納米技術(shù)在抗幽門螺桿菌治療中的應(yīng)用進(jìn)展

崔振寧，郎晨瑜，楊曉燕，周雨夢，王曉?，劉彬

（1.沈陽醫(yī)學(xué)院附屬中心醫(yī)院消化內(nèi)科，遼寧 沈陽110024；2.遼寧大學(xué)藥學(xué)院）

幽門螺桿菌（Helicobacter pylori，Hp）被認(rèn)為是誘發(fā)胃炎、消化性潰瘍及胃部惡性腫瘤的重要致病因素之一。目前我國Hp總感染率為56%，盡管美國等發(fā)達(dá)國家感染率低于40%，但均呈現(xiàn)逐年增加趨勢，已成為全球亟待解決的問題［1－3］。國內(nèi)外治療Hp感染多采用聯(lián)合用藥，如比較成熟的“三聯(lián)療法”、“四聯(lián)療法”、聯(lián)合益生菌及中藥治療等方法。然而，由于Hp耐藥性的增加，使得根除Hp變得越來越困難［4］。盡管對Hp感染進(jìn)行了多項(xiàng)研究，但仍沒有開發(fā)出有效的治療方法來應(yīng)對抗生素耐藥性［5］。近年來，隨著納米科技的快速發(fā)展，帶動了納米材料的大規(guī)模開發(fā)和應(yīng)用。特別是納米制劑在促進(jìn)藥物轉(zhuǎn)運(yùn)、改善體內(nèi)分布及增加靶向性作用等方面展示出獨(dú)特的優(yōu)勢［6］，進(jìn)而將納米技術(shù)引入抗Hp的治療，期望借助納米材料的特殊性質(zhì)提高藥物作用效果，減少耐藥性的發(fā)生，為設(shè)計(jì)新型、高效的抗Hp藥物或方法提供研究方向。

1 納米技術(shù)在抗Hp預(yù)防中的應(yīng)用

疫苗被公認(rèn)是預(yù)防感染類疾病的有效策略之一，不僅能從源頭上預(yù)防感染、減少抗生素使用，又能大幅減少治療費(fèi)用。因此，Hp疫苗的研制一直是抗Hp感染的研究熱點(diǎn)，常見的有全菌疫苗、亞單位疫苗、核酸疫苗及聯(lián)合疫苗等。然而，由于胃部特殊環(huán)境，疫苗抵抗酶分解能力強(qiáng)弱直接關(guān)系到其免疫效果的發(fā)揮。于是，有研究人員采用帶正電的生物可降解材料包裹核酸疫苗，一方面可以保護(hù)質(zhì)粒不被核酸酶等降解，另一方面粒子能更有效地被黏膜M細(xì)胞捕獲，促進(jìn)免疫應(yīng)答的發(fā)生［7］。曹斌等［8］采用殼聚糖（CS）做載體制備了Hp LPP20 DNA疫苗，并且分別考察了經(jīng)滴鼻和口服兩種途徑在模型小鼠體內(nèi)的作用，試驗(yàn)結(jié)果表明，CS不僅能明顯增強(qiáng)DNA疫苗的黏膜免疫效果，并且滴鼻方式比口服給藥能誘導(dǎo)更強(qiáng)的細(xì)胞和體液免疫應(yīng)答，CS納米粒系統(tǒng)有望成為疫苗鼻腔免疫的新載體。奚濤課題組分別考察了CS－雙核苷酸及HP55／PLGA納米材料對于Hp疫苗促進(jìn)作用，研究發(fā)現(xiàn)，上述疫苗免疫模型小鼠后，其體內(nèi)抗原特異性抗體的水平、IgG2a／IgG1轉(zhuǎn)換比率及促炎細(xì)胞因子數(shù)量均明顯提高；同時，還觀察到強(qiáng)烈的Th1／Th17－型免疫應(yīng)答，為開發(fā)具有抗原保護(hù)、緩釋和靶向等功能載體材料提供有力的依據(jù)［9－10］。但納米材料制備的Hp疫苗尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，還沒有臨床方面研究數(shù)據(jù)。目前，完成了Ⅲ期臨床研究，并獲得新藥證書的Hp疫苗是鄒全明課題組研制的重組Hp疫苗，他們在國際上率先創(chuàng)立了“分子內(nèi)佐劑亞單位黏膜疫苗”設(shè)計(jì)原理，試驗(yàn)結(jié)果證明，該疫苗具有良好的安全性、有效性和免疫原性，為黏膜感染病原體新型疫苗研究提供了全新的思路與借鑒［11］。

