《Biomaterials Advances》：Dynamic HA/D-mannose dual-ligand nanomedicine reprograms macrophage-epithelial crosstalk for precision therapy of colitis
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溃疡性结肠炎治疗中，本研究开发动态双靶向核心壳纳米递送系统DS-HDLTQs，通过HA/D-Man实现急性期修复细胞与慢性期促炎巨噬细胞同步靶向，结合DA-SA壳层pH响应释放，在动物模型中7天实现83.3%黏膜愈合率，并抑制氧化应激促进屏障修复。
作者：石杰|刘红燕|白家凡|彭文臻|翁杰|支伟|王建新|贾敏
西南交通大学医学院与材料科学与工程学院，成都，610031，中国
摘要
溃疡性结肠炎（UC）具有复杂的时空异质性，这给有效治疗带来了重大挑战。本文构建了DS-HDLTQs，这是一种具有动态双靶向能力的核壳纳米递送平台。该平台利用透明质酸（HA）和D-甘露糖（D-Man）来靶向急性炎症并促进修复。同时，它还具有一种多巴胺-海藻酸盐（DA-SA，简称DS）外壳，能够在结肠病变部位实现pH响应性释放。动物实验表明，DS-HDLTQs在7天内实现了83.3%的黏膜愈合率，显著优于单一靶向系统。DA-SA保护层确保了在结肠中的pH响应性释放，效率高达92.7%。这种治疗效果的提升得益于三种协同机制：分子功能协同（恢复抗氧化剂）、时空靶向与病理过程协同（加速屏障重建）以及免疫-上皮修复协同（促进巨噬细胞极化和上皮再生）。DS-HDLTQs在病变部位的药物浓度增加了12.7倍。这一设计解决了动态病理与口服递送效率之间的核心矛盾，为UC治疗提供了新的范式，并具有潜在的应用价值，也可用于其他炎症性疾病。
引言
溃疡性结肠炎（UC）是一种典型的慢性炎症性肠病，其特征是反复发作的黏膜损伤和持续的肠道屏障功能障碍[1]。其全球发病率的上升已成为一个重要的公共卫生挑战[2]。目前的治疗策略主要依赖于广谱免疫抑制方案，如抗TNF-α单克隆抗体和全身性糖皮质激素[3]。然而，这些治疗方法的长期使用常常导致严重的机会性感染和累积性器官毒性，导致多达三分之一的患者停止治疗[4][5]。尽管设计用于利用上皮增强渗透性和保留效应（e-EPR）的纳米药物提高了病变靶向精度，但UC发病机制的固有时空异质性仍限制了它们的转化效果[6]。
这种异质性表现为急性炎症阶段和修复阶段之间的动态相互作用。急性炎症阶段的特点是M1型巨噬细胞浸润和上皮屏障崩溃，而修复阶段则以M2型巨噬细胞极化和上皮修复为特征[7]。这种不断演变的病理生物学为纳米药物设计带来了三个相互关联的挑战。首先，单细胞靶向与UC的多方面治疗需求之间存在持续不匹配。大多数现有的纳米载体仅针对一种细胞类型——要么是M1型巨噬细胞，要么是受损的上皮细胞——而有效的UC治疗需要同时调节免疫微环境和促进上皮修复[8]。其次，静态靶向策略无法适应UC的动态病理生理学。传统的配体旨在靶向特定阶段的分子标志物，例如急性炎症期间的ICAM-1或修复期间的VEGF。然而，UC微环境具有高度异质性，同一肠道段内同时存在急性炎症灶和修复性病变，并且这些病变在不断演变[9]。仅针对急性阶段标志物的纳米颗粒在修复阶段可能会失去效力，因为目标表达下降，导致病变部位的药物积累不足[10]。第三，口服递送系统在胃肠道内面临显著的生物屏障，包括酸诱导的降解、快速的黏液更新以及限制跨黏膜转运的上皮紧密连接[11]。这些因素导致药物过早释放和系统生物利用度低，增加了亲水性药物的系统性暴露[12][13]。
为了解决这些挑战，本研究提出了一种结合胃肠道保护机制的时空动态双靶向策略，最终开发出了DS-HDLTQs核壳纳米递送平台[14]。该平台具有胃肠道保护功能，并能够同时靶向M1型巨噬细胞、极化的M2型巨噬细胞和受损的肠道上皮细胞[15]。其核心是一种装载了槲皮素（Que）的赖氨酸（Lys）-单宁酸（TA）配位聚合物，槲皮素因其已知的抗炎、抗氧化和上皮修复特性而成为双向免疫-上皮调节的主要成分[16]。纳米颗粒表面共装饰有透明质酸（HA）和D-甘露糖（D-Man），形成动态靶向模块。HA在急性炎症期间选择性地与M1型巨噬细胞和受损肠道上皮上过表达的CD44结合，通过单一配体同时靶向这两种细胞群体[17]。D-Man则在修复阶段识别巨噬细胞上上调的CD206，促进M1向M2表型的转化并加速黏膜愈合[18]。最近的研究进一步阐明了D-甘露糖在UC中的治疗作用，证明其能够促进上皮修复、减轻炎症并调节巨噬细胞向修复性M2表型的极化[19][20][21]。这些多功能特性支持了将D-甘露糖纳入UC治疗动态双靶向纳米递送系统的合理性。为了克服口服递送障碍，在纳米载体周围组装了多巴胺-海藻酸盐（DA-SA）保护壳，使纳米核心能够在结肠部位实现pH响应性释放[22]。总体而言，该平台整合了三个功能优势：空间协调的巨噬细胞和上皮靶向以破坏炎症级联反应、时间适应性的配体呈现以维持不同疾病阶段的疗效，以及通过pH响应性壳层实现胃肠道保护，确保特定部位的结肠递送[23]（图1）。
