基于納米顆粒遞送系統治療膿毒癥的研究進展

茆健 袁響

【摘要】 膿毒癥是當今全球治療最棘手的危重癥之一。早期、足量使用敏感抗生素及升壓、補液等對癥治療是當前指南推薦的主流治療方式。然而因膿毒癥本身的復雜病理生理機制與日益增長的抗生素耐藥性，膿毒癥病死率仍高達30%～50%。納米藥物遞送技術的快速發展為膿毒癥治療帶來新的曙光。文章綜述了當今研究的幾類主要的納米顆粒，以及這些納米顆粒治療膿毒癥的最新進展。

【關鍵詞】 膿毒癥 納米顆粒 藥物遞送

Progress of Research on Nanoparticle-based Delivery System for the Treatment of Sepsis/MAO Jian， YUAN Xiang. //Medical Innovation of China， 2024， 21（11）： -188

[Abstract] Sepsis is one of the most intractable critical illnesses worldwide. Early and adequate administration of sensitive antibiotics and symptomatic treatments such as vasopressors and fluid resuscitation are the prevalent treatments recommended by the current guidelines. However， due to the complex pathophysiological mechanism of sepsis and increasing antibiotic resistance， the mortality of sepsis reaches up to 30%-50%. The rapid development of nano-drug delivery technology has shed light on promising effectiveness on treatment of sepsis. In this review， several main types of nanoparticles researched today and the latest progress of these nanoparticles in the treatment of sepsis are reviewed.

[Key words] Sepsis Nanoparticles Drug delivery

First-author's address： Graduate School of China Medical University， Shenyang 110000， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2024.11.040

膿毒癥是一種由感染引起的全身炎癥反應綜合征（systemic inflammatory response syndrome，SIRS），是世界上死亡率最高的疾病之一[1]，膿毒癥每年發病率高達25%～30%[2]，每年新增膿毒癥患者約2 000萬人，病死率高達26%[3]。膿毒癥的預后與能否早期診斷與治療息息相關。當前膿毒癥的主要治療方式為：（1）早期使用抗生素；（2）發病1～6 h使用升壓藥物；（3）積極腸內營養；（4）肺通氣支持治療；

（5）液體復蘇等。其中最能決定預后的是能否早期使用抗生素[4]。在抗生素選擇上，臨床上常規先進行血培養明確感染菌種，選擇敏感抗生素。由于血培養通常需72 h且常常伴隨著假陰性的可能[5]。國內指南強推薦優先經驗性使用廣譜抗生素，在保證廣譜抗生素使用不受影響的前提下，再進行血培養[6]。廣譜抗生素早期使用提高了膿毒癥患者的總體生存率，然而因其特異性較弱，不能更針對性地清除細菌，臨床上往往達不到理想的抗菌療效，甚至加重細菌的耐藥性[7]，亟需新的治療思路。

納米顆粒是一類有機、無機或雜化的納米材料，最常見的納米顆粒包括金屬納米顆粒、聚合物納米顆粒、脂質納米顆粒等，因制備方式不同呈現出不同的形態，如納米花、納米棒、納米球等[8-9]。近年來，納米顆粒被廣泛應用于藥物遞送研究，將藥物搭載到納米顆粒表面或封裝至納米顆粒內運送到靶組織、靶細胞發揮治療作用[10]。利用納米顆粒遞送藥物具有實現精準靶向[11]、保護藥物不被酶水解或免疫細胞吞噬、延長藥物半衰期[12]，減少藥物用量、提升藥物利用度及減少藥物不良反應等諸多優勢[13]。在膿毒癥治療方面，利用納米顆粒進行藥物遞送，在膿毒癥動物模型中顯示出良好的療效[14]。一些金屬納米顆粒和經過設計的聚合物納米顆粒具備抗菌和抗炎特性，可清除血液中細菌并通過吸附內毒素、與炎癥細胞因子相結合等機制降低免疫因子風暴對機體影響[15]。本文綜述近幾年來利用納米顆粒遞送系統治療膿毒癥的相關研究，為膿毒癥治療提供新的策略。

1 金屬納米顆粒

金屬納米顆粒包括銀、銅、金、鐵等納米顆粒組成。其中金納米顆粒和銀納米顆粒的潛力最大，因其天然的抗菌作用且與人體相容性較佳[16]。Taratummarat等[17]證明金納米顆粒可作為輔助治療劑誘導巨噬細胞對抗炎癥反應，在盲腸結扎穿刺的膿毒癥小鼠模型中，使用抗生素和金納米顆粒混合制劑，相較單獨使用抗生素組，膿毒癥小鼠獲得了更長的生存時間。在體外實驗中，金納米顆粒可以減少培養基中大腸桿菌菌落數。此外，金納米顆粒還展現出降低炎癥細胞因子TNF-α、IL-6、IL-1β的作用[17]。銀納米顆粒主要被用作革蘭陽性和陰性細菌感染模型的抗菌材料。它與金納米顆粒一樣展現出不引起全身毒性作用的抗菌效果[18]。