2 納米技術(shù)在Hp診斷中的應(yīng)用

盡管Hp體外檢測方法比較多樣，但有關(guān)Hp原位檢測技術(shù)仍然存在巨大挑戰(zhàn)，主要是如何克服胃部的強(qiáng)酸及多酶的環(huán)境。Li等［12］報道了一種使用磁性石墨納米膠囊（magnetic graphitic nano?capsules，MGNs）用于Hp的原位靶向磁共振成像檢測技術(shù)，該項(xiàng)研究不僅采用多層石墨烯殼層結(jié)構(gòu)保護(hù)磁芯免受腐蝕，并用硼酸聚乙二醇酯對MGNs進(jìn)行表面修飾，在Hp誘導(dǎo)感染的小鼠模型中試驗(yàn)結(jié)果表明，其不僅可特異性檢測Hp，還增強(qiáng)了磁共振成像效果，為Hp在體診斷生物成像平臺的建立做了有意義的探索。韓佳穎等［13］以長鏈脂肪酸修飾的Hp表面抗原片段NQA為模板分子，功能單體選擇丙烯酰胺，用N，N′－亞甲基雙丙烯酰胺做交聯(lián)劑，設(shè)計(jì)并合成了抗Hp生物黏附納米粒，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，制備的表面印跡納米粒對Hp有特異性識別能力，不僅可用于Hp感染的診斷，還可以作為載體協(xié)助藥物穿過胃黏液層而到達(dá)Hp存在的部位。

3 納米技術(shù)在抗Hp治療中的應(yīng)用

3.1 納米顆粒在抗Hp治療中的應(yīng)用 Nazari等［14］分別考察了鉍的有機(jī)鹽和鉍納米粒子對不同臨床分離株和Hp的標(biāo)準(zhǔn)菌株的抗菌作用，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鉍納米粒子的抗菌作用明顯強(qiáng)于鉍離子的作用；機(jī)制研究證明，鉍納米粒子的存在會導(dǎo)致某些代謝產(chǎn)物，例如谷氨酸、纈氨酸、甘氨酸和尿嘧啶等從細(xì)胞中泄露出來，進(jìn)而通過干擾三羧酸循環(huán)及核苷酸和氨基酸代謝等達(dá)到抑制抗Hp活性的作用。林云娟［15］考察了Zn0.5Fe2.5O4@SiO2復(fù)合磁性納米顆粒對Hp的抑菌作用，研究結(jié)果顯示，該納米顆粒在交變磁場中能夠有效抑制Hp的生長，并且在交變磁場中產(chǎn)生的磁熱效應(yīng)還能夠増強(qiáng)阿莫西林（AM）對Hp抑菌效果。Gopinath等［16］分別考察了7 nm和55 nm兩種粒徑金納米顆粒對Hp的抑制作用，數(shù)據(jù)顯示，兩種粒徑金納米顆粒對Hp及耐藥Hp均有明顯抑制作用，且直徑越大抑菌效果越明顯；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，同樣條件下，不同Hp耐藥菌株對納米金顆粒的敏感性亦不同，其中對Hp UM119的抑菌效果最好，55 nm金顆粒對其抑菌圈直接可達(dá)到12.1 mm。