基于这一理念，研究依次制备了基础药物装载纳米颗粒（LTQs）、单一靶向制剂（HLTQs）、双靶向系统（HDLTQs），最终开发出核壳平台（DS-LTQs、DS-HLTQs和DS-HDLTQs）。系统评估显示，与LTQs和HLTQs相比，HDLTQs表现出显著增强的细胞摄取能力，并能够调控巨噬细胞从促炎型M1向修复型M2的表型转换[24]。经过壳层优化后，DS-HDLTQs在模拟胃肠道条件下保持了结构完整性，并能够在结肠环境中实现pH触发的靶向释放[25]。在DSS诱导的小鼠结肠炎模型中，DS-HDLTQs表现出显著优于游离药物的效果：疾病活动指数降至基线的10.7%，上皮紧密连接蛋白恢复到正常水平，ZO-1和Occludin的表达甚至超过了正常组，83.3%的受治疗动物在七天内实现了完全的黏膜组织愈合[26]。组织病理学分析进一步证实了中性粒细胞浸润的同时抑制和隐窝再生的促进，而没有伴随肝或肾功能指标的升高[27]。这种时空动态双靶向范式成功克服了目前治疗偏向于抗炎效果而牺牲组织修复的现状，为UC管理开辟了新的途径[28]。该设计原则同样适用于其他具有类似时空异质性的疾病，如克罗恩病和放射性肠炎[29]。此外，该技术框架还可以扩展到肿瘤学中的微环境调节和纤维化组织的逆转，从而为下一代智能纳米药物提供了理论范例[30]。
材料
赖氨酸（Lys）和单宁酸（TA）由上海阿拉丁生化科技有限公司（中国上海）提供。D-甘露糖（D-Man）、透明质酸（HA）和槲皮素（Que）来自南京 Shineking Biotech Co., Ltd.（中国南京）。多巴胺（DA）和海藻酸钠（SA）由上海Macklin生化科技有限公司（中国上海）提供。N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）、1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC）、4-(4,6-二甲氧基三嗪-2-基)-4-甲基吗啉盐酸盐（DMTMM）和二甲胺
HDLTQs和DS-HDLTQs的制备和物理化学表征
HDLTQs最初通过EDC/NHS介导的酰胺反应合成，将HA与Lys连接成链状复合物。随后，该复合物通过与TA、Que和D-Man的酯键和酰胺键形成双靶向药物装载纳米颗粒。DS-HDLTQs则是通过在HDLTQs上组装pH响应性保护层制备的。这一过程涉及DMTMM介导的酯化和DA与海藻酸钠（SA）的共价交联。
讨论
溃疡性结肠炎（UC）病理进展的复杂时空异质性长期以来一直是治疗中的巨大障碍。本研究开发的DS-HDLTQs系统巧妙地结合了动态双靶向和智能响应递送。在靶向策略方面，HA/D-Man双配体设计能够精确适应病理演变：HA靶向M1型巨噬细胞上过表达的CD44受体
结论
本研究开发了一种口服、pH响应性的核壳纳米递送系统，采用时空动态双靶向策略。该系统结合了HA/D-Man双配体靶向，以匹配UC的动态病理学特征。DS-SA外壳确保了结肠特异性的药物释放。DS-HDLTQs通过EPR和受体介导的机制增强病变靶向，调节炎症上皮和巨噬细胞。在治疗方面，它减少了氧化应激，改善了炎症微环境，并促进了修复
作者贡献声明
石杰：可视化、方法学、研究、数据管理、撰写——原始草稿。刘红燕：研究。白家凡：研究。彭文臻：资源支持。翁杰：方法学、概念化。支伟：方法学、概念化。王建新：监督、方法学、资金获取、概念化、撰写——审稿与编辑。贾敏：研究。
写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备本工作时，作者使用了ChatGPT来提高可读性和语言表达，但并未用于生成文本、解释数据或得出任何科学结论。使用该工具后，作者对内容进行了审阅和编辑，并对出版物的内容负全责。
利益冲突声明
作者声明没有利益冲突。
致谢
本研究得到了国家重点技术研发计划（编号：2016YFC1102001）和四川省自然科学基金（编号：2022NSFSC0369）的支持。
