综述：下一代结肠靶向口服递送用于炎症性肠病的免疫调节

《Journal of Controlled Release》：Next-generation colon-targeted oral delivery for immune modulation in inflammatory bowel diseases

　　

通过口服药物递送进行局部治疗对炎症性肠病（IBD）仍然特别具有挑战性，原因是结肠区域在胃肠道（GI）中具有独特的解剖学和病理生理学特征。尽管针对IBD管理已广泛探索了多种制剂策略，但临床转化仍然有限，导致缺乏有效的口服治疗选择。本综述将目前对结肠特异性免疫病理学的机制性见解与口服制剂发展的新兴趋势相结合。所有这些都强调了亟需整合多个靶点的先进制剂策略来治疗IBD。

**1. 引言**
**1.1. 炎症性肠病及其治疗概述**
炎症性肠病（IBD）是一个日益增长的全球健康挑战，影响全球超过700万人，在几个高度工业化地区患病率已超过人口的1%。发病率高峰在青年期，通常在20至40岁之间，但儿童和老年患者也越来越多受到影响，最近的全球分析表明女性总体负担略高于男性。历史上，IBD患病率在白人中最高，但许多非白人和新工业化国家的发病率正在上升。IBD患者常经历慢性疼痛、疲劳和心理困扰，这显著降低了健康相关生活质量，并限制了社交和家庭活动。这些影响带来了高昂的直接医疗费用（用于医院护理和先进疗法）以及因生产力下降导致的间接成本，在高收入地区每位患者每年总计9000–12000美元。IBD主要包括溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD）。UC局限于结肠和直肠的黏膜。症状主要表现为出血性腹泻、结肠黏膜连续性溃疡、脓肿形成，以及起源于直肠并逐渐向近端结肠蔓延的炎性病变。与UC不同，CD可影响从口腔到肛门的任何GI节段，最常累及末端回肠和近端结肠。CD病变穿透肠壁更深层，其炎症常通过多个GI层透壁扩展。这些病理特征共同需要量身定制的治疗策略和先进的药物递送系统，以优化局部疗效并最小化并发症。目前IBD的治疗包括口服小分子药物（如抗炎药：氨基水杨酸类、皮质类固醇；免疫调节剂：硫嘌呤类、甲氨蝶呤；Janus激酶（JAK）抑制剂：托法替尼（Xeljanz?）、非戈替尼（Jyseleca?）、乌帕替尼（Rinvoq?）；鞘氨醇-1-磷酸（S1P）抑制剂：奥扎莫德（Zeposia?）、依曲西莫德（Velsipity?））以及基于注射的生物制剂（抗TNF、抗整合素、抗IL₂₃、抗IL_12/23），它们在机制和递送挑战上有所不同。大多数口服药物为即释片剂，药物在到达炎症结肠前被全身吸收。这些药物的全身吸收限制了在结肠炎症部位的药物暴露，同时增加了脱靶毒性的风险。
**1.2. 针对IBD病理响应性靶向的机制基础**
小肠和结肠靶向的口服载体设计差异显著。极低的胃内pH（约2.5）加速了pH敏感药物和蛋白质的降解。胃和小肠中丰富的蛋白水解酶也可能阻止它们以功能性形式到达预定作用部位。胃排空后，小肠的转运时间通常约为3–4小时，而结肠转运时间更长且更可变，通常报道为6–70小时，中位数约21小时。管腔pH沿GI道也不同，从十二指肠的约6.0–7.0升至末端回肠的约7.0–8.0。对于小肠递送，制剂通常设计为在GI道早期释放，通常在胃排空后pH快速上升以及相对较短、更可预测的小肠转运时间时响应。结肠是GI道中相对较小的节段，仅占黏膜总表面积约6%（约2 m²），长度延伸90–150 cm。与小肠不同，结肠没有绒毛，其上皮被一层由水、电解质、脂质和黏蛋白组成的双层黏液屏障覆盖，由于其丰富的硫酸盐和唾液酸残基，提供了结肠环境的负电荷。