基于纳米颗粒递送系统治疗脓毒症的研究进展

茆健 袁响

【摘要】 脓毒症是当今全球治疗最棘手的危重症之一。早期、足量使用敏感抗生素及升压、补液等对症治疗是当前指南推荐的主流治疗方式。然而因脓毒症本身的复杂病理生理机制与日益增长的抗生素耐药性，脓毒症病死率仍高达30%～50%。纳米药物递送技术的快速发展为脓毒症治疗带来新的曙光。文章综述了当今研究的几类主要的纳米颗粒，以及这些纳米颗粒治疗脓毒症的最新进展。

【关键词】 脓毒症 纳米颗粒 药物递送

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

脓毒症是一种由感染引起的全身炎症反应综合征（systemic inflammatory response syndrome，SIRS），是世界上死亡率最高的疾病之一[1]，膿毒症每年发病率高达25%～30%[2]，每年新增脓毒症患者约2 000万人，病死率高达26%[3]。脓毒症的预后与能否早期诊断与治疗息息相关。当前脓毒症的主要治疗方式为：（1）早期使用抗生素；（2）发病1～6 h使用升压药物；（3）积极肠内营养；（4）肺通气支持治疗；

（5）液体复苏等。其中最能决定预后的是能否早期使用抗生素[4]。在抗生素选择上，临床上常规先进行血培养明确感染菌种，选择敏感抗生素。由于血培养通常需72 h且常常伴随着假阴性的可能[5]。国内指南强推荐优先经验性使用广谱抗生素，在保证广谱抗生素使用不受影响的前提下，再进行血培养[6]。广谱抗生素早期使用提高了脓毒症患者的总体生存率，然而因其特异性较弱，不能更针对性地清除细菌，临床上往往达不到理想的抗菌疗效，甚至加重细菌的耐药性[7]，亟需新的治疗思路。

纳米颗粒是一类有机、无机或杂化的纳米材料，最常见的纳米颗粒包括金属纳米颗粒、聚合物纳米颗粒、脂质纳米颗粒等，因制备方式不同呈现出不同的形态，如纳米花、纳米棒、纳米球等[8-9]。近年来，纳米颗粒被广泛应用于药物递送研究，将药物搭载到纳米颗粒表面或封装至纳米颗粒内运送到靶组织、靶细胞发挥治疗作用[10]。利用纳米颗粒递送药物具有实现精准靶向[11]、保护药物不被酶水解或免疫细胞吞噬、延长药物半衰期[12]，减少药物用量、提升药物利用度及减少药物不良反应等诸多优势[13]。在脓毒症治疗方面，利用纳米颗粒进行药物递送，在脓毒症动物模型中显示出良好的疗效[14]。一些金属纳米颗粒和经过设计的聚合物纳米颗粒具备抗菌和抗炎特性，可清除血液中细菌并通过吸附内毒素、与炎症细胞因子相结合等机制降低免疫因子风暴对机体影响[15]。本文综述近几年来利用纳米颗粒递送系统治疗脓毒症的相关研究，为脓毒症治疗提供新的策略。

1 金属纳米颗粒

金属纳米颗粒包括银、铜、金、铁等纳米颗粒组成。其中金纳米颗粒和银纳米颗粒的潜力最大，因其天然的抗菌作用且与人体相容性较佳[16]。Taratummarat等[17]证明金纳米颗粒可作为辅助治疗剂诱导巨噬细胞对抗炎症反应，在盲肠结扎穿刺的脓毒症小鼠模型中，使用抗生素和金纳米颗粒混合制剂，相较单独使用抗生素组，脓毒症小鼠获得了更长的生存时间。在体外实验中，金纳米颗粒可以减少培养基中大肠杆菌菌落数。此外，金纳米颗粒还展现出降低炎症细胞因子TNF-α、IL-6、IL-1β的作用[17]。银纳米颗粒主要被用作革兰阳性和阴性细菌感染模型的抗菌材料。它与金纳米颗粒一样展现出不引起全身毒性作用的抗菌效果[18]。

