文献分享 | 克服肽类口服递送连续吸收障碍——牛奶外泌体-脂质体杂合囊泡

最新统计数据表明中国的糖尿病患者已超1.46亿，且二型糖尿病的发病率仍在逐年递增。用于治疗糖尿病的蛋白多肽类药物由于其亲水性、大分子性和生物活性的特点，通常必须通过注射给药。然而，患者依从性差以及长期给药可能带来的潜在疼痛和感染风险也不容忽视。由于强酸和蛋白酶环境下的降解，黏液层的捕获，小肠上皮细胞的不相容特性以及“入胞容易出胞难”的低效率基底侧胞吐等多重胃肠道屏障，开发蛋白多肽药物口服递送系统仍然是一项艰巨的挑战。牛奶外泌体（mExos）因其出色的跨上皮屏障能力，已展现出作为蛋白和多肽类药物口服递送载体的巨大潜力。然而，天然mExos载体在口服递送过程中仍然面临着诸如黏液层的穿越能力有限、药物包封效率较低以及膜蛋白在胃肠道环境中的稳定性较差的挑战。这些问题阻碍了天然mExos在口服多肽递送领域的进一步应用。

2024-10-24 14:09:47AVT182

基于上述背景，2024年8月5日，沈阳药科大学药学院唐星/苟靖欣团队在纳米材料领域Top期刊ACS Nano在线发表了题为“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。论文第一作者是博士研究生肖佩夫和王翰洵，通讯作者为唐星教授和苟靖欣副教授。在该研究中，课题组通过将新型功能化脂质体与天然mExos融合，设计了一种具有自适应表面特性的新型杂化囊泡（mExos@DSPE-Hyd-PMPC）。杂化囊泡有效克服了天然mExos的局限性和口服蛋白递送的多重屏障，充分释放其在口服多肽递送中的潜力。

图1. 具有表面性质自适应能力的牛奶外泌体—脂质体杂化囊泡的制备流程（A）与递送效果（B）

表面性质自适应杂化囊泡的制备与表征

两性离子材料携带等量正负电荷，可通过离子溶剂化效应在材料表面形成超强水化层，表现出比聚乙二醇材料更优异的亲水能力和抗蛋白吸附能力。使用两性离子材料对天然mExos进行表面功能化修饰有望提升其黏液穿透能力和表面膜蛋白胃肠道稳定能力。考虑到强亲水层带来潜在的后续摄取损失，本研究合成了一种pH响应型两性离子材料，使得杂化囊泡在空肠微环境实现表面特性转变。通过在高度亲水的两性离子聚合物（PMPC）和磷脂（DSPE，AVT提供）之间引入pH敏感的腙键（Hyd），并利用空肠表面的pH微环境，实现mExos@DSPE-Hyd-PMPC的表面性质转变。

在提取纯化得到天然mExos后，采用经典的薄膜水化——挤出工艺，基于磷脂双分子层的膜流动和融合特性制备杂化囊泡。由于脂质体部分的引入，杂化囊泡提升了天然mExos对索马鲁肽（SET）的包封率2.4倍（图2）。由于两性离子材料的引入，杂化囊泡的亲水层抵御胰蛋白酶的能力增强，进一步提高了天然mExos的肠道稳定性。同时，通过粒径、电位和表面亲疏性测定等多组实验证实了mExos@DSPE-Hyd-PMPC具有灵敏的pH响应能力，可在弱酸性条件下将两性离子层脱落，实现表面性质智能调控（图3）。

图2. 杂化囊泡的制备与表征

图3. 杂化囊泡mExos@DSPE-Hyd-PMPC的表面性质自适应能力评价

体外机制研究与体内递送评价

在到达空肠上皮细胞表面后，杂化囊泡表面亲水层智能响应脱落。在体外模拟的Caco-2和E12细胞系中证实了杂化囊泡在两性离子层脱落后，其表面的腙键形成正电荷和外泌体膜蛋白协同显著增强了上皮细胞的胞吞量。杂化囊泡的正电荷表面通过“开关效应”增强了天然mExos的溶酶体逃逸能力和内质网—高尔基体途径胞吐转运能力。综上所述，不同囊泡的跨上皮细胞转运机制研究结果表明，mExos@DSPE-Hyd-PMPC杂化囊泡具有“易进易出”的特点，可以更有效地实现跨上皮细胞转运。

此外，评估了不同囊泡在体内的实际生物利用度和药效学效应。血浆药物浓度测试显示，口服组中mExos@DSPE-Hyd-PMPC的生物利用度最高（8.7%），是mExos组的2.0倍。日间药理学实验表明，mExos@DSPE-Hyd-PMPC杂化囊泡在口服给药后表现出显著的降血糖效果，其药理学利用率高于其他口服囊泡，血糖控制效果与皮下注射组更接近。此外，在长期给药6周后，mExos@DSPE-Hyd-PMPC组在改善血脂水平、降低糖化血红蛋白A1c（HbA1c）方面表现最佳，显示出对糖尿病相关并发症风险的降低作用。同时，该组制剂显著促进了胰岛β细胞的恢复和胰岛素的分泌，表明其对胰岛功能的恢复具有正向调节功能（图4）。