纳米给药系统在支气管哮喘治疗中应用的研究进展

刘媛，于艳艳

连云港市妇幼保健院儿童呼吸科，江苏连云港222000

支气管哮喘是一种由遗传、环境、心理等多种因素诱发的气道慢性炎症，临床表现为反复出现呼吸急促、喘息、咳嗽、胸闷等，如治疗不及时可能会造成死亡，而规范化治疗可使接近80% 的支气管哮喘患者病情得到良好控制［1］。糖皮质激素因其有效的抗炎作用成为目前治疗支气管哮喘的首选药物，其给药途径包括吸入、口服和静脉滴注等。但长期应用糖皮质激素可出现明显的甚至不可逆的不良反应，还有部分患者因对激素不敏感而出现糖皮质激素抵抗现象。纳米药物可以通过递送在肺中实现有效蓄积，基于纳米技术的药物给药系统在肺部疾病的诊断、预防和治疗中具有广阔的应用前景［2］。与传统药物给药方法相比，纳米载体具有延长血液循环时间、提高载药量、降低细胞毒性及免疫原性等优势。研究显示，纳米给药系统能携带药物靶向肺组织，尤其经表面修饰后，可显著提高药物的肺靶向递送效率［3］。在支气管哮喘的诊断与治疗过程中，纳米技术也被广泛应用。针对支气管哮喘病理环境及作用靶点，设计更有针对性的纳米给药系统，是目前支气管哮喘治疗中的研究热点。本文就纳米给药系统在支气管哮喘治疗中的应用综述如下。

1 聚合物纳米粒

聚合物纳米粒凭借其高度的结构完整性，保证了药物的稳定性、高载药量和有效的缓释作用。其中，由天然聚合物如明胶或白蛋白等制备的纳米粒因毒性小、无免疫原性、低成本和易于放大生产，受到了较多的关注。聚合物纳米材料包括以聚氰基丙烯酸烷基酯（PACA）等为载体的单体聚合物纳米粒，以聚乙二醇—聚乳酸—羟基乙酸共聚物（PEGPLGA）等为载体的两亲性嵌段共聚物形成的纳米粒，以聚甲基丙烯酸（PMAA）为载体的接枝共聚物胶束化纳米粒和树枝状聚合物形成的纳米粒等。

OYARZUN-AMPUERO 等［4］通过离子凝胶技术制备了由壳聚糖（CS）和透明质酸（HA）组成的含有大分子药物肝素的黏膜黏附纳米载体，发现加载荧光肝素的CS-HA 纳米粒子可被大鼠肥大细胞有效内化。NASR 等［5］将聚酰胺酸（PAMAM）树状聚合物作为纳米载体评估了难溶性抗支气管哮喘药倍氯米松二丙酸酯（BDP）的肺部递送模型，发现BDP 与PAMAM 树状聚合物复合时可延长药物释放时间。WANG 等［6］制备了负载具有抗炎症和抗血管生成活性的化合物Bavachinin 的PEG5000-PLGA 纳米粒，鉴于Bavachinin 的水溶性低，研究者开发了口服药物纳米递送系统。 负载Bavachinin 的PEG5000-PLGA 纳米粒具有很好的生物相容性，并且对炎症肺组织表现出特定的靶向能力。通过局部和全身细胞因子表达以及T 细胞分化评估，这些纳米粒在小鼠过敏性支气管哮喘模型中显示出非常好的抗支气管哮喘治疗作用。ZHANG 等［7］也将Bavachinin 制备成纳米粒用于构建有效的口服药物递送系统，通过分析血清相关抗体和细胞因子，发现该系统对支气管哮喘阳性组显示出显著的治疗效果；远红外成像结果显示，该系统对病理部位具有良好的靶向富集作用，同时显示出较低的毒性。YOO 等［8］将可完全生物降解的羟基苄醇（HBA）与聚草酸酯（HPOX）结合，制备出一种抗氧化剂聚合物纳米粒，使用支气管哮喘小鼠模型评估了其作为体外和体内炎症性气道疾病治疗剂的潜力。结果显示，气管内施用HPOX纳米颗粒显著减少了炎症细胞的募集和促炎性介质，如白细胞介素4（IL-4）和一氧化氮合酶（iNOS）的表达。由于HPOX 纳米粒与肺部有很好的生物相容性，可显著减少巨噬细胞中活性氧（ROS）和促炎细胞因子的产生。