结肠内管腔含水量低，常损害难溶性药物的溶解。尽管黏液层厚度在结肠区域间有差异，但通常范围为400–600 μm。在健康个体中，结肠管腔pH为弱酸性至近中性，从近端区域的约6.0升至远端的约7.0。结肠比其他GI区域拥有更高的细菌丰度，结肠中密度约为10¹¹–10¹³ CFU/g，而胃中约为10³ CFU/g，小肠中为10⁴–10⁸ CFU/g。这些微生物产生多种代谢酶，包括β-葡萄糖苷酶、纤维素酶、偶氮还原酶和硝基还原酶。这一区别很重要，因为结肠的特点是小肠相比液体可用性更低、通透性更差、黏液屏障更厚。此外，在IBD等病理状态下结肠环境变异性更大，因此制剂设计通常受益于多触发策略，而非仅依赖单一刺激如pH或时间。IBD不仅破坏局部免疫稳态，还深刻改变上皮屏障完整性并重塑结肠微环境。这些病理生理变化影响局部生物利用度和治疗反应性，从而为靶向干预带来挑战和机遇。以下各节提供了对炎症结肠环境的机制性见解，并强调这些改变如何可作为递送线索用于结肠特异性靶向策略的合理设计。
**1.2.1. 上皮稳态的破坏**
IBD病理学从根本上定义为上皮稳态的破坏。在炎症区域，黏液层变薄、过量活性氧（ROS）产生和紧密连接（TJ）蛋白缺失削弱了上皮屏障完整性，并显著增加细胞旁通透性。细胞因子介导的连接破坏增加了上皮通透性，并进一步增强抗原和微生物向固有层的转胞吞作用，持续增加免疫激活并加剧屏障破坏。屏障的破坏为纳米颗粒的积累提供了途径。结肠中的上皮间隙产生了一种上皮增强渗透性和滞留（eEPR）效应，使得口服后纳米级递送系统能够在炎症组织内优先积累。
**1.2.2. 黏液层重塑和黏蛋白糖基化改变**
IBD患者结肠黏液厚度在疾病亚型间存在差异。在UC中，硫酸盐还原菌丰度增加破坏黏蛋白2（MUC2）中的二硫键，而糖基化改变和微生物群驱动的脱硫作用以及杯状细胞耗竭协同加速黏蛋白降解，导致寡糖链缩短和黏液侵蚀。相反，CD以杯状细胞增生和黏蛋白分泌增加为特征，导致黏液层增厚。然而，这些黏蛋白表现出异常糖基化，寡糖链比正常短约50%，导致黏弹性降低。这些生化改变增加了黏液厚度，同时重塑了黏液-上皮界面的静电环境。炎症相关的黏液分泌过多增强了纳米颗粒的黏附，而黏蛋白纤维网络（10–200 nm孔径）允许适当大小的药物载体穿透。粒径小于500 nm的颗粒可被中性粒细胞、巨噬细胞、M细胞和肠上皮细胞以比更大颗粒更高的效率内化。Lamprecht等人评估了健康及TNBS诱导结肠炎大鼠口服后荧光聚苯乙烯颗粒的结肠分布，表明100 nm颗粒对炎症结肠组织表现出最高的优先黏附性。在炎症病变处，细胞外基质成分的暴露以及中性粒细胞和巨噬细胞的涌入释放强阳离子蛋白。这些蛋白与阴离子黏蛋白和细胞外基质相互作用，导致病变部位局部表面环境显著更带正电。这些病理改变建立了新的分子相互作用位点，可用于结肠靶向递送系统。
**1.2.3. pH失调作为疾病状态的生化标志物**
在IBD患者中，黏膜炎症和上皮损伤导致结肠管腔pH显著降低，在炎症区域可降至约5.3，而健康条件下为近中性值。浸润的炎症细胞增加能量和氧气消耗，诱导从有氧糖酵解向无氧糖酵解的代谢转变，促进乳酸积累。此外，碳酸氢盐分泌改变、短链脂肪酸（SCFA）吸收受损、碳水化合物细菌发酵增强以及肠道转运变化共同导致IBD中pH偏移，使结肠环境比正常情况显著更酸。降低的pH有利于阳离子蛋白（如转铁蛋白）的渗出和滞留，使炎症黏液偏向更正的表面电荷。酸性偏移广泛改变了黏液层的理化性质，包括孔径增大、黏弹性降低、离子强度增强以及净负表面电荷减少（即相对向更正电荷环境偏移），同时改变了结肠酶活性和微生物群组成，从而影响药物溶解度和离子化。
