ACS Nano|启动肝内吞通路以加速肝胆清除纳米颗粒
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详细介绍

长期肝脏积累是许多纳米药物临床转化的主要障碍,尤其是那些不易生物降解的药物。虽然许多策略如 PEG 化已被开发出来以减少或延缓肝脏对纳米颗粒的吸收,但加速肝脏吸收后消除纳米颗粒的策略很少被报道。本文报告了一种广泛适用的策略,通过启动肝内吞通路,加速肝胆中多种纳米颗粒的消除。受我们发现较小的金纳米颗粒因尺寸依赖内吞通路而天生在肝胆道清除速度更快的启发,我们发现抑制网格蛋白介导的胞吞作用(CME)显著增强了肝细胞和巨噬细胞的纳米颗粒胞吐作用。机制上,我们发现 CME 抑制改变纳米颗粒细胞内运输,将内吞的纳米颗粒从溶酶体途径转向高尔基体,从而加快胞吐速度。我们利用临床批准的药物氯丙嗪作为 CME 抑制剂,证明用氯丙嗪激活肝脏显著加速肝胆清除,并减少小鼠中各种纳米颗粒(从无机到有机)的肝脏潴留。此外,在小鼠肿瘤模型中,我们证明肝脏 CME 抑制加速了模型纳米医学肝胆的消除,同时不影响其疾病靶向效能。我们的发现凸显了一种灵活的策略,用于加速肝胆消除纳米颗粒,预计将与以往克服纳米药物非特异性肝脏积累的策略协同。

该研究以题为“Priming the Liver Endocytic Pathway to Accelerate Hepatobiliary Clearance of Nanoparticles”发表在ACS Nano上。图1

尺寸依赖的金纳米颗粒肝胆清除效率与胞吐速率。(a) ICG-PEG-AuNPs的结构示意图及不同尺寸ICG-PEG-AuNPs的TEM图像、核心尺寸和水动力学直径。(b) 正常小鼠静脉注射不同尺寸ICG-PEG-AuNPs后24小时(第1天)和第14天肝脏中的金含量(n=3)。左侧为实验流程示意图。(c) 正常小鼠肝脏中金含量从第1天到第14天的下降百分比(n=3)。(d) 巨噬细胞清除小鼠静脉注射不同尺寸ICG-PEG-AuNPs后24小时(第1天)和第14天肝脏中的金含量(n=3)。左侧为实验流程示意图。(e) 巨噬细胞清除小鼠肝脏中金含量从第1天到第14天的下降百分比(n=3)。(f) 体外定量分析纳米颗粒时间依赖性胞吐速率的实验流程示意图。(g, h) 不同尺寸ICG-PEG-AuNPs在AML-12细胞(g)和RAW264.7细胞(h)中24小时的胞吐百分比。(i, j) 不同尺寸ICG-PEG-AuNPs在AML-12细胞(i)和RAW264.7细胞(j)中24小时内的胞吐百分比随时间变化曲线。(k) 不同尺寸ICG-PEG-AuNPs的体外胞吐速率与其在正常小鼠体内肝脏清除速率(第1天至第14天)的相关性。(l) 示意图显示金纳米颗粒尺寸依赖的胞吐速率对其肝脏清除速率的影响。数据点以均值±标准差表示。统计学显著性采用双样本异方差(Welch’s)t检验进行评价。

图2

网格蛋白介导内吞抑制增强金纳米颗粒的胞吐速率。(a, b) 经CPZ抑制网格蛋白介导内吞后,不同尺寸ICG-PEG-AuNPs在AML-12细胞(a)和RAW264.7细胞(b)中的细胞摄取效率。(c) AuNPs尺寸依赖性内吞途径示意图。(d, e) 经PBS(对照)或网格蛋白介导内吞抑制剂CPZ处理后,不同尺寸ICG-PEG-AuNPs在AML-12细胞(d)和RAW264.7细胞(e)中24小时的胞吐百分比。(f, g) 经PBS或网格蛋白介导内吞抑制剂Clathrin-IN-1处理后,不同尺寸ICG-PEG-AuNPs在AML-12细胞(f)和RAW264.7细胞(g)中24小时的胞吐百分比。(h) 网格蛋白介导内吞抑制促进AuNPs胞吐速率的作用示意图。数据点(n=4)以均值±标准差表示。统计学显著性采用双样本异方差(Welch’s)t检验进行评价。N.S.表示无显著差异;P ≥ 0.05。

总结

这项研究为纳米药物在肝脏中长期滞留的难题提供了全新的解决思路。通常,纳米颗粒进入体内后大部分会被肝脏截留,且由于肝内的清除过程缓慢,特别是那些不易降解的纳米材料,往往会在肝脏中滞留数周甚至更久,这不仅增加了潜在的毒性风险,也严重阻碍了纳米药物的临床转化。研究团队发现,纳米颗粒从肝细胞中“吐出去”的胞吐速率,是决定其能否快速经肝胆清除的关键,而这一速率与其进入细胞的方式密切相关。具体来说,尺寸较大的纳米颗粒主要依赖网格蛋白介导的内吞进入细胞,随后往往被送往溶酶体降解或滞留;而尺寸较小的颗粒则通过非网格蛋白途径进入,更容易被转运至高尔基体,通过细胞的分泌通路快速排出。基于这一机制,研究者巧妙地利用临床已用药物氯丙嗪短暂抑制肝脏的网格蛋白内吞过程,成功将大颗粒的胞吐速率提升至接近小颗粒的水平,显著加快了多种无机和有机纳米颗粒从肝脏的清除。更重要的是,该策略在荷瘤小鼠模型中不仅未影响纳米药物在肿瘤部位的富集,反而因减少了非特异性的肝脏蓄积,显著提高了肿瘤与肝脏的靶向比值。这项工作相当于为肝脏中的纳米颗粒“重新规划了一条快车道”,为提升纳米药物的安全性与疗效开辟了新方向。

参考文献:

DOI: 10.1021/acsnano.5c20532


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