血管活性肠肽（VIP）是一种由28个氨基酸组成的肽，具有抗炎、松弛气道平滑肌、扩张支气管及血管以及调节免疫的作用，被认为是一种新型的抗支气管哮喘药物。然而，VIP 在吸入给药时会在气道内被酶快速降解，因此药物适用性受到严重限制。为了改善这一缺点，ATHARI 等［9］制备了PLGA 微球，并装载了VIP 作为适用的纳米给药系统。装有VIP 的PLGA 纳米粒直径为（550 ± 50）nm，在对应于支气管肺泡微环境的pH值（约6.5）下，纳米粒在10 h后显示78%的VIP释放，提示PLGA纳米粒可被认为是呼吸系统VIP的潜在有效输送系统。该研究还将VIP 与α 氧化铝纳米颗粒（α-AN）结合并考察其治疗支气管哮喘的效果，发现与单独使用倍氯米松或VIP相比，VIP 结合α-AN 治疗对致敏小鼠嗜酸性粒细胞数量、血清IgE 水平、辅助型T 细胞2（Th2）细胞因子和气道高反应性的降低效果更明显，提示VIP结合α-AN可被视为治疗支气管哮喘的有效纳米药物。

许多中草药的活性成分具有高效、低毒、多靶点等优势，但其存在活性成分水溶性、生物利用度低且在体内非特异性分布等不足，限制了其广泛应用，而中草药成分的纳米给药系统为中草药在支气管哮喘中的应用提供了可能。CHAKRABORTY等［10］将穿心莲内酯（AG）封装在聚合物纳米粒（AGNP）中，并通过口服及肺部给药方法评估了其对小鼠支气管哮喘模型的抗支气管哮喘功效。结果显示，与游离AG治疗相比，AGNP给药后AG生物利用度显著提高，支气管肺泡灌洗液中的细胞数、IL-4、IL-5、IL-13水平以及血清IgE含量均明显降低。该研究提示，中草药制剂使用肺部纳米给药比口服给药具有更好的治疗效果，这或许可以作为中医药治疗支气管哮喘的新方向。

2 脂质体纳米粒

脂质体是由磷脂和胆固醇组成的双分子层囊泡，具有良好的生物相容性，无免疫原性。由于脂质体主要由磷脂组成，而磷脂是肺部的固有成分，所以其具有生物相容性和无局部刺激性等特点。当药物融合至脂质体制剂的脂质双层时，可具有与细菌膜融合的独特能力，从而增加了药物的滞留性和在细胞内的传递性。因此，脂质体是最有潜力的肺部靶向纳米药物递送系统。

HAJOS等［11］将VIP制备成单层纳米脂质体经吹口式通气吸入器雾化，发现喷雾过程中没有多肽的释放，脂质体中VIP 的延迟释放延长了药物有效半衰期并提高了VIP的治疗效果。LI等［12］采用薄膜分散法制备了左旋盐酸特布他林脂质体，通过雾化吸入给药达到持续缓解支气管哮喘的目的。研究显示，在雾化吸入给药4 h 后，脂质体仍然具有缓解支气管哮喘的作用；而未用脂质体包封的药物无法发挥药效。ARAFA 等［13］采用反相蒸发法制备了包裹硫酸沙丁胺醇的脂质体，发现通过该方法制备的脂质体含有大量的水溶性药物。硫酸沙丁胺醇脂质体可以配制成符合美国药典委员会（USP）要求的物理性质的计量吸入器，可以作为靶向递送系统递送至肺部，从而最大化药物递送量、最小化药物清除率，保证了药物的可控递送。该研究还发现，硫酸沙丁胺醇脂质体提供了在肺中沉积和保留水溶性化合物的特点，具有缓解支气管哮喘症状的能力。ELHISSI等［14］通过冷冻干燥法制备了含有硫酸沙丁胺醇和倍氯米松二丙酸酯两种药物的脂质体，显示了生产包括两种抗支气管哮喘药在内的稳定的冻干脂质体的可能性。

3 固体脂质纳米粒

固体脂质纳米粒是由生理脂质（主要是甘油三酯和磷脂）制备的纳米级水悬浮液，是以毒性低、生物相容性好、生物可降解的固态天然或合成的类脂为载体，将药物吸附或包裹于脂质膜中制成的新一代纳米粒给药系统。固体脂质纳米粒通常使用高压均质法或微乳技术制备，将药物包裹于类脂基质中，具有物理稳定性更好、缓释和容易放大等优点。