**1.2.4. 过量ROS作为局部炎症驱动因素**
肠道黏膜中ROS的过量产生是IBD肠道炎症的一个定义性特征。与健康组织相比，IBD中ROS水平可增加约10–100倍。IBD中ROS的病理性产生主要来源于肠道炎症部位过度活化的中性粒细胞和巨噬细胞，并进一步被持续的微生物刺激、上皮屏障破坏和缺血再灌注损伤放大。肠道中过量ROS诱导氧化应激，破坏细胞氧化还原平衡，损伤黏膜屏障，并触发上皮凋亡，从而加剧炎症并直接损伤肠上皮。
**1.2.5. 免疫细胞与微生物群之间的相互作用塑造IBD中的生化微环境**
IBD的慢性炎症源于强烈的免疫细胞浸润和微生物群失调之间的相互作用。包括中性粒细胞、巨噬细胞、淋巴细胞和树突状细胞在内的免疫细胞共同塑造了一个高度反应性的炎症微环境。IBD中失衡的结肠微生物群以多样性降低、有益菌（拟杆菌门、厚壁菌门和梭菌属）减少以及肠杆菌科（如变形菌门和放线菌门）扩张为特征。在IBD中，失调肠道微生物群的酶分泌和微生物毒素产生上调，通过代谢紊乱、肠道屏障功能受损和异常免疫激活等机制加剧IBD进展。来自活化中性粒细胞和巨噬细胞的酸性水解酶和弹性蛋白酶通过促进细胞因子释放和激活氧化还原敏感炎症途径，加剧局部炎症。
**2. 当前用于IBD管理的口服结肠靶向药物递送系统进展**
结肠靶向口服递送具有将治疗药物直接浓缩于炎症结肠组织的潜力，可提高局部疗效、减少全身副作用并实现更低有效剂量，从而提供更精准和患者友好的治疗策略。为了实现口服药物的结肠局部效应，已开发了包括肠溶包衣、时间控制系统和微生物群激活前药在内的制剂技术。然而，这些方法主要基于简化的GI生理梯度，常导致GI道中过早和可变的药物释放，导致不一致的治疗结局。目前IBD的生物制剂通过静脉注射或皮下注射给药。它们的大尺寸、结构复杂性和对酶解的敏感性阻碍了有效口服吸收，而肠道黏液和上皮屏障进一步限制了黏膜摄取。因此，目前尚无能够在炎症结肠中实现治疗性暴露的口服生物制剂制剂，凸显了创新递送策略的必要性。结肠靶向递送系统设计中的一个关键考虑因素是疾病状态可能改变这些系统所依赖的生理线索。例如，IBD的特点是管腔pH低于传统肠溶包衣的溶解阈值，这可能会损害部位特异性释放。这一局限性凸显了需要多响应递送系统，整合多个触发因素（如pH和酶），以确保在异质性患者群体中实现稳健可靠的靶向。本节系统总结了当前针对IBD的结肠靶向递送研究进展，这些进展提供了克服炎症结肠环境关键挑战的解决方案。
**2.1. 脂质基载体**
脂质基纳米载体，包括脂质体、固体脂质纳米颗粒（SLNs）和纳米结构脂质载体（NLCs），已成为用于IBD管理的结肠靶向口服药物递送的主要平台之一。其生理性脂质组成确保了高生物相容性，而结构多功能性允许封装多种治疗药物。这些系统旨在通过保护治疗性有效载荷在上GI道转运过程中免受降解，并促进在炎症结肠内的局部释放，从而克服传统口服疗法的局限性，包括低生物利用度、非特异性组织分布和全身毒性。脂质纳米载体的主要类别各自为结肠递送提供独特的功能优势。脂质体由磷脂双分子层组成，为共封装亲水性和亲脂性药物提供了出色的多功能性，并允许广泛表面修饰以调节体内性能。SLNs和NLCs随后被开发为物理上更稳定的替代品。SLNs以固体脂质基质为特征，为不稳定分子提供保护并表现出控释动力学。NLCs通过掺入固体和液体脂质，进一步改进了SLNs，创建了更低有序的脂质基质，增加了药物负载能力并减少储存期间的药物逸出，从而提高了难溶性化合物的口服生物利用度。总体而言，这些脂质基平台为设计能够保护治疗药物免受恶劣GI环境侵害并将其有效载荷递送至结肠炎症部位的纳米载体提供了稳健框架。