3.2 納米材料對光動力抗菌療法抑制Hp生長的促進(jìn)作用 光動力抗菌療法（photodynamic antimi?crobial chemotherapy，PACT）是基于光、光敏劑和氧三種因素協(xié)同作用，借助其引發(fā)的系列光化學(xué)反應(yīng)，發(fā)揮殺傷微生物作用的一種新抗菌方法。近年來，在局部感染、抗耐藥菌治療等方面均取得較好的效果［6，17］。Choi等［18］報道了CS促進(jìn)亞甲藍(lán)（methylene blue，MB）介導(dǎo)的PACT對Hp抑制作用，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，光照前用CS處理Hp后，再給予0.04 mg／mL MB時，可以使MB對Hp的抑菌效果增強(qiáng)100倍以上。因此，提示我們可借助CS的促進(jìn)作用降低MB的使用濃度，從而改善MB遺傳毒性，同時獲得更好的PACT作用。此外，對于在光照前用MB與CS一起處理Hp是否會進(jìn)一步提升MB的作用效果，以及CS濃度、胃酸等其它相關(guān)因素是否也有影響尚待進(jìn)一步論證。

3.3 納米載體在抗Hp治療中的應(yīng)用 Umama?heshwari等［19］制備了載有AM的醇溶蛋白納米顆粒，并評估其在蒙古沙鼠內(nèi)根除Hp的效果，研究結(jié)果顯示，以蛋白納米顆粒做載體的AM對Hp的殺傷效果明顯優(yōu)于單獨(dú)使用AM的作用。分析其原因，可能是納米制劑的黏膜粘連作用延長了藥物在胃腸道的停留時間，進(jìn)而促進(jìn)其更好的發(fā)揮抗菌作用。

Jing等［2，20］合成了pH敏感型AM－脲基共軛CS／三聚磷酸鈉（AM－UCCs／TPP）納米顆粒，研究發(fā)現(xiàn)，與未修飾的AM－CS／TPP納米顆粒相比，AM－UCCs／TPP納米顆?？砂邢蜃饔糜贖p細(xì)胞膜上的尿素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，從而更有效地發(fā)揮抑制Hp生長的作用，因此，認(rèn)為上述多功能載AM納米顆粒不僅在治療Hp感染方面存在的巨大潛力，還可以作為藥理學(xué)有效的納米載體，用于口服靶向遞送其他治療Hp的藥物。此外，吳濤［21］制備了AM－MnFe2O4@SiO2復(fù)合微球，并考察其對Hp的抑制作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，在外加磁場作用下該復(fù)合微球?qū)p抑制作用明顯優(yōu)于單獨(dú)使用AM或Mn?Fe2O4@SiO2微球的效果，說明AM－MnFe2O4@SiO2磁納米顆?？赏ㄟ^物理加熱及藥物釋放雙重途徑高效抑制Hp的生長。

