针对巨噬细胞的硅化铈脂质体纳米颗粒通过清除活性氧和调节炎症来减轻动脉粥样硬化

《Journal of Drug Delivery Science and Technology》：Macrophage-Targeted Cerium Silicide Liposomal Nanoparticles Attenuate Atherosclerosis via ROS Scavenging and Inflammatory Regulation

　　

摘要

动脉粥样硬化是心血管疾病的重要病理基础，其与活性氧过度生成、脂质沉积以及动脉斑块内的巨噬细胞介导的炎症密切相关。在本研究中，我们开发了一种针对巨噬细胞的脂质体纳米平台，该平台同时负载硒化铈纳米颗粒（CeSi₂ NPs）和罗苏伐他汀（Rov），称为CeSi₂-PS/Rov NPs，用于联合抗动脉粥样硬化治疗。CeSi₂ NP核心具有浓度依赖性的酶模拟抗氧化活性，在600 μg/mL时对超氧化物歧化酶的抑制率为96.79%，在1000 μg/mL时具有类似过氧化氢酶的活性，其活性值为7.96 U。经过脂质体包封后，CeSi₂-PS/Rov NPs对Rov的载药量为9.25 ± 0.01%，包封效率为55.53 ± 0.06%。表面修饰磷脂酰丝氨酸后，显著提高了巨噬细胞的摄取能力，2小时、4小时和8小时时的内化效率分别比未经修饰的CeSi₂ NPs高6.67倍、7.08倍和2.84倍，且在200 μg/mL浓度下巨噬细胞存活率仍保持在90%以上。在ApoE^-/-小鼠中，ICG标记的CeSi₂-PS/Rov NPs在动脉粥样硬化斑块中的积累更为明显，注射72小时后主动脉的荧光强度约为游离ICG的6.1倍。给予CeSi₂-PS/Rov NPs治疗后，能有效降低全身氧化应激和炎症反应，改善血清血脂水平，促使巨噬细胞向抗炎M2表型转变，进而增强斑块稳定性。这些研究结果表明，CeSi₂-PS/Rov NP平台为动脉粥样硬化的治疗提供了一种具有前景的多功能且针对巨噬细胞的策略。

引言

心血管疾病依然是全球范围内导致疾病和死亡的主要原因，而动脉粥样硬化则是其主要的病理基础[1]。动脉粥样硬化是一种慢性、进行性的动脉壁炎症性疾病，其特征为脂质积累、免疫细胞浸润、氧化应激以及动脉粥样硬化斑块的形成[2]、[3]、[4]、[5]。在这些病理因素中，活性氧的过度生成在引发内皮功能障碍、氧化脂质、激活巨噬细胞、促进泡沫细胞形成以及最终导致斑块不稳定等方面起着关键作用[6]、[7]、[8]。因此，能够同时减轻氧化应激、调节炎症以及控制脂质代谢的治疗策略对于有效管理动脉粥样硬化非常重要。

他汀类药物，尤其是罗苏伐他汀，因其强大的降脂效果而被广泛用于预防和治疗动脉粥样硬化性心血管疾病[9]。除了降低胆固醇外，他汀类药物还具有多种其他作用，包括抗炎和保护内皮的功能[10]。然而，游离的他汀分子在临床应用中的效果往往受限，因为它们在全身给药后无法充分选择性地积聚在动脉粥样硬化斑块中。虽然传统的手术或介入性血管重建术可以恢复严重病变患者的血流，但它们并不能直接解决斑块内部的氧化和炎症问题，而且可能带来较大的手术负担和复发风险[11]、[12]。正是由于这些限制，人们开始研发能够提高局部药物生物利用度并同时调控病变部位多种病理过程的靶向治疗递送系统。

纳米医学为克服这些挑战提供了一种有希望的策略，它可以通过提高药物递送效率、延长其在体内的循环时间以及增强在病变部位的定向积累来发挥作用。近期研究已经证明了纳米治疗平台在调节动脉粥样硬化的关键过程方面的潜力，包括斑块不稳定、巨噬细胞功能障碍、氧化应激、炎症以及脂质沉积等。例如，有研究指出HPDA/Zn纳米颗粒可以通过调节CREB相关信号通路并减少导致斑块不稳定的炎症因子来稳定易损斑块[13]；异欧前胡素则可通过调控KDM4A/NLRP3轴来改善巨噬细胞的焦亡现象并抑制动脉粥样硬化的形成[14]。最近，还有研究开发出了仿生的人参皂苷Rb1/普罗布考共组装纳米颗粒，这类颗粒可以通过同时抑制氧化应激、炎症和脂质沉积来实现针对动脉粥样硬化的治疗[15]。这些进展凸显了那些能够同时实现斑块靶向作用以及调控氧化和炎症微环境的多功能纳米平台的重要性。不过，兼具内在ROS清除能力与他汀类药物递送功能的铈基、针对巨噬细胞的脂质体纳米系统仍然是一个值得进一步研究的领域。

由于其独特的氧化还原活性和类似酶的催化作用，基于铈的纳米颗粒在生物医学应用领域越来越受到关注[16]、[17]、[18]、[19]。铈离子能够在Ce³⁺和Ce⁴⁺氧化态之间实现可逆转换，这使得含铈的纳米材料能够模仿超氧化物歧化酶和过氧化氢酶等抗氧化酶的作用，从而在病理状态下清除过量的活性氧[20]、[21]、[22]。这种内在的ROS调控能力使得基于铈的纳米颗粒在治疗由氧化应激引发的疾病，如动脉粥样硬化方面具有很大的应用潜力。然而，单纯的无机纳米颗粒可能存在一些问题，比如胶体稳定性不足、对斑块的被动靶向能力有限以及细胞内递送效率不高。因此，将它们整合到合适的递送载体中对于提升其在体内的性能至关重要。