**2.1.1. 对IBD微环境的被动积累**
结肠靶向脂质基纳米颗粒（LNPs）的设计已从简单的有效载荷保护逐步演变到更复杂的策略，这些策略利用了炎症结肠的病理生理微环境。这些方法可大致分为被动积累机制或主动刺激响应释放系统。被动靶向利用炎症相关的结肠生理改变，包括尺寸和电荷依赖性相互作用。如前所述，eEPR效应使口服递送的LNPs能够在炎症结肠组织中优先积累，报告显示峰值积累发生在约113 nm的粒径。同时，炎症黏膜的带电环境改变促进了电荷介导的相互作用，进一步增强了LNPs的滞留。
**2.1.2. 主动靶向和刺激响应释放**
刺激响应性LNPs被设计为在结肠微环境中的特定触发因素下发生物理化学转变，从而实现按需药物释放。沿GI道的生理pH梯度是结肠特异性递送中应用最广泛的触发因素。一种常见的修饰LNPs的策略是将其包裹在肠溶聚合物（如Eudragit? S100）中。这些聚合物在胃pH下不溶，但在远端肠道的近中性或碱性pH（pH≥7.0）下溶解。该策略有效限制了药物释放，直到载体到达目标区域。然而，IBD患者中管腔pH的显著变异性和病理性酸化可能导致不稳定或不完全的药物释放，从而损害治疗可靠性。这一局限性强调了需要多响应平台，整合多个触发因素以确保在异质性患者群体中实现稳健可靠的靶向。结肠微生物群分泌的丰富多糖酶和酯酶构成了独特的酶环境，为部位特异性药物释放提供了高度特异性的触发因素。LNPs可通过酶不稳定涂层（如壳聚糖或酯键）功能化，这些涂层被在炎症结肠组织中高度表达的细菌或结肠酯酶切割。炎症IBD黏膜中的显著氧化应激为刺激响应性递送提供了另一个病理触发因素。包含ROS可裂解连接子（如硫缩酮）或由ROS清除胆红素配制的LNPs不仅可以响应氧化应激释放其有效载荷，还可提供抗氧化治疗效果。
为了实现超越被动组织积累的细胞水平特异性，LNP表面常功能化以配体，这些配体结合炎症结肠中特定细胞群体（如活化巨噬细胞和受损上皮细胞）上过表达的受体。该策略增强了局部药物浓度，并通过受体介导的内吞作用促进细胞摄取。关键靶点包括在活化巨噬细胞上上调的叶酸受体（FR）和CD44受体，以及乳铁蛋白受体（LRP-1）。已使用叶酸（FA）和透明质酸（HA）等配体促进LNPs被这些细胞群体选择性摄取。
**2.1.3. LNPs在IBD管理中的高级应用**
虽然LNPs已被广泛研究以改善抗炎药物（皮质类固醇、5-ASA）和难溶性植物化学物（姜黄素、雷公藤红素）的结肠靶向递送以治疗IBD，但其最具变革性的潜力在于实现基于核酸的治疗药物的口服递送。LNPs可以封装和保护小干扰RNA（siRNA），用于靶向沉默促炎基因如TNF-α、CD98、MAP4K4和NLRP3炎症小体组分。例如，开发了一种负载TNF-α siRNA的LNPs，封装在海藻酸盐微粒中，以保护LNPs和有效载荷免受酶和胃酸降解。带负电的微粒优先积累在受损的黏液屏障中，同时与炎症组织中富集的阳离子蛋白（如转铁蛋白和嗜酸性粒细胞阳离子蛋白）结合。借鉴LNP-mRNA疫苗的成功，已有报道口服LNP制剂递送编码治疗性细胞因子的mRNA。一种递送IL-10 mRNA的LNP被压力加载到包覆Eudragit? L100–55的胶囊中，使其能够在恶劣的胃环境中存活。到达肠道后，包衣和胶囊帽迅速溶解，在释放压力的同时保持密封膜在位。打开的胶囊随后利用自然蠕动将封装mRNA的LNPs主动喷射到肠腔中。一种由植物来源的半乳糖脂组成的仿生IL-22-mRNA负载LNP被设计为模拟生姜来源外泌体纳米颗粒的脂质谱，在胃中表现出稳定性，并在结肠中优先积累。这种结构相似性使完整的LNPs能够通过上GI道并选择性地积累在结肠上皮细胞和巨噬细胞中。已开发多级口服递送系统以实现基因组编辑方法。一个例子涉及将二硫键桥接的Cas9/sgRNA纳米簇封装在来自大肠杆菌Nissle 1917的脂多糖缺失外膜囊泡（dOMV）中，该菌株具有炎症巨噬细胞靶向特性。使用海藻酸钙微球提供胃酸保护，并在肠道pH触发下释放dOMV。dOMV随后穿过黏膜屏障选择性靶向M1巨噬细胞。细胞内ROS随后触发纳米簇解离，实现TNF-α基因编辑并抑制促炎细胞因子分泌。