XIANG 等［15］开发了一种新型的固体脂质纳米颗粒，用于通过静脉内给药在肺部靶向递送醋酸地塞米松。制备得到的脂质体粒径为（552.0 ± 6.5）nm，载药量为8.79% ± 0.04%，包封率为92.10% ±0.41%，提示固体脂质纳米粒可能成为地塞米松等亲脂性药物的靶向肺的药物载体。WANG 等［16］用溶剂注入法制备姜黄素固体脂质纳米颗粒（Curcumin-SLNs），发现使用Curcumin-SLNs 后肺和肝中的药物浓度明显增加。在卵白蛋白诱发的支气管哮喘动物模型中，Curcumin-SLNs与对照组比较可有效抑制气道高反应性和炎性细胞浸润，并抑制支气管肺泡灌洗液中T-helper-2型细胞因子（如IL-4和IL-13）的表达，提示Curcumin-SLNs可能成为支气管哮喘治疗的候选药物。槲皮素是具有抗菌、抗炎活性的黄酮醇类化合物，在植物界分布广泛。SILVA等［17］通过热溶剂扩散法制备了包载槲皮素的固体脂质微粒（MGTL）并使用多路径颗粒沉积模型评估吸入颗粒的区域沉积。结果显示，MGTL主要沉积在气管、支气管和肺部区域，大部分MGBL可到达肺部较深区域。CHIRAZ等［18］成功开发了倍氯米松二丙酸酯（BDP）的脂质纳米颗粒（LN），发现其截留效率值可达99%，LN 可以有效雾化产生适合BDP 深肺递送的合适粒径的气雾剂。提示LN 可成为BDP 的雾化载体，从而为通过雾化实现亲脂性药物靶向递送创造了条件。

4 主动靶向纳米粒

主动靶向纳米粒是指在纳米粒表面连接能够与靶蛋白结合的糖残基、抗体、激素和受体配体等，使纳米粒到达特定的靶器官、靶组织和细胞系后，释放药物而发挥药效。主动靶向给药系统可以选择性地将药物传递到靶部位，可减少对正常组织或细胞的毒性、减少给药剂量和次数、提高药物的生物利用度，是目前药物研发的热点。

由于B 淋巴细胞瘤2（Bcl-2）蛋白在炎症细胞的线粒体外膜上高表达，TIAN 等［19］合成了一种pH 敏感的纳米Bcl-2抑制剂（Nf-ABT-199），该抑制剂可将ABT-199 特异性地递送至支气管炎性细胞的线粒体。研究者发现，将ABT-199 纳米型药物通过气道给药方式给予支气管哮喘动物模型，这些药物可通过静电作用靶向于线粒体，增强对Bcl-2 蛋白的抑制，促进炎症细胞凋亡，进而有效抑制气道炎症与气道高反应性。CHEN 等［20］将抗表皮生长因子受体（EGFR）的单链抗体（scFv）修饰到铁蛋白重链亚基（FTH1）的N 端，成功构建Anti EGFR scFv∶∶FTH1/FTH1 纳米粒子，并且研究了该纳米粒子对屋尘螨（HMD）激发的支气管哮喘小鼠模型的治疗效果。结果显示，Anti EGFR scFv∶∶FTH1/FTH1 纳米粒子对于HDM 造模支气管哮喘小鼠的胶原纤维沉积纤维化症状有很好的抑制作用，其治疗支气管哮喘的关键在于Anti EGFR scFv。该研究为单链抗体修饰笼状蛋白提供了方法和策略，为支气管哮喘的靶向治疗提供了一种新的材料。HALWANI等［21］制备出新型白细胞介素4受体抗体（抗IL4Rα）纳米颗粒，并考察了该纳米颗粒的生物相容性和对卵白蛋白致敏小鼠的肺部炎症的鼻内治疗控制能力。结果显示，与用游离抗IL4Rα抗体治疗相比，使用抗IL4Rα偶联的纳米颗粒显著降低了BALF和气道肺组织中促炎性细胞因子的表达和释放。抗IL4Rα 纳米颗粒可使肺组织中的CD4+和CD8+T 淋巴细胞失活，肺组织淋巴细胞、中性粒细胞和嗜酸性粒细胞的数量也相应减少。

