最新統(tǒng)計數(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，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險也不容忽視。由于強酸和蛋白酶環(huán)境下的降解，黏液層的捕獲，小腸上皮細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)域的進一步應(yīng)用。

基于上述背景，2024年8月5日，沈陽藥科大學藥學院唐星/茍靖欣團隊在納米材料領(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電荷，可通過離子溶劑化效應(yīng)在材料表面形成超強水化層，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?？紤]到強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，進一步提高了天然mExos的腸道穩(wěn)定性。同時，通過粒徑、電位和表面親疏性測定等多組實驗證實了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

體外機制研究與體內(nèi)遞送評價

在到達空腸上皮細胞表面后，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細胞系中證實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)同顯著增強了上皮細胞的胞吞量。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)運能力。綜上所述，不同囊泡的跨上皮細胞轉(zhuǎn)運機制研究結(jié)果表明，mExos@DSPE-Hyd-PMPC雜化囊泡具有“易進易出”的特點，可以更有效地實現(xiàn)跨上皮細胞轉(zhuǎn)運。

此外，評估了不同囊泡在體內(nèi)的實際生物利用度和藥效學效應(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。日間藥理學實驗表明，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)癥風險的降低作用。同時，該組制劑顯著促進了胰島β細胞的恢復和胰島素的分泌，表明其對胰島功能的恢復具有正向調(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

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。