在本研究中，选择脂质体纳米颗粒作为递送平台主要有几个原因。首先，脂质双层结构能够有效地包裹无机纳米核心以及疏水或两亲性小分子药物，从而使得CeSi₂ NPs和Rov能够在同一个纳米系统中共同递送[23]、[24]。其次，脂质体包封可以提高无机纳米颗粒的胶体稳定性和生物相容性，减少它们与健康组织的直接接触，同时也有助于降低游离药物的细胞毒性[23]。此外，脂质膜还为表面功能化提供了良好的界面。具体来说，磷脂酰丝氨酸是一种内源性的“自我吞噬”信号，巨噬细胞可以通过表面的受体识别这种信号，将其整合到脂质体膜中，从而提高巨噬细胞对药物的特异性识别和摄取能力[25]、[26]。鉴于巨噬细胞在斑块形成、发展以及不稳定过程中的核心作用，经磷脂酰丝氨酸修饰的脂质体纳米颗粒显然是一种实现针对巨噬细胞的斑块治疗的合理策略。因此，本研究中的脂质体纳米颗粒并非仅仅是简单的被动载体，而是一种多功能界面，它集成了CeSi₂介导的ROS清除功能、Rov的递送功能、提升的生物相容性以及主动的巨噬细胞靶向作用。

在此，我们报告了一种针对巨噬细胞的、负载罗苏伐他汀的铈化硅脂质体纳米平台的设计、制备及评估情况，该平台被命名为CeSi₂-PS/Rov NPs，可用于动脉粥样硬化的治疗。在该体系中，合成的CeSi₂ NPs充当ROS清除的无机核心，而周围的磷脂酰丝氨酸修饰脂质体外壳则有助于提高胶体稳定性、便于Rov的包封、促进巨噬细胞的摄取，并实现针对斑块的定向积累。同时，加入罗苏伐他汀则可以发挥额外的降脂和抗炎作用。我们利用RAW 264.7巨噬细胞以及ApoE^-/-动脉粥样硬化小鼠模型，系统地评估了CeSi₂-PS/Rov NPs的物理化学性质、酶模拟抗氧化活性、巨噬细胞摄取效率、细胞相容性、体外抗炎效果、体内生物分布和斑块靶向能力、生物安全性以及治疗效果。我们认为，这种集成型的纳米系统通过协同发挥ROS清除、针对巨噬细胞的药物递送、炎症调节、脂质调控以及斑块稳定等多种作用，有望有效减轻动脉粥样硬化的症状。

章节节选

材料

硝酸铈(IV)铵和正硅酸乙酯（TEOS）购自北京创新化工科技有限公司（中国北京）。1,2-二棕榈酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱（DPPC）和胆固醇则来自上海麦克林生化有限公司（中国上海）。磷脂酰丝氨酸（PS，猪脑来源）则采购自上海源恩生物科技有限公司（中国上海）。天冬氨酸氨基转移酶、丙氨酸氨基转移酶以及尿素检测试剂盒

CeSi₂ NPs及CeSi₂-PS/Rov NPs的制备与表征

CeSi₂-PS/Rov脂质体纳米平台的构建采用分两步的顺序策略：首先合成具有ROS清除功能的CeSi₂ NPs，然后再将它们与罗苏伐他汀一起包封到经磷脂酰丝氨酸修饰的脂质体外壳中。首先通过电子显微镜对纳米颗粒的形态和大小进行了分析。透射电子显微镜和扫描电子显微镜图像显示，所合成的CeSi₂ NPs呈近乎球形且分布均匀，其平均

讨论

动脉粥样硬化是一种多因素疾病，其中活性氧的过度生成与炎症反应紧密相连，二者共同推动疾病的进展[39]。活性氧会引发内皮损伤，将低密度脂蛋白氧化为促动脉粥样硬化的形式——氧化低密度脂蛋白，还会激活NF-κB和NLRP3炎性小体等炎症通路[40]、[41]，进而增加斑块的脆弱性。相反，斑块内的活化炎症细胞又会进一步产生活性氧，从而形成恶性循环[6]。因此，

结论

综上所述，我们成功开发出一种针对巨噬细胞的多功能脂质体纳米平台（CeSi₂-PS/Rov NPs），可用于动脉粥样硬化的联合治疗。该平台结合了具有氧化还原活性的铈化硅纳米颗粒核心，用于清除活性氧；磷脂酰丝氨酸修饰的脂质体外壳，用于实现针对巨噬细胞的主动靶向；以及被包封在内的他汀类药物罗苏伐他汀，用于发挥降脂和抗炎作用。在体外实验中，该制剂展现出了更强的

CRediT作者贡献说明

陈国柱：写作——审阅与编辑、方法学、概念设计。朱梦妮：监督、软件使用、项目管理。黄献英：软件使用、资源协调、方法学研究。黄水川：写作——审阅与编辑、数据可视化、结果验证、资金获取、概念设计。刘伟民：写作——审阅与编辑、数据可视化、结果验证、方法学研究。江鹏：正式分析、数据整理。王楚：方法学研究、资金获取、正式分析。廖彩丽：项目

利益冲突声明

作者声明不存在任何利益冲突。

利益冲突声明

? 作者声明自己没有已知的可能影响本文研究结果的任何财务利益关系或个人关系。

致谢

本研究得到了广东省自然科学基金的支持（编号：2021A1515011173）；同时，我们也感谢深圳恒清医学研究有限公司在技术上的帮助。

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