5 纳米粒介导的基因治疗

基因疗法的局部气雾剂递送是对肺癌、囊性纤维化、慢性阻塞性肺疾病及支气管哮喘等肺部疾病的有效治疗方法，并已成为医学领域研究的的热点。KONG 等［22］发现，用壳聚糖干扰素γ（IFN-γ）质粒DNA 纳米颗粒（CIN）处理可导致IFN-γ 的原位生成并降低炎症和气道反应性。在体外培养条件下，CIN 可减少卵清蛋白（OVA）特异性CD8+T淋巴细胞亚群中IFN-γ 的产生，还可导致促炎性CD8+T 淋巴细胞减少，同时降低树突状细胞的数量和抗原呈递活性。研究者推测CIN 治疗过敏性支气管哮喘的机制可能与Th1/Th2 免疫调节有关。此外，DA SILVA等［23］制备了单剂量表达质粒胸腺素的纳米粒，其具有独特的穿透气道黏液屏障的能力。研究者在过敏性支气管哮喘小鼠气管内使用单剂量表达胸腺素质粒的纳米粒进行治疗20 d，发现小鼠支气管哮喘肺中的关键病理特征（慢性炎症、肺纤维化）均已正常化，证明了气管内表达胸腺素质粒的纳米粒对过敏性支气管哮喘的预防作用。KEIL等［24］优化了由聚乙烯亚胺（PEI）和核酸在惰性赋形剂中形成的喷雾干燥多聚体，以产生具有适当空气动力学直径的纳米包埋微粒（NEM）粉末。该研究结果显示，喷雾干燥后NEM 可以保留生物活性和核酸完整性，含有核酸的喷雾干燥NEM制剂具有目前吸入疗法已知的最佳性能。基因疗法作为一种新兴的治疗手段，相信在日后的发展将会日渐成熟。

6 吸入干粉纳米粒

吸入药物对于支气管哮喘的治疗至关重要，干粉吸入器（DPI）在近年来得到广泛的应用。局部给药对支气管哮喘治疗具有明显优势，纳米技术可用于提高药物的输送效率。研究显示，吸入干粉纳米粒可以改善药物的递送效率并增强其肺通透性。BHAVNA 等［25］制备了纳米硫酸沙丁胺醇DPI，使用99mTc 对纳米粒进行放射性标记并评估其其生物利用度。结果显示，与微粉化的沙丁胺醇硫酸盐混合物相比，纳米硫酸沙丁胺醇DPI 的显示出更高的可吸入分数。ALI 等［26］开发了基于纳米级丙酸氟替卡松的DPI 制剂，并使用药理显像技术评估其体外和体内肺部沉积。结果显示，纳米级丙酸氟替卡松DPI 可能对有毒和刺激性气体吸入具有潜在的预防和治疗作用。HU 等［27］通过液体抗溶剂沉淀法成功制备了色甘草酸钠纳米颗粒，并通过喷雾干燥法将其快速团聚成多孔球形微粒。该研究所生产的包载色甘草酸钠的微米级球形附聚物，可用来提高DPI的气溶胶性能。

7 纳米粒疫苗

纳米粒疫苗含有特定的、有针对性的可诱导支气管哮喘的抗原，在预防屋尘螨引起的过敏中起着重要作用，其可刺激全身性抗原特异性免疫反应，是一种很有前途的疫苗系统。SALEM 等［28］开发了一种基于胞嘧啶磷酸鸟嘌呤基序（CpG）佐剂的纳米粒疫苗来治疗尘螨过敏性支气管哮喘，显示出良好的治疗效果。研究者制备了带有抗原和佐剂的PLGA颗粒，研究了PLGA 颗粒大小及CpG 的存在与免疫反应程度和类型之间的关系。结果显示，屋尘螨抗原Der p2暴露后，随着疫苗粒的减小，气道高反应性和肺嗜酸性粒细胞积累减少，同时伴随着Der p2 特异性抗体IgG2a的分泌增加，较小尺寸的PLGA 颗粒疫苗与CpG 的组合使用可以显著缓解屋尘螨过敏原引起的支气管哮喘反应。LUO 等［29］将泛素E3 连接酶（A20）和OVA 封装到PLGA 中开发了纳米疫苗PLGA-OVA+A20，发现PLGA-OVA+A20 纳米疫苗可通过抑制Th2炎症反应来抑制过敏性支气管哮喘小鼠的支气管哮喘反应，从而促进气道组织中调节性T细胞（Treg）的生成；通过显著促进Treg细胞和IL-10的产生，该纳米疫苗对支气管哮喘小鼠的气道过敏反应具有明显的抑制作用。

综上所述，纳米载体可以包封治疗支气管哮喘的药物，并以更特异和可控的方式释药，有助于发挥药物和载体的协同作用。纳米给药系统如聚合物纳米粒、脂质体纳米粒、固体脂质纳米粒、主动靶向纳米粒等可通过一定的纳米技术应用于支气管哮喘的治疗，提高药物的肺靶向递送效率。采用纳米给药系统治疗支气管哮喘具有较大的潜力，但仍需进一步研究其临床应用上的安全性和有效性。