4 納米技術(shù)促進(jìn)抗Hp作用機(jī)制研究

4.1 納米材料增強(qiáng)藥物抗Hp作用效果的機(jī)制納米粒因其易于表面修飾的特性，可通過修飾使表面呈中性或微負(fù)電性，或者修飾聚乙二醇等親水性材料，避開與Hp周圍黏液層的疏水和靜電相互作用從而遞送藥物［22］。并且能包封抗菌藥物，有效地減少胃酸和各種酶對藥物的降解［23］。當(dāng)包封藥物的納米顆粒積聚在靶位點(diǎn)，并進(jìn)行持續(xù)釋放時，會使得細(xì)菌攝入的藥物含量顯著增加［24］?；钚匝酰╮eactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生是納米顆粒損傷Hp的主要機(jī)制之一，很多證據(jù)表明，納米材料上的某些過渡金屬可能破壞菌體上與鐵配位的細(xì)胞配體［4Fe－4S］蛋白質(zhì)簇，導(dǎo)致Fenton活性鐵釋放到細(xì)胞質(zhì)中［25］，從而增加ROS的產(chǎn)生。ROS直接介導(dǎo)細(xì)胞膜損傷和核酸降解，增加藥物透過率，導(dǎo)致抗菌藥物在菌體內(nèi)的濃度增加進(jìn)而殺傷細(xì)菌。銀納米材料除了通過產(chǎn)生ROS增強(qiáng)藥物抗Hp作用效果外，還可通過漸進(jìn)釋放菌膜上的脂多糖和膜蛋白，使細(xì)胞外膜形成凹坑及膜通透性改變［26］。Hp對溫度敏感，一些磁性納米顆粒在交聯(lián)磁場中產(chǎn)生的高熱能使菌體蛋白質(zhì)變性，進(jìn)而使細(xì)胞膜等菌體結(jié)構(gòu)被破壞、產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，造成細(xì)菌喪失正常功能甚至誘導(dǎo)菌體死亡［15］。

4.2 納米材料促進(jìn)PACT抗Hp作用效果的機(jī)制研究 PACT抗菌的主要作用機(jī)制是光敏劑選擇性潴留于細(xì)菌的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜上，激光照射時產(chǎn)生單態(tài)氧和ROS直接損傷細(xì)菌細(xì)胞壁及膜系統(tǒng)，影響其新陳代謝，導(dǎo)致細(xì)菌死亡［27］。PACT治療的優(yōu)勢是選擇性殺傷病變組織而不傷及正常組織；而且Hp只包含一個修復(fù)光損傷的基因［28］，不易對PACT產(chǎn)生耐藥性。Choi等［18］進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，CS的加入促進(jìn)了MB對Hp的DNA損傷程度，推斷CS改變了Hp細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，從而利于MB滲透到Hp的細(xì)胞質(zhì)中，進(jìn)而增強(qiáng)對DNA的損傷。此外，有研究顯示PACT治療對C57BL／6小鼠的Hp有殺滅作用，但未達(dá)到理想的根除率［29］。分析可能有以下幾種原因：（1）輸出功率和能量密度累積過??；（2）激光照射時可能存在盲區(qū)；（3）治療次數(shù)過少。針對以上的原因，進(jìn)一步的試驗(yàn)應(yīng)是：（1）尋找合適的光輸出功率和單位面積的能量累積以及合適的治療次數(shù)，使其既能根除Hp，又對正常的胃黏膜無損傷；（2）選用大動物Hp模型，能夠在胃鏡及直視條件下行PACT以縮小治療的盲區(qū)，且能耐受多次PACT治療。

5 展望

納米材料的特殊結(jié)構(gòu)使其具有一些常規(guī)材料所沒有的特別性能，比如穿過組織間隙被細(xì)胞吸收，也可賦予靶向、緩釋等功能，進(jìn)一步作為口服、靜脈注射等多種給藥途徑的載體，因而使其在藥物輸送、疾病診斷與防治等方面得到廣泛應(yīng)用。近年的臨床數(shù)據(jù)顯示，Hp對傳統(tǒng)抗生素的耐藥性問題越來越嚴(yán)重，并且產(chǎn)生更多不良反應(yīng)，對患者造成二次傷害，從而導(dǎo)致許多患者無法堅(jiān)持完成整個周期的治療方案。因此，探索一種使患者依從性強(qiáng)，且行之有效的防止Hp耐藥的新方法迫在眉睫。但納米技術(shù)在Hp抗感染診療中的應(yīng)用還處于起步階段，因此，結(jié)合Hp自身特點(diǎn)，充分發(fā)揮納米材料自身獨(dú)特性質(zhì)，建立系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，有目的對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾、開發(fā)多作用方式、高效的復(fù)合型抗菌藥物或載藥系統(tǒng)，對Hp抗感染診療及抗耐藥菌的致病危害，是十分有意義的研究工作。