最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明中國的糖尿病患者已超1.46億，且二型糖尿病的發(fā)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(diǎn)，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(fēng)險(xiǎn)也不容忽視。由于強(qiáng)酸和蛋白酶環(huán)境下的降解，黏液層的捕獲，小腸上皮細(xì)胞的不相容特性以及“入胞容易出胞難”的低效率基底側(cè)胞吐等多重胃腸道屏障，開發(fā)蛋白多肽藥物口服遞送系統(tǒng)仍然是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。牛奶外泌體（mExos）因其出色的跨上皮屏障能力，已展現(xiàn)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(huán)境中的穩(wěn)定性較差的挑戰(zhàn)。這些問題阻礙了天然mExos在口服多肽遞送領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用。

基于上述背景，2024年8月5日，沈陽藥科大學(xué)藥學(xué)院唐星/茍靖欣團(tuán)隊(duì)在納米材料領(lǐng)域Top期刊ACS Nano在線發(fā)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(zhì)體與天然mExos融合，設(shè)計(jì)了一種具有自適應(yīng)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(zhì)自適應(yīng)能力的牛奶外泌體—脂質(zhì)體雜化囊泡的制備流程（A）與遞送效果（B）

表面性質(zhì)自適應(yīng)雜化囊泡的制備與表征

兩性離子材料攜帶等量正負(fù)電荷，可通過離子溶劑化效應(yīng)在材料表面形成超強(qiáng)水化層，表現(xiàn)出比聚乙二醇材料更優(yōu)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(jìn)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(wěn)定能力。考慮到強(qiáng)親水層帶來潛在的后續(xù)攝取損失，本研究合成了一種pH響應(yīng)型兩性離子材料，使得雜化囊泡在空腸微環(huán)境實(shí)現(xiàn)表面特性轉(zhuǎn)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(huán)境，實(shí)現(xiàn)mExos@DSPE-Hyd-PMPC的表面性質(zhì)轉(zhuǎn)變。

在提取純化得到天然mExos后，采用經(jīng)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(zhì)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(qiáng)，進(jìn)一步提高了天然mExos的腸道穩(wěn)定性。同時(shí)，通過粒徑、電位和表面親疏性測定等多組實(shí)驗(yàn)證實(shí)了mExos@DSPE-Hyd-PMPC具有靈敏的pH響應(yīng)能力，可在弱酸性條件下將兩性離子層脫落，實(shí)現(xiàn)表面性質(zhì)智能調(diào)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(zhì)自適應(yīng)能力評價(jià)

體外機(jī)制研究與體內(nèi)遞送評價(jià)

在到達(dá)空腸上皮細(xì)胞表面后，雜化囊泡表面親水層智能響應(yīng)脫落。在體外模擬的Caco-2和E12細(xì)胞系中證實(shí)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(xié)同顯著增強(qiáng)了上皮細(xì)胞的胞吞量。雜化囊泡的正電荷表面通過“開關(guān)效應(yīng)”增強(qiáng)了天然mExos的溶酶體逃逸能力和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)—高爾基體途徑胞吐轉(zhuǎn)運(yùn)能力。綜上所述，不同囊泡的跨上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制研究結(jié)果表明，mExos@DSPE-Hyd-PMPC雜化囊泡具有“易進(jìn)易出”的特點(diǎn)，可以更有效地實(shí)現(xiàn)跨上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)。

此外，評估了不同囊泡在體內(nèi)的實(shí)際生物利用度和藥效學(xué)效應(yīng)。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(xué)實(shí)驗(yàn)表明，mExos@DSPE-Hyd-PMPC雜化囊泡在口服給藥后表現(xiàn)出顯著的降血糖效果，其藥理學(xué)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(xiàn)最佳，顯示出對糖尿病相關(guān)并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)的降低作用。同時(shí)，該組制劑顯著促進(jìn)了胰島β細(xì)胞的恢復(fù)和胰島素的分泌，表明其對胰島功能的恢復(fù)具有正向調(diào)節(jié)功能（圖4）。

圖4. 不同囊泡的體內(nèi)吸收和治療效果評價(jià)

總結(jié)

本研究通過合成新型功能化磷脂聯(lián)合天然牛奶外泌體構(gòu)建雜化囊泡 mExos@DSPE-Hyd-PMPC，利用兩組分的協(xié)同作用，成功克服了口服肽類藥物在體內(nèi)的吸收障礙。本研究為天然mExos口服應(yīng)用的合理設(shè)計(jì)提供了新見解，為口服多肽克服層序吸收障礙提供了一種有效范例。