不同药物载体靶向治疗动脉粥样硬化

Different Drug Carriers Targeted for Atherosclerosis Treatment

摘要: 动脉粥样硬化是一种慢性进行性炎症性血管疾病，是许多心脑血管疾病发展的重要病理基础。传统的药物治疗和介入或手术治疗效果不佳，且有严重的并发症。尽管已经研究了多种抗动脉粥样硬化的靶物质，但如何将这些物质准确地递送到受损的血管内皮并保持其生物活性是一个重大挑战。最近的研究表明，合适的载体可以更好地解决这些问题，从而提供更安全，更有效和更具成本效益的治疗策略。

Abstract: Atherosclerosis is a chronic progressive inflammatory vascular disease that is an important pathological basis for the development of many cardiovascular diseases. Traditional pharmacological treatments and interventional or surgical treatments are ineffective and have serious complications. Although a variety of anti-atherosclerotic target substances have been investigated, it is a major challenge to accurately deliver these substances to the damaged vascular endothelium and to maintain their biological activity. Recent studies have shown that suitable carriers can better address these issues, thus providing safer, more effective and cost-efficient therapeutic strategies.

1. 引言

动脉粥样硬化是心血管疾病(CVD)的主要危险因素，是世界范围内主要的死亡原因。动脉粥样硬化是由内皮细胞激活引发的一系列事件(脂质、纤维成分积聚和钙化)引发的血管狭窄和炎症通路的激活[1] [2]。沿着这些过程产生的动脉粥样硬化斑块会导致心血管并发症。例如，中风和缺血性心肌病是其常见的并发症之一，在全球范围内发病率和死亡率都很高[3]-[5]。目前治疗动脉粥样硬化的策略仍然是基于口服调脂和抗血小板药物(如他汀类药物、阿司匹林、氯吡格雷) [6] [7]，但这些药物往往有毒副作用，介入或手术治疗的长期效果往往不理想。近年来，靶向治疗动脉粥样硬化已经成为一种潜在的治疗方式。例如，Lovren Fina等人，发现VSMC特异性microRNA-145的过表达限制了动脉粥样硬化稳定性和斑块破裂的形态和细胞组成，是体内治疗动脉粥样硬化的新靶点[8]。然而尽管许多靶向治疗动脉粥样硬化的方法已经被研究出来，但在临床上仍然很少使用，其中一个主要原因是缺乏合适的载体来传递药物或生物分子。最近，我们发现许多新载体的发现为解决这一吸引力问题提供了可能性。本文综述了动脉粥样硬化的治疗现状，并讨论了不同载体在靶向动脉粥样硬化治疗中的作用和不足。

2. 目前动脉粥样硬化的常规治疗策略及其局限性

目前动脉粥样硬化的治疗主要依靠他汀类药物和抗血小板药物的调脂作用来预防血栓栓塞。此外，冠状动脉、主动脉、肾动脉和四肢动脉可以通过介入或外科手术进行治疗(例如，经皮腔内球囊扩张、支架置入、搭桥术)。尽管事实上大量他汀类药物已被证明可以显着降低心血管发病率和死亡率，同时降低血清胆固醇[9]，但是它可能会受到药物间相互作用的影响，从而增加其全身暴露并增加他汀类药物相关肌肉症状的风险，与肌肉相关的不良事件包括痉挛、肌肉疼痛、虚弱、免疫介导的坏死性肌病，以及更罕见的横纹肌溶解症[10] [11]。此外，他汀类药物在体内可引起肝损伤、肝坏死、肾损伤[12]-[14]。长期使用抗血小板药物易出现胃肠道症状、出血等不良反应[15]。另外，介入手术对于患有严重动脉粥样硬化的患者来说也不是完美的解决方案。相当一部分接受PCI治疗的患者可能会在植入后出现晚期或非常晚期的并发症，如再狭窄、新的动脉粥样硬化和/或支架内血栓形成。此类并发症具有临床意义，因为它们可能导致急性心肌梗死并对结果产生负面影响[16]。

