文獻分享 | 克服肽類口服遞送連續吸收障礙——牛奶外泌體-脂質體雜合囊泡

最新統計數據表明中國的糖尿病患者已超1.46億，且二型糖尿病的發病率仍在逐年遞增。用于治療糖尿病的蛋白多肽類藥物由于其親水性、大分子性和生物活性的特點，通常必須通過注射給藥。然而，患者依從性差以及長期給藥可能帶來的潛在疼痛和感染風險也不容忽視。由于強酸和蛋白酶環境下的降解，黏液層的捕獲，小腸上皮細胞的不相容特性以及“入胞容易出胞難”的低效率基底側胞吐等多重胃腸道屏障，開發蛋白多肽藥物口服遞送系統仍然是一項艱巨的挑戰。牛奶外泌體（mExos）因其出色的跨上皮屏障能力，已展現出作為蛋白和多肽類藥物口服遞送載體的巨大潛力。然而，天然mExos載體在口服遞送過程中仍然面臨著諸如黏液層的穿越能力有限、藥物包封效率較低以及膜蛋白在胃腸道環境中的穩定性較差的挑戰。這些問題阻礙了天然mExos在口服多肽遞送領域的進一步應用。

2024-10-24 14:09:47AVT96

基于上述背景，2024年8月5日，沈陽藥科大學藥學院唐星/茍靖欣團隊在納米材料領域Top期刊ACS Nano在線發表了題為“Milk Exosome?Liposome Hybrid Vesicles with Self-Adapting Surface Properties Overcome the Sequential Absorption Barriers for Oral Delivery of Peptides”的最新研究。論文第一作者是博士研究生肖佩夫和王翰洵，通訊作者為唐星教授和茍靖欣副教授。在該研究中，課題組通過將新型功能化脂質體與天然mExos融合，設計了一種具有自適應表面特性的新型雜化囊泡（mExos@DSPE-Hyd-PMPC）。雜化囊泡有效克服了天然mExos的局限性和口服蛋白遞送的多重屏障，充分釋放其在口服多肽遞送中的潛力。

圖1. 具有表面性質自適應能力的牛奶外泌體—脂質體雜化囊泡的制備流程（A）與遞送效果（B）

表面性質自適應雜化囊泡的制備與表征

兩性離子材料攜帶等量正負電荷，可通過離子溶劑化效應在材料表面形成超強水化層，表現出比聚乙二醇材料更優異的親水能力和抗蛋白吸附能力。使用兩性離子材料對天然mExos進行表面功能化修飾有望提升其黏液穿透能力和表面膜蛋白胃腸道穩定能力。考慮到強親水層帶來潛在的后續攝取損失，本研究合成了一種pH響應型兩性離子材料，使得雜化囊泡在空腸微環境實現表面特性轉變。通過在高度親水的兩性離子聚合物（PMPC）和磷脂（DSPE，AVT提供）之間引入pH敏感的腙鍵（Hyd），并利用空腸表面的pH微環境，實現mExos@DSPE-Hyd-PMPC的表面性質轉變。

在提取純化得到天然mExos后，采用經典的薄膜水化——擠出工藝，基于磷脂雙分子層的膜流動和融合特性制備雜化囊泡。由于脂質體部分的引入，雜化囊泡提升了天然mExos對索馬魯肽（SET）的包封率2.4倍（圖2）。由于兩性離子材料的引入，雜化囊泡的親水層抵御胰蛋白酶的能力增強，進一步提高了天然mExos的腸道穩定性。同時，通過粒徑、電位和表面親疏性測定等多組實驗證實了mExos@DSPE-Hyd-PMPC具有靈敏的pH響應能力，可在弱酸性條件下將兩性離子層脫落，實現表面性質智能調控（圖3）。

圖2. 雜化囊泡的制備與表征

圖3. 雜化囊泡mExos@DSPE-Hyd-PMPC的表面性質自適應能力評價

體外機制研究與體內遞送評價

在到達空腸上皮細胞表面后，雜化囊泡表面親水層智能響應脫落。在體外模擬的Caco-2和E12細胞系中證實了雜化囊泡在兩性離子層脫落后，其表面的腙鍵形成正電荷和外泌體膜蛋白協同顯著增強了上皮細胞的胞吞量。雜化囊泡的正電荷表面通過“開關效應”增強了天然mExos的溶酶體逃逸能力和內質網—高爾基體途徑胞吐轉運能力。綜上所述，不同囊泡的跨上皮細胞轉運機制研究結果表明，mExos@DSPE-Hyd-PMPC雜化囊泡具有“易進易出”的特點，可以更有效地實現跨上皮細胞轉運。

此外，評估了不同囊泡在體內的實際生物利用度和藥效學效應。血漿藥物濃度測試顯示，口服組中mExos@DSPE-Hyd-PMPC的生物利用度最高（8.7%），是mExos組的2.0倍。日間藥理學實驗表明，mExos@DSPE-Hyd-PMPC雜化囊泡在口服給藥后表現出顯著的降血糖效果，其藥理學利用率高于其他口服囊泡，血糖控制效果與皮下注射組更接近。此外，在長期給藥6周后，mExos@DSPE-Hyd-PMPC組在改善血脂水平、降低糖化血紅蛋白A1c（HbA1c）方面表現最佳，顯示出對糖尿病相關并發癥風險的降低作用。同時，該組制劑顯著促進了胰島β細胞的恢復和胰島素的分泌，表明其對胰島功能的恢復具有正向調節功能（圖4）。