研究背景:
多肽类药物因高特异性、低毒性备受关注,但口服递送面临三大瓶颈:胃酸与胃肠酶导致肽链降解失活、肠道黏液层与上皮屏障阻碍吸收、缺乏病灶部位特异性释放。传统肠溶包衣仅能部分缓解胃酸破坏,无法阻止肠段酶解,且无法区分炎症与健康组织。尽管渗透促进剂(如SNAC)已有应用,但存在局部刺激且生物利用度极低(<1%)。因此,如何一体化解决"胃肠保护-黏液穿透-炎症靶向释放"问题,是实现抗炎多肽口服化治疗炎症性肠病(IBD)及系统性炎症疾病的核心挑战。
针对上述问题,陆军军医大学张建祥/陈盛团队基于活性氧(ROS)在炎症部位异常升高的病理特征,设计ROS触发完全自毁的两亲性多肽前药,旨在同时实现胃肠保护、黏液高效穿透及炎症位点智能释药,并验证其在溃疡性结肠炎(DSS小鼠)及急性肺损伤(ALI小鼠)模型中的跨器官治疗潜力。该文章于2026年1月14日以《Inflammation-triggered self-immolative conjugates enable oral peptide delivery by overcoming gastrointestinal barriers》为题发表于《Science Advances》(DOI:10.1126/sciadv.aea2989)。
(1)炎症响应性自毁KPV前药(proKPV)的设计、合成与ROS触发释放表征
研究证实proKPV可经一锅法缩合HCCP-PEG-PBE与Boc-KPV制得,核磁与红外确认结构;其两亲性使其在水中自组装为~81 nm近球形胶束(CMC≈49 μg/mL),Zeta电位近中性。H₂O₂(模拟ROS)存在时,PBE苯硼酸酯键氧化断裂暴露羧基,引发环磷腈骨架开环自毁,24 h内几近完全释放游离KPV;而在无H₂O₂或酸性SGF中释放<9%,证实胃肠稳定性。HPLC与质谱验证水解终产物为可排泄小分子(PEG-NH₂、pinacol、KPV等),表明该体系具备"全自毁、低蓄积"的安全优势。
图1. 炎症响应性自毁KPV前药(proKPV)的设计、组装与释放特性。 (A) SIPPC口服递送策略示意图:四组分共轭物自组装为胶束,ROS触发自毁释放活性肽。(B) proKPV在炎症部位ROS触发的水解与自毁级联反应机制。(C) proKPV NPs的TEM形貌(左)与DLS粒径分布(右)。(D)有无H₂O₂条件下proKPV的KPV体外释放曲线。 (E)模拟胃液(SGF)→ 含H₂O₂肠液(SIF)转换过程中的KPV释放行为。(F, G) 游离KPV与proKPV经SGF/SIF孵育后的HPLC残留量对比。(H–J)经SGF/SIF预处理后,游离KPV与proKPV对LPS诱导巨噬细胞TNF-α、IL-1β、IL-6分泌的抑制效果。
(2)proKPV纳米粒的体外胃肠稳定性、黏液穿透能力及细胞摄取验证 研究证实proKPV NPs在模拟胃液(SGF, pH 1.2)和肠液(SIF, pH 7.4)中2 h后粒径/分子量基本不变,包裹的KPV无显著泄漏,而游离KPV在相同条件下完全降解失活;经SGF/SIF预处理后proKPV仍保留等同未处理组的巨噬细胞TNF-α抑制能力。多粒子示踪显示proKPV NPs在新鲜结肠黏液中扩散系数(D_eff)与均方位移(MSD)显著高于普通聚苯乙烯颗粒,PEG外壳减少黏液嵌顿;Cy5标记证实其可被中性粒细胞及巨噬细胞时间/剂量依赖性内吞,并在炎症细胞中有效抑制PMA诱导的ROS生成及NETosis(中性粒细胞胞外诱捕网形成)。 图2. proKPV对炎症细胞(中性粒细胞与巨噬细胞)的体外调控作用。