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植物囊泡(PDNVs)由脂质双分子层组成,具有生物活性并可作为药物载体,有效包封疏水和亲水性药物,提高药物稳定性和溶解度。是一类新型、环保的纳米载体,在纳米医学领域具有独特优势。本文概述了PDNVs的生物发生和摄取机制、分离技术和物理化学表征方法,讨论了各种来源(尤其是中药)PDNVs的生物活性成分及各种应用,描述了现有的生物工程策略。基于上述情况,对PDNVs治疗脑部疾病的现有研究进行了综述,评估了PDNVs对脑部疾病的益处,介绍了PDNVs的安全性评估和临床试验,并展望PDNVs的未来应用。
中文标题:植物囊泡:极有潜力的脑部疾病治疗载体
英文原题:Plant-derived nanovesicles: Promising therapeutics and drug delivery nanoplatforms for brain disorders
通讯作者:
王若宁, 南京中医药大学
曹 鹏,南京中医药大学
关键词:植物囊泡;脑部疾病;中药;可食用植物;药物递送平台
背景介绍
脑部疾病,包括脑肿瘤、神经退行性疾病(NDs)、精神疾病和脑血管疾病,给社会带来了巨大的经济和社会负担。虽然血脑屏障是一种防止有害物质从血液转移到大脑的保护机制,但它也阻碍了充分的治疗药物运输。基于PDNVs的独特特性,如生物降解性、封装内源性生物活性分子的能力、穿越血脑屏障的能力以及大规模生产的潜力,PDNVs已经证明了对中枢神经系统(CNS)疾病的治疗前景。
研究成果
1. PDNVs的生成、表征和生物活性研究
对于PDNVs的生成,总结了三种可能的途径,胞外阳性细胞器途径、多泡体途径和液泡途径。PDNVs形成后,受体细胞可能通过多种机制内化它们:(1)膜融合;(2)受体介导的内吞;(3)脂质筏介导的内吞;(4)网格蛋白介导的内吞;(5)其他摄取机制,包括玉米来源的纳米颗粒依赖胆固醇的内吞作用,生姜来源的ELNs依赖微管的主动转运和大胞吞作用,以及小窝介导的内吞作用(图1)。
通常采用差分离心法去除颗粒杂质和大分子,然后通过蔗糖密度梯度离心法进一步纯化。通过物理表征,可以确定PDNVs的成功提取,并评估某些修饰是否保持了膜的完整性。PDNVs的生化分析是必不可少的,分析PDNVs的组成,包括蛋白质、脂质和核酸,是阐明PDNVs性质的第一步。
越来越多的证据表明,PDNVs具有抗炎特性,并参与多种机制,如蓝莓纳米囊泡、大蒜纳米囊泡、白菜和姜纳米囊泡等。在肠道结构恢复方面,葡萄源纳米囊泡和姜纳米囊泡显示出显著的治疗效果。此外,PDNVs在肿瘤治疗中的研究也得到了扩大,如柠檬、苦瓜、猕猴桃等。中药作为中国的宝贵资产,已用于治疗疾病。研究人员已经从人参、蒲公英、红景天、忍冬、穿心莲、茶叶、姜黄等中药材中成功提取分离出植物囊泡,其粒径和电位与传统脂质体相似,并表现出优异的稳定性(图2)。c
尽管PDNVs具有固有的分布特性,但它们靶向特定病变部位的能力仍然是有限的。其粒径的不均匀和靶向能力不足需要进一步的工程策略来满足医疗需求。各种生物工程技术已被应用于提高其治疗能力,包括标准化的载药方法、膜融合、表面修饰和响应性释放等(图3)。
2. 用于治疗脑部疾病的工程PDNVs
现有PDNVs治疗脑部疾病策略的主要给药方式为鼻内给药、静脉给药和口服给药。鼻内给药被认为是一种绕过血脑屏障的无创给药,允许药物在脑中高积累。静脉给药应用广泛,口服给药具有方便、无创、低毒等优点(图4)。
研究人员将阿霉素偶联到葡萄柚囊泡的表面,获得仿生纳米囊泡,鼻腔给药之后,显著绕过血脑屏障,增强药物在脑内的富集,从而抑制肿瘤生长。苦瓜纳米囊泡通过抑制上皮-间充质转化和下调基质金属蛋白酶9表达来抑制U251胶质瘤细胞的迁移和侵袭。在帕金森病的治疗中,胡萝卜来源的纳米囊泡明显抑制了Nrf-2、HO-1和NADPH醌氧化还原酶-1(NQO-1)表达的下降,从而保护细胞免受氧化应激的影响。人参纳米囊泡通过上调磷脂酰肌醇3激酶信号通路成功促进骨髓间充质干细胞的神经分化,影响神经营养因子表达增加,并成功促进Ras/Erk通路的神经分化。通过肠-脑轴使用小鼠肥胖模型,大蒜被运输到大脑,以便被小胶质细胞优先摄取。这种转运通过IDO1介导的AHR途径和c-MYC介导的cGAS-STING炎症途径抑制脑炎症,并显著改善记忆功能;此外燕麦纳米颗粒可以穿过血脑屏障,被小胶质细胞内化,有效减少酒精诱导的脑炎症,恢复脑记忆功能。
未来方向
虽然对PDNVs的研究正在逐渐增加,但仍存在诸多挑战。我们对PDNVs的生物发生、摄取和功能机制的理解仍然有限;缺乏标准的分离方法可能会阻碍商业化;需要进一步的研究来评估PDNVs在制备和保存条件下的稳定性,以及它们在治疗应用中的潜在风险;同时,特异性标记物的缺失限制了PDNVs的准确表征。此外,必须认识到PDNVs在脑疾病中应用研究的匮乏,从动物实验到临床实践的转化过程带来了重大挑战。
主要作者简介
王若宁 南京中医药大学教授,入选国家高层次青年人才计划、全国中医药青年国医精英、江苏省自然科学基金优秀青年基金项目、中华中医药学会青年人才托举工程、江苏省“333高层次人才培养工程”、江苏省科协青年科技人才托举工程,获江苏省青年颗粒学奖。江苏省中药高效给药系统工程技术研究中心行政主任,研究方向为脑靶向中药制剂,主持国家级、省级项目20余项。
曹 鹏 二级研究员,博士生导师。南京中医药大学中药学一流学科带头人,中药制药过程控制与智能制造技术全国重点实验室副主任。获国家卫生健康突出贡献中青年专家和第九届树兰医学青年奖等荣誉称号。先后主持8项国家自然科学基金(包括国家自然科学基金青年科学基金项目A类、B类、C类,重点项目等),国家重点研发计划和国家重大新药创制科技重大专项。授权中国、美国、欧盟等专利30余项。以通讯作者发表论文100余篇,他引6000余次。主研新药AC591进入2期临床研究阶段。
引用本文
Ruoning Wang, Yingjie Zhang, Yumiao Guo, et al., Plant-derived nanovesicles: Promising therapeutics and drug delivery nanoplatforms for brain disorders. Fundamental Research, 5(2) (2025) 830-850.
原文链接(复制到浏览器中查看):
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325823003138
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