纳米药物在临床前研究中有效但临床试验尚未开展；需评估纳米材料能否改善临床患者血糖敏感性并监测其长期治疗效果。靶向巨噬细胞的NPs通常通过影响巨噬细胞活化和极化发挥短期抗炎作用，但免疫缺陷是否对其它疾病进展产生副作用尚需研究。尽管设计的纳米材料旨在靶向巨噬细胞并作用于特定组织（如胰腺或脂肪组织），但不可避免地与其它细胞相互作用并作用于其它器官，可能导致额外副作用。目前对NPs的合理性质（大小、电荷和形态组成）了解甚少，增加研究将提供更有效的靶向巨噬细胞纳米材料开发手段。纳米技术领域的基因治疗可为糖尿病免疫调节提供遗传水平的新解决方案。纳米治疗也可能与传统药物联合开发更先进的组合平台。本综述的局限性包括：大多数可用研究仍处于临床前，缺乏临床证据限制直接转化；纳入的纳米平台在组成、靶向策略、载荷、疾病模型和结局评估方面差异很大，难以直接比较；巨噬细胞表型高度异质且组织依赖，简化M1/M2解释可能未完全反映巨噬细胞在糖尿病及其并发症中的复杂作用。

**结论**
巨噬细胞靶向纳米医学为糖尿病诊断、治疗调节和糖尿病并发症管理提供了有前景的策略。本综述总结了可视化巨噬细胞相关炎症、改善药物递送、调节巨噬细胞迁移和极化以及调节组织特异性免疫反应的最新纳米平台进展。现有证据支持NP成像监测胰岛炎症和纳米治疗平台减少炎症巨噬细胞活化、改善胰岛素敏感性、保护β细胞和促进组织修复的潜力。然而，大多数研究仍处于临床前阶段，证据强度在T1D、T2D和不同糖尿病并发症之间不同。未来研究应开发更主动的巨噬细胞靶向策略，验证疾病分期特异性巨噬细胞功能，并系统评估生物分布、脱靶效应、长期安全性、毒性和与传统降糖治疗的兼容性，这些努力对于将巨噬细胞靶向纳米医学从实验模型转化到临床糖尿病管理至关重要。