**2.2. 聚合物纳米颗粒**
聚合物提供了出色的化学和功能多样性，使得从简单肠溶包衣片到复杂多响应纳米颗粒的结肠靶向药物递送系统的合理设计成为可能。天然聚合物以其固有的生物相容性和生物活性而闻名，而合成聚合物则提供可重复性和可调的理化性质，两者之间的选择使得能够精确定制递送系统以满足IBD中的特定治疗需求。
**2.2.1. 环境触发平台**
为了解决pH依赖性包衣的局限性，已开发了更先进的聚合物递送系统。多基质系统（MMX?）将pH响应包衣与亲水性/亲脂性基质核心相结合，以提供整个结肠的持续药物释放。其他技术如ColoPulse?和DuoCoat?分别掺入超级崩解剂和缓冲盐，以确保一旦达到pH触发条件，包衣快速完全破裂。天然树脂如虫胶也被设计为在结肠pH下溶解，并用于递送丁酸等治疗药物。除了pH响应性，微生物群触发系统利用结肠中丰富的多糖酶。天然多糖如壳聚糖、果胶、瓜尔胶、右旋糖酐和菊粉不被人体消化酶消化，但可被结肠细菌发酵。当用作载体基质或包衣时，其微生物酶降解触发局部药物释放。其中一些多糖如菊粉和果胶可作为益生元，促进有益微生物种群和抗炎SCFAs的产生，从而使递送系统本身在重编程肠道微生物组方面具有生物活性。
**2.2.2. 黏膜黏附和电荷依赖性滞留**
为了对抗IBD中快速的结肠转运和腹泻，采用黏膜黏附聚合物以延长在炎症黏膜表面的停留时间，这可通过阳离子和阴离子聚合物实现。阳离子聚合物如壳聚糖通过静电相互作用黏附于黏蛋白中带负电的唾液酸残基，而阴离子聚合物利用炎症结肠黏膜病理诱导的正表面电荷，从而在IBD病变处实现生物黏附。例如，带负电外表面的纳米载体，如由海藻酸盐或聚丙烯酸（PAA）组成的纳米载体，可通过静电吸引优先积累在炎症结肠病变处。
**2.2.3. 多响应和分级系统**
最近的聚合物递送系统结合了多种靶向方式，创建了具有更高特异性和可靠性的多响应平台。这种容错设计策略允许当一种刺激因患者特异性病理生理学（如管腔pH升高不足）而无效时，由替代触发因素启动药物释放。商业相关技术如Phloral? exemplifies这种多响应方法。它结合了pH响应性Eudragit? S和酶降解多糖（抗性淀粉），从而使得药物释放可通过结肠pH或微生物发酵激活。OPTICORE?通过将Phloral?作为外层包衣和DuoCoat?作为内层包衣扩展了这一概念，以确保一旦触发，快速完全释放。实验系统专注于通过精确微靶向策略最大化治疗效果。例如，ZOP@Eud纳米针，一种用于喷他脒的锌基载体，喷他脒是S100钙结合蛋白B（S100B）的抑制剂，该载体整合了Eudragit?包衣和含有偶氮还原酶可裂解连接子的核心，以提供次级微生物群特异性释放机制。IBD结肠中存在的ROS和偶氮还原酶促进喷他脒的释放，喷他脒随后通过抑制肠胶质细胞中的S100B减少促炎细胞因子和ROS的产生，从而降低局部炎症信号。炎症结肠组织中高浓度的ROS为响应性递送系统提供了高度特异性的病理触发因素。含有ROS不稳定部分（如二硒键（SeSe））的聚合物可设计为在ROS富集环境中崩解，实现局部有效载荷释放。顺序响应和多级分级系统已被开发以按程序化方式响应多种刺激。例如，纳米微复合物采用外层的酶降解菊粉微球释放内芯的ROS响应性含硒纳米胶束（IN@SeNG）。一旦IN@SeNG到达炎症结肠，菊粉壳和纳米胶束被肠道微生物群和ROS解组装。菊粉作为益生元富集肠道微生物群，而SeNG将巨噬细胞从M1极化至M2表型并抑制TH17细胞分化，从而减轻肠道炎症。