在抗细菌感染的研究中常利用金纳米或银纳米颗粒偶联抗菌肽进行递送。抗菌肽是当前克服抗生素耐药性非常好的候选药，抗菌肽通过膜透性表现出抗菌活性，可将疏水残基插入细菌细胞膜之间，破坏细胞膜，达到杀灭耐药菌的目的[19]。由于抗菌肽本身是一种多肽，容易被蛋白酶降解，药代动力学很差，临床应用非常局限[20]，Rai等[21]利用金纳米颗粒偶联一种抗菌肽来测试针对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌和肺炎克雷伯菌的抗菌效果，证明该药剂在破坏细菌细胞膜方面比单纯的游离肽更有效。动物实验也证明该药剂的体内作用，展现出该药剂具有降低盲肠结扎穿刺脓毒症小鼠TNF-α、减少血液细菌浓度的效果。Lee等[14]将一种革兰阴性菌和阳性菌的合成配体修饰的磁性纳米颗粒结合牛全血中的大肠杆菌和内毒素，再通过磁性微流体装置去除与大肠杆菌及内毒素结合的磁性纳米颗粒。在60 mL/h的流量下可达到100%的细菌与内毒素清除率，此装置可用于脓毒症患者血液细菌和内毒素清除。

对抗耐药菌株是一个任重而道远的工程，使用金属纳米颗粒是当前最热的抗耐药菌治疗方式之一。当金属纳米颗粒与细菌相互作用时，它们可以附着在细菌表面，破坏细胞壁的完整性并进入细胞质[22]。此外，金属纳米颗粒可通过在细胞内环境中释放离子，破坏细菌呼吸链机制，进一步增加细菌细胞膜通透性[23]。其还可以诱导氧化应激反应和刺激活性氧的产生，抑制ATP的产生和细菌的DNA复制[23]。Shim等[24]将一种抗菌剂：N-α-月桂酰基-d-精氨酸乙酯盐酸盐涂布于纳米金颗粒表面，相较于直接应用此抗菌剂，利用纳米金颗粒作为载体表现出更好的抗菌效果。2016年脓毒症和脓毒性休克管理国际指南建议尽快使用碳青霉烯类抗生素和超广谱β-内酰胺酶抑制剂组合治疗脓毒症[25]，尽管碳青霉烯类药物具有广谱抗菌活性和良好的安全性，但是其需要高剂量给药与易导致的细菌耐药使它的临床应用受到一定的局限。Shaker等[26]将碳青霉烯类抗生素搭载至纳米金颗粒上，其最小抑菌浓度可降低数倍，不仅提高了碳青霉烯类药物的活性，而且避免细菌耐药性的增加。在Kang等[27]将甘露糖结合凝集素和修饰后的氧化铁纳米磁珠相结合，通过一种新型磁分选装置，用于脓毒症大鼠模型体外血液净化。该磁珠系统可广泛捕获的病原体和毒素，且不会激活补体因子。利用磁场从血液中分离与磁珠结合的病原体和毒素。这套磁珠系统可有效去除多种革兰阴性菌、革兰阳性菌和内毒素，进而提高脓毒症大鼠的生存率[27]。

2 聚合物纳米颗粒

聚合物纳米颗粒药物递送系统同样具有良好的生物降解性和生物相容性。聚合物纳米颗粒可做到药物的特异性靶向、药物分子保护、药物浓度分布控释和表面功能化[28]。Yu等[29]通过将线粒体靶向的二氧化铈（CeO2）纳米颗粒与阿托伐他汀相结合来治疗脓毒症导致的急性肾损伤，他们设计了活性氧响应性纳米药物递送系统。利用改良后的活性氧响应性有机聚合物涂层包裹纳米颗粒可显著提高原先纳米颗粒的生物相容性，同时延长其在血液中的半衰期[29]。负载阿托伐他汀可以帮助减少纳米颗粒的剂量，增加其治疗效果[29]。可使炎性细胞因子IL-6和TNF-α表达降低，证实了该纳米药剂具有减弱的炎症反应的作用[29]。与此同时，细胞凋亡率也显著降低，证实了该纳米药剂具有保护组织的作用。CeO2纳米颗粒可通过三苯基膦修饰有效消除过量的活性氧，增強抗炎作用[29]。