在抗細菌感染的研究中常利用金納米或銀納米顆粒偶聯抗菌肽進行遞送。抗菌肽是當前克服抗生素耐藥性非常好的候選藥，抗菌肽通過膜透性表現出抗菌活性，可將疏水殘基插入細菌細胞膜之間，破壞細胞膜，達到殺滅耐藥菌的目的[19]。由于抗菌肽本身是一種多肽，容易被蛋白酶降解，藥代動力學很差，臨床應用非常局限[20]，Rai等[21]利用金納米顆粒偶聯一種抗菌肽來測試針對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、銅綠假單胞菌和肺炎克雷伯菌的抗菌效果，證明該藥劑在破壞細菌細胞膜方面比單純的游離肽更有效。動物實驗也證明該藥劑的體內作用，展現出該藥劑具有降低盲腸結扎穿刺膿毒癥小鼠TNF-α、減少血液細菌濃度的效果。Lee等[14]將一種革蘭陰性菌和陽性菌的合成配體修飾的磁性納米顆粒結合牛全血中的大腸桿菌和內毒素，再通過磁性微流體裝置去除與大腸桿菌及內毒素結合的磁性納米顆粒。在60 mL/h的流量下可達到100%的細菌與內毒素清除率，此裝置可用于膿毒癥患者血液細菌和內毒素清除。

對抗耐藥菌株是一個任重而道遠的工程，使用金屬納米顆粒是當前最熱的抗耐藥菌治療方式之一。當金屬納米顆粒與細菌相互作用時，它們可以附著在細菌表面，破壞細胞壁的完整性并進入細胞質[22]。此外，金屬納米顆粒可通過在細胞內環境中釋放離子，破壞細菌呼吸鏈機制，進一步增加細菌細胞膜通透性[23]。其還可以誘導氧化應激反應和刺激活性氧的產生，抑制ATP的產生和細菌的DNA復制[23]。Shim等[24]將一種抗菌劑：N-α-月桂酰基-d-精氨酸乙酯鹽酸鹽涂布于納米金顆粒表面，相較于直接應用此抗菌劑，利用納米金顆粒作為載體表現出更好的抗菌效果。2016年膿毒癥和膿毒性休克管理國際指南建議盡快使用碳青霉烯類抗生素和超廣譜β-內酰胺酶抑制劑組合治療膿毒癥[25]，盡管碳青霉烯類藥物具有廣譜抗菌活性和良好的安全性，但是其需要高劑量給藥與易導致的細菌耐藥使它的臨床應用受到一定的局限。Shaker等[26]將碳青霉烯類抗生素搭載至納米金顆粒上，其最小抑菌濃度可降低數倍，不僅提高了碳青霉烯類藥物的活性，而且避免細菌耐藥性的增加。在Kang等[27]將甘露糖結合凝集素和修飾后的氧化鐵納米磁珠相結合，通過一種新型磁分選裝置，用于膿毒癥大鼠模型體外血液凈化。該磁珠系統可廣泛捕獲的病原體和毒素，且不會激活補體因子。利用磁場從血液中分離與磁珠結合的病原體和毒素。這套磁珠系統可有效去除多種革蘭陰性菌、革蘭陽性菌和內毒素，進而提高膿毒癥大鼠的生存率[27]。

2 聚合物納米顆粒

聚合物納米顆粒藥物遞送系統同樣具有良好的生物降解性和生物相容性。聚合物納米顆粒可做到藥物的特異性靶向、藥物分子保護、藥物濃度分布控釋和表面功能化[28]。Yu等[29]通過將線粒體靶向的二氧化鈰（CeO2）納米顆粒與阿托伐他汀相結合來治療膿毒癥導致的急性腎損傷，他們設計了活性氧響應性納米藥物遞送系統。利用改良后的活性氧響應性有機聚合物涂層包裹納米顆粒可顯著提高原先納米顆粒的生物相容性，同時延長其在血液中的半衰期[29]。負載阿托伐他汀可以幫助減少納米顆粒的劑量，增加其治療效果[29]。可使炎性細胞因子IL-6和TNF-α表達降低，證實了該納米藥劑具有減弱的炎癥反應的作用[29]。與此同時，細胞凋亡率也顯著降低，證實了該納米藥劑具有保護組織的作用。CeO2納米顆粒可通過三苯基膦修飾有效消除過量的活性氧，增強抗炎作用[29]。