3. 不同类型的载体及其可行性

3.1. 巨噬细胞及其复合物

动脉粥样硬化的发生和进展取决于血管壁的局部炎症和脂质堆积。尽管许多细胞参与动脉粥样硬化的发生和进展，但巨噬细胞是主要贡献者。血管壁内巨噬细胞的聚集是动脉粥样硬化的标志。在动脉粥样硬化病变中，巨噬细胞对各种环境刺激做出反应，例如修饰的脂质、细胞因子和衰老的红细胞，这些刺激可以改变其功能表型[17] [18]。考虑到动脉粥样硬化的病理特征，即斑块形成和进展过程中大量巨噬细胞的募集[19] [20]，这使得巨噬细胞作为载体在动脉粥样硬化的靶向治疗中具有巨大的潜力。槲皮素(QT)在动脉粥样硬化的靶向治疗中表现出显着的活性。通过调节动脉粥样硬化炎症和粘附分子的表达来预防和治疗动脉粥样硬化TLR-NF-κB信号通路[21]。高成等人。将QT装入脂质体中，以内源性巨噬细胞作为药物转运细胞，用β-环糊精(β-CD)衍生物修饰其细胞膜，形成β-CD修饰巨噬细胞(CD-MP)。金刚烷(ADA)修饰的槲皮素(QT)脂质体(QT-NP)可以通过β-CD与ADA的主客体相互作用与CD-MP结合，形成巨噬细胞–脂质体缀合物(MP-QT-NP)。实验结果表明，除了QT的抗炎作用外，该复合物还能有效逆转小鼠主动脉和人颈动脉的动脉粥样硬化斑块[22]。王毅等基于巨噬细胞“归巢”至动脉粥样硬化病变和细胞膜涂层，通过在负载雷帕霉素的聚乳酸–羟基乙酸共聚物(PLGA)纳米粒子(RAPNPs)表面上涂覆巨噬细胞膜(MM)制备生物纳米颗粒(MM/RAPNPs)纳米技术。随后，对MM/RAPNP的物理性质进行了表征，MM/RAPNPs的生物相容性和生物学功能在体外测定。最后，在动脉粥样硬化小鼠模型中检查了MM/RAPNP的靶向性、治疗效果和安全性。结果表明MM/RAPNPs具有良好的生物相容性。由于MM封装层的存在，纳米颗粒可以有效抑制巨噬细胞的吞噬作用，并在体外靶向激活内皮细胞。此外，MM涂层纳米颗粒可以有效地靶向并在体内的动脉粥样硬化病变中积累。治疗4周后，MM/RAPNPs被证明可以显着减缓动脉粥样硬化的进展。此外，MM/RAPNPs在长期使用后表现出良好的安全性[23]。高成等人报道了一种仿生药物输送系统，该系统由包裹纳米颗粒[NP]的巨噬细胞膜组成。巨噬细胞膜不仅避免了纳米粒子从网状内皮系统中清除，而且还使得纳米粒子进入炎症组织，其中巨噬细胞膜分离促炎细胞因子以抑制局部炎症。仿生递送系统药物治疗和炎症细胞因子分离的协同作用提高了动脉粥样硬化的治疗效果，并且可能具有高靶向性，效率高，其生物相容性也在体内得到了证实[24]。虽然巨噬细胞的仿生靶向在心血管系统中的应用前景广阔，但无论其是否能够进行高负荷运输和对其他系统是否有影响还不是特别清楚，需要进一步的实验来验证。