Yang等[30]通过使用广谱氟喹诺酮类抗生素、司帕沙星和免疫抑制剂他克莫司来控制细菌感染的炎症反应。将上述药物加载到聚乳酸-羟基乙酸聚合物纳米颗粒中，并用γ3肽将纳米颗粒表面功能化：通过与细胞间黏附分子-1结合来靶向炎症部位[30]，该系统具有出色的广谱抗菌活性，可以有效减少急性肺部感染小鼠的炎症和免疫反应[30]。与用游离抗生素治疗组相比，将抗生素加载到聚合物纳米颗粒治疗组显著抑制了细菌增殖，降低了TNF-α与IL-6的表达[30]。

3 脂质纳米颗粒

基于脂质的纳米制剂有很多种，例如纳米乳液、脂质体和固体脂质纳米颗粒等，它们经常用于转运抗生素治疗脓毒症。脂质纳米颗粒有助于将药物递送到靶细胞，因为它们可以与靶细胞膜顺利合并（内吞作用），然后将搭载的抗生素直接释放到靶细胞细胞质[31]。作为载体，脂质纳米颗粒可以延长循环时间，加速细胞摄取，对抗细菌耐药性[31]。脂质纳米载体（如纳米结构脂质载体和纳米乳液）相对于其他聚合纳米颗粒具有更低的细胞毒性，因而它们更加适合作为药物载体系统[32]。除了作为药物载体，脂质纳米颗粒还可以搭载、释放mRNA和siRNA[33]。Hou等[34]的研究希望能够在体内表达巨噬细胞中的两种物质：抗菌肽和组织蛋白酶-B，二者都是抗菌利器。他们利用维生素C纳米颗粒转染抗菌肽和组织蛋白酶-B的mRNA构建溶酶体。在溶酶体中过继转移含有与组织蛋白酶B连接的抗菌肽的巨噬细胞。动物实验结果显示：在腹腔注射和静脉注射治疗组中，血液菌落数都显著下降。且治疗组显示出比无治疗组更高的存活率并伴有小鼠体重的增加。此外，维生素C纳米颗粒搭载的抗菌肽和组织蛋白酶B可在巨噬细胞溶酶体中积累，从而杀灭耐药菌，延长脓毒症小鼠生存期。

4 总结与展望

脓毒症是一种SIRS，具有高死亡率和高发病率的特点。目前，早期足量使用抗生素是脓毒症治疗的关键，但由于血培养的时间长和假阴性结果的存在及细菌耐药性不断增强，脓毒症的治疗陷入困境[4]。因此，寻求新的治疗方案势在必行。近年来，纳米技术的突破为脓毒症治疗提供了新思路。利用纳米颗粒递送系统可以实现药物的精准靶向、保护药物、减少药物不良反应，并且具备良好的生物降解性和稳定性[35]。一些研究已经展示纳米颗粒药剂在脓毒症动物模型中良好的治疗效果。特别是金纳米颗粒和银纳米颗粒，它们本身具有抗菌作用且与人体相容性较好。金纳米颗粒和银纳米颗粒可以附着在细菌表面，破坏细菌细胞壁，并通过诱导氧化应激反应等机制杀灭细菌。此外，将抗菌肽与金纳米颗粒结合可以增强其抗菌活性。这些研究表明利用纳米颗粒递送系统是一种具有潜力的脓毒症治疗新策略。

然而，纳米颗粒在人体应用中也存在潜在的不良影响：（1）纳米颗粒本身的长期组织蓄积作用，可能造成未知影响；（2）免疫介导的排异反应，当纳米颗粒进入机体内，引起免疫排斥，会加速纳米颗粒的清除；（3）免疫毒性反应，纳米颗粒可能会损害免疫系统并引起各脏器的病理变化[36]。因此，在纳米颗粒的应用过程中需充分考虑其安全性和毒性影响，并进行充分的评估和监测。

综上所述，利用纳米颗粒递送系统治疗脓毒症具有巨大的潜力，但仍需要进一步的研究和临床试验验证其安全性和疗效。未来的研究可以进一步探索不同材质纳米颗粒的应用，优化递送系统的设计，并结合其他治疗方法，以期提供更有效和安全的脓毒症治疗策略。

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（收稿日期：2023-09-11） （本文編辑：白雅茹）