(A–C) proKPV剂量依赖抑制PMA激活中性粒细胞中MPO、NE及dsDNA(NETs标志)释放;(D) 免疫荧光显示proKPV减少CitH3⁺ NETosis面积;(E, F) proKPV降低中性粒细胞内ROS水平(荧光定量与图像);(G) Transwell实验证实proKPV抑制中性粒细胞迁移;(H, I) proKPV抑制巨噬细胞PMA诱导的胞内ROS生成;(J) proKPV减少H₂O₂诱导的巨噬细胞凋亡;(K–M) proKPV较游离KPV更强效抑制LPS激活巨噬细胞的TNF-α、IL-1β、IL-6分泌。 (3)proKPV在结肠炎小鼠体内的结肠靶向富集、组织分布及药代动力学评价 研究证实经口给予Cy5-proKPV后,DSS结肠炎小鼠结肠荧光强度是健康小鼠的2.7倍(炎症区上皮屏障受损促进渗透),且比游离Cy5-KPV高3.8倍(AUC₀₋₂₄h),炎症结肠中滞留>24 h。冰冻切片显示proKPV NPs共定位分布于CK18⁺肠上皮细胞、CD68⁺巨噬细胞及Ly6G⁺中性粒细胞。入血后荧光持续至12 h,证明proKPV可跨越完整肠上皮进入体循环,为远端炎症治疗奠基。 图3. proKPV NPs的黏液穿透能力与结肠炎小鼠体内靶向分布。(A) 多粒子示踪显示proKPV NPs在结肠黏液中的运动轨迹(对比PS NPs);(B) 不同时间尺度下的均方位移(MSD)曲线;(C) proKPV NPs的有效扩散系数(D_eff)显著高于PS NPs;(D) 结肠炎小鼠口服6 h后结肠切片z-stack共聚焦图像:proKPV深达隐窝,游离KPV仅滞留表层;(E) 结肠炎与健康小鼠口服6 h后结肠离体荧光强度对比(左:成像,右:定量);(F, G) 口服后不同时间点结肠(F)与血液(G)中的荧光动力学;(H) 炎症结肠中proKPV的AUC₀₋₂₄h是游离KPV的3.8倍;(I) 结肠冷冻切片显示proKPV富集于绒毛顶端;(J–L) proKPV分别与肠上皮细胞(CK18⁺)、巨噬细胞(CD68⁺)、中性粒细胞(Ly6G⁺)共定位。 (4)proKPV对DSS诱导急性结肠炎小鼠的治疗效果与免疫调节机制 研究证实proKPV(0.5、2.5 mg/kg/d,灌胃7 d)剂量依赖性地阻止体重下降、降低DAI评分、抑制结肠缩短;2.5 mg/kg组黏膜几近恢复正常,杯状细胞与PAS阳性黏液层重建,紧密连接蛋白Occludin/ZO-1表达回升(FITC-dextran通透实验证实屏障功能恢复)。与游离KPV(10倍剂量无效)及临床阳性药5-ASA(50 mg/kg)相比,proKPV抗炎效果更优——结肠组织中TNF-α、IL-1β、IL-6、MPO、MDA、ROS显著下降;Ly6G⁺中性粒细胞浸润与CitH3⁺ NETs减少;促M1→M2巨噬细胞极化(CD206↑)及Treg细胞(Foxp3⁺)扩增,实现炎症消退与组织修复协同。主要脏器无毒性征象。 图4. proKPV对DSS诱导急性结肠炎的治疗效果与机制。(A) 体内治疗时间轴;(B–D) 体重变化(B)、DAI评分(C)、结肠长度(D);(E) 结肠迷你内镜图像:proKPV组溃疡消失、黏膜完整;(F) H&E与PAS染色:proKPV恢复隐窝结构与杯状细胞;(G) 免疫荧光显示proKPV上调紧密连接蛋白CK18、Occludin、ZO-1;(H–M) proKPV显著降低结肠组织TNF-α、IL-1β、IL-6、MPO、MDA、ROS水平;(N) proKPV促进M2巨噬细胞(CD206⁺)与Treg细胞(Foxp3⁺)浸润。 (5)proKPV经口服吸收后对急性肺损伤(ALI)小鼠的肺靶向与治疗作用 研究证实口服Cy5-proKPV在LPS诱导ALI小鼠肺组织有显著荧光聚集(峰值4-12 h),而静脉Cy5-KPV迅速清除。proKPV(2.5、10 mg/kg)口服治疗显著降低BALF中性粒细胞计数及肺组织TNF-α、IL-1β、IL-6、MPO、MDA水平,减轻肺泡出血与炎性浸润,效果优于等量游离KPV,证明SIPPC平台可顺利获得"肠吸收-血循环-炎症归巢"途径治疗胃肠道外炎症疾病。 图5. 口服proKPV对急性肺损伤(ALI)小鼠的治疗作用。(A) ALI模型构建与给药时间轴;(B–G) proKPV降低肺组织TNF-α、IL-1β、IL-6、H₂O₂、MDA、MPO水平;(H, I) BALF中性粒细胞计数显著减少;(J) H&E染色:proKPV减轻肺泡出血与炎性浸润。 (6)SIPPC策略的普适性验证——基于Ac-QAW与IRW多肽的前药构建与疗效 研究证实将另两种抗炎肽Ac-QAW、IRW按相同模块偶联可得proQAW与proIRW NPs(~76-84 nm),同样具ROS响应释放、抑制中性粒细胞ROS/NETosis及迁移能力。在DSS结肠炎模型中,二者(2.5 mg/kg)均显著缓解体重丢失、保存结肠长度、恢复上皮屏障标志蛋白、下调炎症因子与MPO、促进M2巨噬细胞极化,疗效远优于对应游离肽,验证了"SIPPC四组件(PEG + PBE + HCCP + 肽)"设计的广泛适用性。 图6. Ac-QAW与IRW来源SIPPC的设计与体外活性验证。(A) proQAW/proIRW的化学结构;(B, C) proQAW与proIRW NPs的TEM形貌与DLS粒径;(D, E) 两种前药较游离肽更有效抑制中性粒细胞ROS生成;(F) Transwell实验显示两者抑制中性粒细胞迁移;(G, H) 免疫荧光与定量显示两者减少CitH3⁺ NETosis;(I–K) 两种前药降低NETs相关标志物(MPO、NE、dsDNA)释放。 图7. proQAW与proIRW对DSS结肠炎的治疗效果。(A–D) 体重(A)、DAI(B)、结肠长度(C)、脾/肾指数(D);(E) H&E染色显示黏膜结构修复;(F) 免疫荧光证实紧密连接蛋白(CK18、Occludin、ZO-1)恢复;(G–J) 结肠组织炎症因子(TNF-α、IL-1β)与氧化应激指标(MPO、MDA)下降;(K, L) 两种前药均促进M2巨噬细胞(CD206⁺)极化。 本研究顺利获得开发ROS触发自毁的两亲性多肽前药偶联物(SIPPC),成功克服了口服多肽药物的胃肠降解、黏液阻隔及非靶向释放障碍,在IBD及ALI模型中实现低剂量高效治疗。该模块化石墨烯替代策略兼具高肽载量、无需复杂包封工艺与完全自毁代谢的优势。未来临床转化可从以下几方面深化:大动物GLP毒理与药代:需在犬/非人灵长类中确认重复给药的长期安全性、代谢产物排泄途径及种属间PK差异;多肽库拓展:将该偶联策略应用于更多治疗性肽(如GLP-1、胰岛素、抗菌肽),验证其对不同序列/电荷肽的兼容性及必要时调整连接臂;多模态炎症响应:探索双重敏感单元(如ROS + pH / 酶)以进一步提高病灶特异性,或偶联成像探针实现诊疗一体化;规模化与质控:建立前药纳米粒的工业化制备工艺、关键质量属性(粒径、CMC、ROS响应阈值)及稳定性标准;其他炎症适应证:拓展至克罗恩病、类风湿性关节炎、银屑病等ROS高表达系统性疾病,评估跨黏膜(如肺吸入/SIPPC静脉注射)版本的潜力。
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