3.2. 中性粒细胞及其复合物

中性粒细胞是具有不寻常生物特性的免疫细胞，可提供强大的抗菌特性。这些细胞吞噬并随后非常有效地杀死原核生物和真核生物。重要的是，赋予中性粒细胞抗菌能力的不仅仅是它们攻击细胞内微生物的能力。它们可以将效应器释放到它们所在的细胞外空间，以进一步发挥相关作用。即使在死亡后，它们的杀伤机制仍然存在并保持功能[25]。多年来，T淋巴细胞、肥大细胞和树突状细胞等免疫细胞对动脉粥样硬化的贡献已被牢固确立[26] [27]。然而，作为循环中最丰富的白细胞，中性粒细胞在动脉粥样硬化的病理生理学中很少受到关注。最近的进展表明中性粒细胞在动脉粥样硬化形成和斑块不稳定中发挥着重要作用。德雷克斯勒·迈克等人研究发现，中性粒细胞减少症小鼠在动脉粥样硬化病变形成的早期而非晚期表现出斑块尺寸减小，流式细胞术进一步表明，中性粒细胞减少小鼠的细胞斑块组成发生了改变，炎症单核细胞和巨噬细胞的数量减少了[28]。安妮·勒克莱尔等人将100个人类颈动脉内膜切除术标本解剖成狭窄斑块(CP)和邻近的简单斑块。一半的CPS出现出血。在出血斑块的条件培养基中还发现了由中性粒细胞特异性释放的高水平的脂质运载蛋白。相应颈动脉标本的免疫组织化学分析表明，中性粒细胞标记物(如弹性蛋白酶、蛋白酶3)与血液成分(即血红蛋白、纤维蛋白原)共定位。所有中性粒细胞脱粒标志物在CP条件培养基中均呈正相关，并且含有斑块内出血的CPS具有较高水平[29]。尽管大量报道证实中性粒细胞参与动脉粥样硬化的形成，但有趣的是，中性粒细胞或与其他物质的复合物仍然可以作为载体并靶向动脉粥样硬化。通过研究中性粒细胞跨内皮募集的机制，动脉粥样硬化斑块中活化的血管内皮细胞过度表达粘附分子，如ICAM-1、E-选择素和P-选择素，这些分子有助于局部粘附并阻断中性粒细胞的作用[30] [31]。此外，斑块微环境中的趋化因子，如CXCL1/KC、CXCL2和CXCL4也过度表达[32]。薛亚楠等人利用中性粒细胞作为阳离子脂质体负载细胞载体来主动靶向动脉粥样硬化部位。基于中性粒细胞的细胞载体具有阳离子脂质体的有效内化性和对动脉粥样硬化炎症细胞趋化反应的敏感性，最终能够在体外将脂质体定向递送至靶细胞。此外，在给动脉粥样硬化动物模型使用中性粒细胞载体后，这些效应转化为中性粒细胞载体在体内积聚到动脉粥样硬化斑块中的显著增加[33]。除了中性粒细胞本身外，其与其他物质的仿生复合物在靶向受损心肌细胞方面也显示出良好的前景。miR-199a已被证明具有促进心肌细胞增殖、减少梗塞面积、改善心功能治疗的潜力[34] [35]。然而，miRNA的递送是一个重大挑战，因为裸露的miRNA会被核酸酶快速降解并被肾脏排泄清除。它们的亲水性、负电荷和高分子量也阻止核酸穿过细胞膜[36]。忻锦霞等人基于上述问题通过将miR-199a-3p电导至小鼠中性粒细胞中，并使载药的中性粒细胞穿过不同孔径的聚碳酸酯膜，制备了粒径均匀的含有miR-199a-3p的中性粒细胞来源的纳米囊泡。载药生物纳米细胞纳米囊泡具有与中性粒细胞靶向受损心肌细胞相关的蛋白质。体外实验表明，载药生物纳米粒具有针对受损心肌细胞的特异性，与miR-199a-3P脂质体相比，载药生物纳米粒具有更好的心肌细胞损伤修复和促血管生成作用。此外，生物纳米粒在脑梗塞小鼠中显示出良好的靶向性。但是该复合物不足之处在于无法更有效地提高药物的载药量，其高昂的成本也可能限制临床推广[37]。心肌梗死微泡作为一种多功能载体，不仅可以载药，而且可以在超声下增强造影剂的对比度，而超声靶向的微泡破坏效应可以诱导药物进入斑块。然而，炎症分子在不同类型的动脉粥样硬化斑块中的表达往往是不同的，使得即使是多靶点的微泡也很难精确地靶向，并且限制了多种类型药物的有效负载，影响了对易损斑块的靶向干预的有效性[38] [39]；令人惊讶的是，中性粒细胞的存在很好地弥补了吸引力的不足。刘芳芳等人开发了一种以中性粒细胞为基础的仿生微泡中性粒细胞复合体。这种复合体结合了中性粒细胞和微囊的共同优势，具有仿生靶向、多药负载、超声示踪和药物传输增强的三重效应[40]。它不仅可用于动脉粥样硬化斑块的非侵入性示踪，还可用于在高剪切力环境下靶向给药以对抗斑块，有望成为一种基于细胞的基因治疗。