**2.3. 水凝胶**
**2.3.1. 基本性质和机制基础**
水凝胶系统代表了聚合物基口服结肠靶向药物递送策略的自然延伸。结构上，水凝胶是三维交联的聚合物网络，含水量高，使其特别适合递送不稳定治疗药物，包括蛋白质和肽类。通过保护封装的有效载荷免受胃酸和消化酶降解，水凝胶使这些治疗药物在到达远端GI道时保持完整。一个代表性例子是pH敏感复合水凝胶，如聚（甲基丙烯酸-接枝-乙二醇）（P(MAA-g-EG)），其中PEG化胰岛素在临床前模型中表现出增强的酶稳定性和显著改善的口服生物利用度。许多水凝胶基质的固有黏膜黏附特性延长了肠道停留时间，增加了病变黏膜处的局部药物浓度，进一步支持了它们在大分子递送中的实用性。
**2.3.2. pH触发网络行为**
水凝胶与包衣或颗粒基递送系统之间的一个关键区别在于其刺激响应性的机制起源。在水凝胶中，响应性源于交联聚合物网络内的体积变化，而非表面限制的侵蚀或溶解。pH响应水凝胶通过掺入可电离官能团体现了这一原理，这些官能团在酸性条件下保持塌缩，但在pH接近中性时经历网络膨胀或崩解，从而在结肠中实现爆发式药物释放。这些系统通常设计为在胃和近端小肠保持紧凑，而在近中性结肠环境中膨胀或解组装。该设计范式已成功应用于抗炎小分子的结肠递送。例如，透明质酸基水凝胶实现了美沙拉嗪的有效释放，而机械化学制备的壳聚糖-海藻酸钠水凝胶实现了5-ASA的结肠特异性递送。
**2.3.3. ROS激活治疗平台**
除了pH，ROS响应水凝胶通过利用IBD组织中升高的氧化应激，进一步扩展了用于结肠靶向递送的刺激响应平台库。将ROS不稳定连接子掺入水凝胶网络，能够在炎症组织内实现选择性裂解或物理化学转变，从而支持病理依赖性药物释放。用硫缩酮连接子或含硒部分功能化的透明质酸基水凝胶已分别证明可有效递送益生菌罗伊氏乳杆菌或罗伊氏柠檬酸乳杆菌，这些益生菌减轻氧化损伤、促进上皮修复并调节肠道微生物群组成。一种由半胱胺接枝透明质酸组成的水凝胶形成粘性液体，在清除H₂O₂时发生原位溶胶-凝胶转变，增强黏膜黏附并实现炎症结肠部位的优先滞留。
**2.3.4. 多响应和分级水凝胶系统**
更复杂的水凝胶架构在单个递送平台内整合多种病理触发因素，以提高靶向稳健性，类似于之前提到的聚合物纳米颗粒。复合和分级系统，如嵌入透明质酸/明胶基质中的羧甲基壳聚糖微球以及超分子壳聚糖/HP-β-环糊精水凝胶共递送植物化学物衍生纳米囊泡，被设计为协同响应pH变化、酶活性和氧化还原失衡。总体而言，这些策略强调了水凝胶基系统在感知和整合IBD关键病理生理线索（包括管腔pH失调、氧化应激升高和微生物群驱动的酶活性）方面的适应性，这些线索共同诱导网络级结构转变，以实现可控和部位特异性药物释放。
