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  細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌感染與許多嚴(yán)重感染疾病相關(guān)，如肺結(jié)核、心內(nèi)膜炎、骨髓炎、壞死性肺炎和敗血癥等。臨床治療難以根除胞內(nèi)菌，主要原因包括：（i）抗生素的細(xì)胞膜穿透性差，胞內(nèi)積累少，保留時(shí)間短；（ii）溶酶體內(nèi)苛刻的酸性和水解環(huán)境降低了抗生素的抗菌活性；（iii）休眠狀態(tài)的胞內(nèi)菌對(duì)致命濃度的抗生素具有耐受性；（iv）細(xì)菌從溶酶體中逃脫并隱藏在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，逃避抗生素的清除作用。為了對(duì)抗這些頑固的細(xì)菌，通過(guò)精準(zhǔn)靶向胞內(nèi)菌，將抗生素遞送到細(xì)菌駐留部位是一種可行的方法，但相關(guān)研究仍鮮有報(bào)道。

  為此，北京化工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院王興教授課題組巧妙地設(shè)計(jì)了一種新型的具有級(jí)聯(lián)靶向功能的藥物遞送系統(tǒng)（FAM DDS），該DDS通過(guò)級(jí)聯(lián)靶向巨噬細(xì)胞和胞內(nèi)耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA），實(shí)現(xiàn)抗生素利福平（Rif）的原位精準(zhǔn)遞送，克服了頑固胞內(nèi)菌休眠狀態(tài)及隱匿位置削弱抗生素性能的瓶頸問(wèn)題。與此同時(shí)，Rif@FAM能夠上調(diào)巨噬細(xì)胞M1/M2極化，增強(qiáng)巨噬細(xì)胞免疫清除作用，協(xié)同Rif實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)MRSA的高效清除（圖1）。

圖1：Rif@FAM級(jí)聯(lián)靶向清除巨噬胞內(nèi)MRSA

  （1）Rif@FAM DDS的設(shè)計(jì)合成。課題組首次以β-N-丙烯酰基-D-氨基丙氨酸作為主要功能單體，通過(guò)光誘導(dǎo)聚合技術(shù)合成了特異性靶向細(xì)菌的聚合物FA，并利用動(dòng)態(tài)席夫堿鍵接枝甘露糖獲得具有靶向巨噬細(xì)胞能力的聚合物FAM，進(jìn)而自組裝包載Rif，構(gòu)建了具有級(jí)聯(lián)靶向胞內(nèi)菌功能的Rif@FAM DDS（圖2）。該策略為DDS提供了高密度的胞內(nèi)菌靶向基團(tuán)，有利于降低脫靶率；而且，氨基酸聚合物豐富的非共價(jià)相互作用力，提高了DDS的藥物裝載效率（18.9 wt%）和酸穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了持續(xù)1個(gè)月的長(zhǎng)效藥物釋放性能。

圖2：Rif@FAM DDS的合成和表征

  （2）級(jí)聯(lián)靶向機(jī)制。研究表明，Rif@FAM首先通過(guò)甘露糖受體介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)吞，選擇性地進(jìn)入巨噬細(xì)胞，增加了Rif在胞內(nèi)的富集；隨后，在溶酶體酸性環(huán)境下斷開(kāi)席夫堿鍵，觸發(fā)甘露糖脫離形成Rif@FA；Rif@FA表面暴露的D-氨基丙氨酸促發(fā)粒子從溶酶體內(nèi)逃逸，并特異性結(jié)合到胞內(nèi)MRSA的細(xì)菌壁上，從而實(shí)現(xiàn)了級(jí)聯(lián)靶向作用。作者通過(guò)原位/非原位共定位手段論證了FAM DDS對(duì)胞內(nèi)MRSA的特異性靶向作用（圖3）。三維共聚焦成像顯示，F(xiàn)AM DDS與胞內(nèi)MRSA熒光高度重合。流式細(xì)胞儀定量分析顯示，細(xì)胞裂解后收集得到的胞內(nèi)MRSA與FAM重合度高達(dá)71.6%，比空白組高約3倍，表明高密度D-氨基丙氨酸增強(qiáng)了FAM DDS和細(xì)菌的結(jié)合能力，有效避免了脫靶效應(yīng)。原位TEM成像進(jìn)一步證明，F(xiàn)AM DDS結(jié)合在胞內(nèi)MRSA細(xì)胞壁上，與對(duì)照組中胞內(nèi)MRSA光滑的細(xì)胞壁形成了鮮明對(duì)比。

圖3：FAM DDS靶向細(xì)內(nèi)菌

  （3）體內(nèi)抗菌活性。受試小鼠經(jīng)尾靜脈注射FAM DDS后，F(xiàn)AM DDS可在24 h內(nèi)聚集在MRSA感染部位，進(jìn)一步證明了FAM DDS在動(dòng)物水平可實(shí)現(xiàn)藥物的原位遞送（圖4）。進(jìn)而，作者以單一功能的細(xì)胞靶向DDS（Rif@FM）和細(xì)菌靶向DDS（Rif@FA）為對(duì)照，研究了Rif@FAM對(duì)小鼠急性腹膜炎的治療效果。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，Rif@FAM實(shí)驗(yàn)組的胞內(nèi)MRSA數(shù)量 (1.36 log₁₀CFU) 顯著低于對(duì)照組 Rif@FA (2.18 log₁₀CFU; **, p = 0.004) 和 Rif@FM (3.24 log₁₀CFU; ***，p = 0.0004)。結(jié)果表明，相比于單一細(xì)胞靶向和細(xì)菌靶向的DDS，F(xiàn)AM DDS的級(jí)聯(lián)靶向與原位藥物遞送特性能夠顯著提升抗生素的治療效果。

圖4：FAM DDS的體內(nèi)靶向和抗菌性能評(píng)價(jià)

  綜上所述，Rif@FAM通過(guò)級(jí)聯(lián)靶向和原位藥物遞送，實(shí)現(xiàn)了胞內(nèi)菌的高效清除。它的主要優(yōu)勢(shì)有：(i)實(shí)現(xiàn)了Rif較高的胞內(nèi)積累和長(zhǎng)時(shí)間胞內(nèi)保留；(ii)強(qiáng)酸下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有長(zhǎng)效的抗菌活性；(iii)原位精確釋放Rif，克服胞內(nèi)菌休眠狀態(tài)及隱匿位置削弱抗生素性能的瓶頸問(wèn)題；(iv)重塑了巨噬細(xì)胞的免疫反應(yīng)，增強(qiáng)了抗菌性能。研究工作論證了級(jí)聯(lián)靶向和原位遞送策略對(duì)殺滅胞內(nèi)菌的作用和意義，為相關(guān)疾病的治療提供了新方法和新技術(shù)。

  相關(guān)研究成果近期以“Cascade-targeting Poly(amino acid) Nanoparticles Eliminate Intracellular Bacteria via on-site Antibiotic Delivery”為標(biāo)題發(fā)表在Advanced Materials雜志上 (IF = 30.849)。本論文第一作者為北京化工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士研究生馮文麗。北京化工大學(xué)王興教授、李國(guó)鋒副教授為論文的共同通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家創(chuàng)新藥物重大專(zhuān)項(xiàng)、中央高校基礎(chǔ)研究基金和北京市自然科學(xué)基金的資助與支持。

  文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202109789