3.3. 病毒

在文献报道的动脉粥样硬化发病机制的各种危险因素中，感染因素被认为是致病因素，许多病毒被报道与动脉粥样硬化性疾病有关。病毒感染在动脉粥样硬化形成中的直接和间接影响已有报道。病毒通常通过两种方式刺激这些途径：第一，它们通过感染血管细胞对动脉粥样硬化产生深刻影响，随后刺激血管细胞和内皮细胞的炎症；第二，它们通过感染非血管细胞并随后引发全身炎症而产生间接影响[41]。除此之外，病毒与心肌炎和心肌病均相关[42]，然而，随着近年来的持续研究，与促进心血管疾病密切相关的病毒也可以被用作动脉粥样硬化的靶向治疗的载体。腺病毒是一种高度流行的感染，可在免疫功能低下的患者中引起一系列临床症状[43]。它是一种大的、复杂的无包膜双链DNA二十面体病毒。至少有12种不同的蛋白质组成了病毒颗粒，包括主要和次要的衣壳蛋白、核心蛋白、成熟蛋白酶、终端蛋白和包装机械[44]。基于腺病毒的载体有几个优点：(1) 它们易于以高功能效价生产；(2) 它们具有大的包装尺寸；(3) 它们有效地转导分裂和非分裂细胞。腺病毒是临床试验中最常用的载体[45]。用腺病毒载体[46] [47]靶向肿瘤已取得巨大成功，但腺病毒受体(CAR)在广泛的肿瘤细胞上表达不均匀，并且在肿瘤进展过程中表达下调[48]，这可能是其局限性。然而，靶向CAR在将载体导向心血管系统中的细胞方面可能是一个优势，因为这个系统中的许多细胞都表达CAR [49] [50]。ApoA-I是一种有吸引力的动脉粥样硬化治疗基因候选基因，因为它促进胆固醇外流，减少炎症标志物并影响斑块组成[51] [52]。施瓦茨等人研究复制缺陷、表达促血管生成成纤维细胞生长因子4 (FGF4)的腺病毒血清型HAd-5基因在猪冠状动脉内注射对猪心肌缺血的影响。作者发现，Ad5-FGF4治疗改善了局部诱发的心功能障碍和血流灌注，并持续了至少12周。重要的是，转基因的FGF4蛋白只在心脏中检测到，而在任何心外部位都没有检测到。此外，所有器官的组织学检查没有发现任何异常，在冠状动脉内注射Ad5-FGF4后，血浆样本中仍未检测到FGF4 [53]。罗文–弗林等人。研究了辅助细胞依赖腺病毒(HDAdAd)作为单独载体或表达动脉粥样硬化保护基因[脂蛋白A-I (apoA-I)]的作用。并在实验中发现，与对照第一代腺病毒(FGAd)相比，HDAdd并没有改变动脉内皮细胞(EC)的几个关键生理功能(包括增殖、迁移、凋亡、代谢活性和一氧化氮(NO)的产生)，不刺激促炎途径包括细胞间黏附分子-1 (ICAM-1)，血管细胞黏附分子-1 (VCAM-1)和白介素6 (IL-6)的表达，并且HDAD诱导的载脂蛋白A-I的表达降低了血管细胞黏附分子-1在EC中的表达[54]。除腺病毒外，腺相关病毒由于其非致病性，低免疫原性，稳定性和许多可用的血清型，增加了腺相关病毒作为靶向治疗应用的载体的潜力。腺相关病毒是与人类疾病无关的小佐剂病毒，经过数十年的研究，已成为当今基因治疗中最常用的病毒载体之一，并已在一系列心血管疾病的动物模型中显示出治疗效果[55]-[57]。尽管腺病毒载体在临床试验中已被证明安全，但使用腺病毒进行基因治疗的效果却很差。腺病毒介导的基因治疗的主要障碍是先天免疫系统。通过衣壳成分或核酸进行的细胞介导的病毒识别受到了广泛关注，并且被认为主要受到Toll样受体(TLR)的调节。抗病毒先天免疫反应由受感染的细胞发起，激活干扰素(IFN)反应以阻止病毒复制，同时释放趋化因子以吸引中性粒细胞、单核细胞和自然杀伤细胞。尽管干扰素和细胞募集途径的激活和调节彼此独立，但腺病毒克服免疫逃逸机制需要两者腺相关载体(AAV)在性质上与腺病毒载体相似，但由于其复制和致病性上的一些缺陷而比腺病毒载体更安全。然而，这些载体的主要缺点是载体生产过程的复杂性和转基因颗粒的容量有限(最多4.8 kb) [58]-[60]。