**2.4. 分子前药策略**
前药是经过化学修饰的药物衍生物，旨在体内激活，通过分子级控制而非载体介导的转运实现部位特异性药物释放。结肠由于其密集的厌氧微生物群，为前药基递送提供了一个特别有利的靶点，这些微生物群提供了部位选择性药物激活的内源性生化触发因素。因此，适当设计的前药可以在胃和小肠中保持化学稳定且吸收不良，但在到达结肠时经历高效生物转化，释放活性母体药物。在这些策略中，偶氮前药构成了临床上最成熟的结肠靶向前药类别。偶氮键可被结肠细菌偶氮还原酶选择性还原以生成相应的胺基，从而释放活性药物。一个代表性例子是柳氮磺吡啶，其中5-ASA通过偶氮键与磺胺吡啶连接。结肠细菌还原释放出活性5-ASA，产生局部抗炎作用。柳氮磺吡啶是第一个在溃疡性结肠炎中获得广泛临床使用的结肠靶向前药，并已获得全球监管机构批准。另外两种基于5-ASA的偶氮前药也已获批用于临床，包括奥沙拉嗪（由两个5-ASA分子通过偶氮键连接）和巴柳氮（其中5-ASA通过偶氮键与β-氨基酸载体结合）。除了这些临床获批的药物，基于氨基酸、糖苷、葡萄糖苷酸和聚合物的各类前药已在临床前模型中进行了研究，但尚无一种转化为临床获批疗法。最新进展突显了超出经典5-ASA基前药的前药设计空间扩展。例如，已报道了一种JAK抑制剂托法替尼的偶氮连接前药，可实现结肠特异性药物释放。最近报道的一种基于定制植物寡糖-药物偶联物的GlycoCaging策略，利用肠道微生物群来源的木葡聚糖酶在结肠中实现炎症部位特异性药物释放，显著增强了治疗效果。
**2.5. 其他新兴结肠靶向剂型**
已开发了几种设备驱动和架构导向的剂型，以实现结肠靶向的补充模式。这些方法能够在下GI道内实现增强的时空精度以及外部控制药物释放。可摄入电子胶囊代表了一类新兴的结肠靶向递送系统，依赖于外部触发因素（如光、超声、磁场或特定分子信号）实现时空可控药物释放，独立于管腔pH或微生物群组成。例如，一种磁驱动悬臂胶囊，通过包含纽扣电池、磁簧开关和电阻加热器的简单电路激活。暴露于约0.5 mT以上的磁场会闭合簧片开关，允许电流流动，焦耳热熔化固定悬臂的乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）粘合剂。释放后，悬臂展开，使载药微针穿透组织并从胶囊上脱离。另一个例子是InteliSite胶囊，一种用于靶向药物递送和吸收研究的可摄入设备，包括在结肠等特定GI区域。该系统由外部射频信号激活，触发内部弹簧机构排出药物有效载荷，并已在人体中用于递送瑞格列净。类似地，电机驱动电子胶囊如IntelliCap集成了诊断传感器（如pH和温度）与药物储库，实现实时生理监测和远程部位特异性药物释放。最近，已开发了包含多腔架构和磁响应组件的胶囊系统，以实现胃肠道内的顺序或部位特异性药物释放。在这些设计中，磁场用于驱动内部阀门或隔室，允许控制多个有效载荷的释放以及同时取样管腔内容物。此外，已报道了包含软聚合物阀门或弹性体膜的磁驱动胶囊，其中场诱导的机械变形实现了药物储库的可逆打开和局部药物暴露的更精确调节。通过将药物释放与GI变异性解耦，这些系统解决了与化学响应载体相关的关键局限性。这些“智能药丸”技术实现了按需激活和药物递送的精确定位，为传统结肠靶向制剂策略提供了有力补充。除了设备基平台，来自食品级生物来源的天然衍生的细胞外囊泡样纳米囊泡（ELNVs）代表了一类新兴的用于IBD治疗的结肠靶向口服载体。这些囊泡表现出对胃肠道降解的固有抗性，并携带内源性生物活性货物，包括脂质、蛋白质和miRNA，这些与其递送功能一起赋予直接治疗活性。几种植物和乳制品来源的ELNVs已通过独特机制显示出固有治疗活性，包括牛乳来源细胞外囊泡（mEVs）恢复肠道屏障完整性、姜黄来源纳米囊泡促进M1向M2巨噬细胞极化及微生物群重塑，以及桑树皮来源ELNVs通过内源性植物HSPA8激活肠上皮细胞中的AhR/COPS8，从而诱导抗菌肽分泌并恢复微生物群稳态。除了其内源性生物活性，ELNVs还被设计为递送平台：负载抗TNF-α纳米抗体和抗菌肽的牛乳来源mEVs显著缓解了急性和慢性UC，而生姜来源EV包被的ZIF-8纳米颗粒携带TNF-α siRNA在DSS结肠炎小鼠中实现了巨噬细胞靶向基因沉默和肠道微生物群重塑。总体而言，这些食品来源的ELNVs通过结合固有GI稳定性、内源性治疗活性以及用于生物制剂和核酸递送的工程兼容性，拓宽了超越合成载体的结肠靶向策略。