Yang等[30]通過使用廣譜氟喹諾酮類抗生素、司帕沙星和免疫抑制劑他克莫司來控制細菌感染的炎癥反應。將上述藥物加載到聚乳酸-羥基乙酸聚合物納米顆粒中，并用γ3肽將納米顆粒表面功能化：通過與細胞間黏附分子-1結合來靶向炎癥部位[30]，該系統具有出色的廣譜抗菌活性，可以有效減少急性肺部感染小鼠的炎癥和免疫反應[30]。與用游離抗生素治療組相比，將抗生素加載到聚合物納米顆粒治療組顯著抑制了細菌增殖，降低了TNF-α與IL-6的表達[30]。

3 脂質納米顆粒

基于脂質的納米制劑有很多種，例如納米乳液、脂質體和固體脂質納米顆粒等，它們經常用于轉運抗生素治療膿毒癥。脂質納米顆粒有助于將藥物遞送到靶細胞，因為它們可以與靶細胞膜順利合并（內吞作用），然后將搭載的抗生素直接釋放到靶細胞細胞質[31]。作為載體，脂質納米顆粒可以延長循環時間，加速細胞攝取，對抗細菌耐藥性[31]。脂質納米載體（如納米結構脂質載體和納米乳液）相對于其他聚合納米顆粒具有更低的細胞毒性，因而它們更加適合作為藥物載體系統[32]。除了作為藥物載體，脂質納米顆粒還可以搭載、釋放mRNA和siRNA[33]。Hou等[34]的研究希望能夠在體內表達巨噬細胞中的兩種物質：抗菌肽和組織蛋白酶-B，二者都是抗菌利器。他們利用維生素C納米顆粒轉染抗菌肽和組織蛋白酶-B的mRNA構建溶酶體。在溶酶體中過繼轉移含有與組織蛋白酶B連接的抗菌肽的巨噬細胞。動物實驗結果顯示：在腹腔注射和靜脈注射治療組中，血液菌落數都顯著下降。且治療組顯示出比無治療組更高的存活率并伴有小鼠體重的增加。此外，維生素C納米顆粒搭載的抗菌肽和組織蛋白酶B可在巨噬細胞溶酶體中積累，從而殺滅耐藥菌，延長膿毒癥小鼠生存期。

4 總結與展望

膿毒癥是一種SIRS，具有高死亡率和高發病率的特點。目前，早期足量使用抗生素是膿毒癥治療的關鍵，但由于血培養的時間長和假陰性結果的存在及細菌耐藥性不斷增強，膿毒癥的治療陷入困境[4]。因此，尋求新的治療方案勢在必行。近年來，納米技術的突破為膿毒癥治療提供了新思路。利用納米顆粒遞送系統可以實現藥物的精準靶向、保護藥物、減少藥物不良反應，并且具備良好的生物降解性和穩定性[35]。一些研究已經展示納米顆粒藥劑在膿毒癥動物模型中良好的治療效果。特別是金納米顆粒和銀納米顆粒，它們本身具有抗菌作用且與人體相容性較好。金納米顆粒和銀納米顆粒可以附著在細菌表面，破壞細菌細胞壁，并通過誘導氧化應激反應等機制殺滅細菌。此外，將抗菌肽與金納米顆粒結合可以增強其抗菌活性。這些研究表明利用納米顆粒遞送系統是一種具有潛力的膿毒癥治療新策略。

然而，納米顆粒在人體應用中也存在潛在的不良影響：（1）納米顆粒本身的長期組織蓄積作用，可能造成未知影響；（2）免疫介導的排異反應，當納米顆粒進入機體內，引起免疫排斥，會加速納米顆粒的清除；（3）免疫毒性反應，納米顆粒可能會損害免疫系統并引起各臟器的病理變化[36]。因此，在納米顆粒的應用過程中需充分考慮其安全性和毒性影響，并進行充分的評估和監測。

綜上所述，利用納米顆粒遞送系統治療膿毒癥具有巨大的潛力，但仍需要進一步的研究和臨床試驗驗證其安全性和療效。未來的研究可以進一步探索不同材質納米顆粒的應用，優化遞送系統的設計，并結合其他治療方法，以期提供更有效和安全的膿毒癥治療策略。

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（收稿日期：2023-09-11） （本文編輯：白雅茹）