3.4. 纳米材料

纳米材料是指以纳米尺寸(1~100 nm)在三维空间中至少一维空间或以它们为基本单元组成的材料，大约相当于10~1000个原子紧密排列在一起的尺度。由于纳米材料具有细小的颗粒和较大的比表面积，以及它们通过静脉和皮下注射进入体内后与生物分子相互作用的能力[61]，使其在医学上具有巨大的潜力和优势。美国国立卫生研究院(NIH)将纳米医学列为纳米技术的一个分支，指在分子水平上用于治疗疾病或修复受损组织(如骨、肌肉或神经)的高度特定的医学干预[62]。因此，纳米医学似乎具有很大的精细治疗空间，例如特定或靶向治疗。近年来，纳米医学在动脉粥样硬化领域发展迅速，特别是在以纳米材料为载体的靶向治疗动脉粥样硬化方面。在过去的几十年里，miRNAs受到了极大的关注，越来越多的研究强调了miRNAs在动脉粥样硬化的发展和进展中的重要性。最近的研究表明，miRNAs通过调节动脉粥样硬化易感基因和转录后基因表达，在动脉粥样硬化的病理生理学中发挥作用[63]。莱尔–巴尔塔扎尔–希拉姆等人报道了能够同时包裹和传递miRNA-124A和他汀类阿托伐他汀(ATOR)的纳米聚乳酸纳米粒(NPs)的研究进展。这种双重负载的纳米颗粒在广泛的浓度范围内对细胞无毒，并成功地附着在过度表达的VCAM受体上，并以可持续的方式在细胞内释放药物。与miRNA联合应用可显著降低脂多糖激活的巨噬细胞和血管内皮细胞中的促炎细胞因子IL-6、肿瘤坏死因子-α和活性氧化物(ROS)的水平。目前的NPs被证实是一种合适的递送载体，可以同时靶向动脉粥样硬化中的炎性细胞，为结合纳米药物提供了一条有效的途径[64]。艾伦·肖恩·D等人将疏水性小分子NF-κB抑制剂雷公藤红素负载到聚乙二醇-b-聚(丙烯硫醚) (PEG-B-PPS)胶束中。PEG-b-PPS胶束表现出高负载效率、低多分散性，且负载雷公藤红素后无形态变化。与游离雷公藤红素相比，这些纳米载体中的雷公藤红素封装显着降低了细胞毒性，同时扩大了低浓度范围，并有效抑制NF-κB信号传导近50,000倍。此外，含有雷公藤红醇的胶束成功减少了LPS刺激后细胞中TNF-α的分泌，并减少了ldlr-/-小鼠动脉粥样硬化斑块内中性粒细胞和炎性单核细胞的数量。炎症细胞的减少与斑块面积的减少相匹配，这表明含有雷公藤红醇的纳米载体可以用作动脉粥样硬化的抗炎治疗[65]。在之前的研究中，我们发现动脉粥样硬化的发展与CD47上调相关[66]。陈亮等人开发了血小板膜封装的介孔二氧化硅纳米粒子(PMSN)作为药物输送系统，通过输送抗cd47抗体来靶向动脉粥样硬化斑块。在ApoE-/-小鼠建立的动脉粥样硬化模型中，PMSN封装的抗cd47抗体的递送显着促进了斑块中坏死细胞的清除，清除坏死细胞大大缩小了动脉粥样硬化斑块的大小，稳定了斑块，降低了斑块破裂和晚期血栓形成的风险。PMSN封装的抗cd47抗体在治疗动脉粥样硬化方面的疗效已得到证实，有望成为有效治疗动脉粥样硬化的新型靶向给药平台[67]。然而，纳米材料也有一些缺点。其中之一是，纳米材料一旦进入体内，就会遇到极其复杂的生理环境和主动识别并清除体内异物的防御(免疫)系统[68] [69]。因此，纳米材料临床应用的主要障碍之一是大多数纳米材料在到达靶组织之前被网状内皮系统(RES)摄取和去除[70]。此外，纳米材料也会产生毒性。纳米材料的大部分细胞内和体内毒性源于过量活性氧(ROS)的产生。高水平的活性氧表明存在氧化应激，并可通过过氧化脂质、改变蛋白质、破坏DNA、干扰信号传导功能和调节基因转录来损害细胞，最终导致癌症、肾病、神经退行性疾病、心血管或肺部疾病[71]。线粒体是纳米材料(NM)的主要靶细胞器，在其毒性活性中发挥关键作用。迄今为止的多项研究表明，纳米材料会导致线粒体形态、线粒体膜电位、线粒体通透性转换孔(MPTP)打开和线粒体呼吸功能的改变，并促进细胞色素C的释放[72]。