**3. 局部IBD治疗药物的临床转化障碍**
尽管许多结肠靶向系统在临床前模型中显示出令人鼓舞的结果，但大多数在临床上失败。临床转化的障碍包括制造可扩展性、体外和体内研究的相关性、临床试验结果的高度变异性以及这些产品监管框架的持续演变。
**3.1. 制造可扩展性**
制造可扩展性仍然是将在实验室规模创新转化为临床适用IBD疗法的主要瓶颈。用于IBD管理的下一代口服制剂的复杂结构和组成往往超出常规制造工艺的能力。例如，常规压片工艺，无论是使用直接压片、湿法还是干法制粒，通常产生均匀的药物-辅料基质。这些方法对下一代多功能制剂所需的空间控制和结构复杂性的能力有限。此外，现有的口服剂型大规模制造平台通常与新兴治疗药物（如蛋白质和核酸）不兼容，导致这些产品主要以液体形式存在。例如，大规模压片固有的高压压缩会损害这些敏感大分子的结构完整性。因此，实现大规模生产的新型口服递送系统需要开发先进的制造方法。
**3.2. 临床前模型的局限性和人类IBD的复杂性**
常规的局部作用口服IBD制剂的临床前评估往往忽视了GI环境的生理复杂性和病理生理学。标准临床前框架通常涉及体外溶出测试、细胞基通透性测定以及使用IBD动物模型进行体内疗效评估。然而，常用的溶出测试主要适用于溶解度足够高的药物，因为它们假设药物释放、吸收和疗效之间存在直接相关性。因此，这些方法通常不适用于低溶解度化合物或非pH响应制剂。类似地，使用Transwell系统评估通透性的细胞基研究通常采用完整肠上皮单层，未能再现IBD特征性的屏障破坏，导致性能估计不准确。此外，虽然使用各种化学诱导或基因修饰的鼠类和非啮齿类动物模型来评估治疗结局，但系统发育差异确保没有任何单一动物模型完全复制人类IBD病理学。不同物种与人之间的GI解剖学和生理学存在差异。例如，啮齿动物的GI pH分布与人类存在显著差异。与人类GI参考值相比，啮齿动物表现出较不酸性的胃环境（大鼠pH 3.9，小鼠pH 4.0）以及更酸性的肠道。具体而言，小鼠十二指肠和空肠值分别降至pH 4.74和5.01，而大鼠和小鼠的回肠（pH低于6.0）和结肠（pH 4.7–6.2）保持明显酸性。这些pH差异可能在临床前评估中误解pH响应制剂的释放动力学，最终阻碍向人类转化。大鼠的胃肠道转运时间与人类显著不同，大鼠小肠和结肠转运时间平均分别为3.3–25.1小时和5.8–15.6小时。虽然这些时间随粒径变化，但大鼠通常比人类表现出更快的小肠转运但更慢的结肠转运。不同的进食行为，如啮齿动物餐间间隔较短，导致小鼠胃排空呈指数型，而人类呈线性型。这些生理和动力学差异凸显了将口服药代动力学结果从啮齿动物模型外推到人类临床环境的固有挑战。葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导模型缺乏免疫细胞参与，这与人类IBD不同，并限制了其在评估免疫相互作用方面的效用。尽管已建立T细胞转移模型或基因工程动物模型以反映某些致病途径，但它们通常因对IBD病理学的部分模拟而未能再现复杂的免疫环境。一旦进入临床试验，由于疾病严重程度、饮食、微生物群组成和遗传背景的个体间异质性，结局可能差异很大，所有这些都影响GI功能和药物暴露。例如，与IBD相关的屏障功能障碍显著改变全身和局部药物吸收。饮食习惯和地理位置塑造微生物群谱，遗传背景进一步调节GI生理学。这些变异难以在临床前模型中再现，并使临床结局