4. 结论和未来方向

由合适载体组成的药物输送系统为动脉粥样硬化的靶向治疗提供了新的思路，但不同载体在动脉粥样硬化临床治疗中的应用仍存在一些重要的局限性和挑战。从治疗角度来看，血管周围往往存在神经、肌肉等组织器官，如果在靶向过程中出现脱靶效应，将会带来严重的不良影响，未来的研究需要进一步实现精准靶向以避免脱靶现象。例如，在巨细胞膜包覆的纳米颗粒的靶向效率方面，是否利用致动脉粥样硬化的炎症及氧化应激因素找到更多的靶点。可以在载体容量方面，需要更多的证据来支持开发具有高容量且与治疗药物具有良好协同作用的载体。在载体安全性和稳定性方面，如何降低载体本身的毒性和免疫原性，减少暴露的生物系统的干扰，提高组织相容性还需要进一步研究，例如，在降低腺病毒载体免疫原性方面，有人提出广泛的基因组和化学衣壳修饰两种策略，这两种策略在许多临床前研究中都显示出有益的效果。例如，范格瑞等人利用可切割的聚乙二醇化β-环糊精–聚乙烯亚胺偶联物(CDPCP)，它在溶液中自发包被腺病毒。这种可切割的涂层降低了腺病毒颗粒的先天性和适应性免疫原性，并改善了它们从肝脏进入肿瘤的生物分布[73] [74]。另外，从载体递送系统生产的角度来看，是否能够低成本批量生产、低损耗长期保存以及在此过程中载体的理化性质和生物活性能否保持稳定，都是关乎载体传递系统应用于动脉粥样硬化临床靶向治疗的关键性的问题。

NOTES

^*第一作者。

^#通讯作者。