西南交大鲁雄/谢超鸣等团队《Sci. Adv.》：口服多酚盔甲化纳米药物治疗由肠炎引起的认知和行为失调
炎症性肠病（IBD），主要包括克罗恩病和溃疡性结肠炎症，是一种特发性疾病，在回肠、直肠和结肠中具有复发性、难治性和失控的炎症反应。近年来，通过传递小干扰RNA（siRNA）纳米药物，如肿瘤坏死因子α siRNA（TNF-α-siRNA），抑制炎症部位过度表达的炎症因子，从而治疗IBD已成为热门。口服给药是治疗IBD的一种方便、安全和理想的选择。然而，消化液会导致输送系统快速降解，并且IBD引起的腹泻还导致药物快速清除。尽管已经开发了各种输送系统，但停留时间不足、对炎症结肠的靶向效率低、复杂的合成过程限制了在临床上的应用。另外传统的IBD药物治疗主要侧重于抑制肠道免疫反应，但它们通常忽略了由IBD引起的脑生理功能障碍。
针对这一问题，西南交通大学医学院（生物医学工程研究院）鲁雄教授/谢超鸣研究员，北京基础医学研究所江小霞副研究员和苏州大学汪超教授团队联合提出了一种多酚盔甲化策略，开发了具有抗氧化应激、抗消化和炎症靶向活性的口服多酚盔甲化纳米药物。首先，团队合成了一种由封装TNF-α-siRNA、没食子酸介导的石墨烯量子点（GAGQD）的牛血清白蛋白（BSA）纳米颗粒（siRNA-GBSA NPs）。然后，利用壳聚糖（CHI）和单宁酸（TA）通过层层自组装在纳米颗粒外构建一种多酚盔甲(CHI/TA)n。其中，TA可以抵抗胃的极端环境具有调节微生物群和缓解脑部疾病的能力。因此，多酚盔甲的设计不仅可保护siRNA-GBSA NPs顺利通过胃肠道还可赋予NPs生物粘附和抗氧化能力。多酚盔甲的负表面电荷和组织粘附性，可实现在炎症结肠部位长期富集。多酚盔甲在结肠部位缓慢降解，TA被微生物分解代谢为更活跃的酚类代谢物以调节肠道微生物的稳态。同时，由于TA的高细胞亲和力，siRNA-GBSA(CHI/TA)5 NPs实现了高效的内吞。内吞后GAGQD和TNF-?-siRNA在细胞内酶的作用下释放。GAGQD通过清除细胞内ROS，确保TNF-α-siRNA链的完整性，使TNF-α-siRNA有效沉默TNF-α的表达。siRNA-GBSA(CHI/TA)5 NPs协同抑制肠道炎症，恢复肠道菌群和全身免疫稳态，同时通过肠-脑轴改善了IBD小鼠的焦虑、抑郁和认知行为。
图 1. (A) siRNA-GBSA(CHI/TA)n NPs的盔甲化策略; (B) 口服siRNA-GBSA(CHI/TA)5 NPs后靶向治疗结肠炎示意图; (C) siRNA-GBSA(CHI/TA)5 NPs通过减轻炎症反应和缓解肠道菌群失衡来调节炎症结肠部位的微环境，最终通过肠-脑轴减轻脑部炎症提高认知能力。
图 2. 多酚盔甲纳米药物的ROS清除活性。(A) GAGQD的TEM照片和粒径分布; (B) GAGQD的HRTEM照片; (C) GAGQD的C1s高分辨率XPS光谱图; (D) GAGQD的紫外-可见吸收光谱; (E) siRNA-GBSA(CHI/TA)5 NPs 的SEM照片; (F) siRNA和 (G) GAGQD在siRNA-GBSA NPs中的包封率; (H, I) GBSA NPs和GBSA(CHI/TA)5 NPs的SOD活性和?OH清除效率; (J, K) GQD和GAGQD的SOD活性和?OH清除效率
图 3. (A, B) 不同NPs处理的RAW264.7细胞的细胞内ROS染色图像和流式定量分析; (C) RAW264.7细胞与不同NPs孵育4 h或12 h后的共聚焦图像和对应的流式定量分析; (D-G) RAW264.7细胞与不同NPs孵育12 h后细胞外TNF-α, IL-6, Arg-1和IL-10的表达水平
图 4. 多酚盔甲纳米药物靶向富集在发炎结肠。(A) siRNA-GBSA(CHI/TA)5 NPs在胃肠道中抵抗降解并最终在结肠中积累的机制图; (B) 在模拟胃液 (SGF) 2 h, 模拟肠液 (SIF) 4 h和模拟结肠液 (SCF) 4 h或12 h后不同NPs的SEM照片; (C) Cy5.5, Cy5.5-BSA NPs和 Cy5.5-BSA(CHI/TA)5 NPs在灌胃2、6、12、24 h后小鼠 (饮用3 % DSS无菌水3天的IBD小鼠和正常小鼠) 腹部的小动物荧光成像及 (D) 24 h后小鼠结肠的离体荧光照片; (E, F) Cy5.5, Cy5.5-BSA NPs和 Cy5.5-BSA(CHI/TA)5 NPs灌胃24 h后小鼠腹部及离体结肠的荧光定量分析; (G, H) Cy5.5-BSACHI NPs和Cy5.5-BSA(CHI/TA)5 NPs与离体炎症结肠培养1 h后，通过PBS洗涤三次后小鼠结肠的体外荧光图像和荧光定量分析
图 5. 多酚盔甲纳米药物在DSS诱导的结肠炎小鼠模型中具有优异的治疗效果。(A) 治疗IBD小鼠实验设计示意图; (B)小鼠体重监测; (C, D) 小鼠结肠拍照和对应的结肠长度; (E) 小鼠脾脏照片; (F) 结肠组织的苏木精和伊红(H&E)染色; (G) 结肠组织的TNF-α, IL-1β, IL-6, 以及TGF-β mRNA水平; (H) 结肠组织中M1巨噬细胞和M2巨噬细胞的免疫荧光染色
图 6. 多酚盔甲纳米药物改善了IBD小鼠的学习和认知能力。(A) 行为学实验设计示意图; (B) 强迫游泳测试, (B-i) 强迫游泳示意图, (B-ii) 在强迫游泳测试中静止时间以及 (B-iii) 第一次不动的潜伏时间; (C) 悬尾测试, (C-i) 悬尾试验示意图, (C-ii) 悬尾测试的不动时间和(C-iii) 首次不动的潜伏期; (D) 平衡木测试, (D-i) 平衡木示意图, (D-ii) 穿过平衡木所用时间; (E) 开放矿场测试, (E-i) 小鼠的典型逃生路线图, (E-ii) 小鼠在开放矿场移动的总距离; (F) 新物体识别测试, (F-i) 新物体识别测试示意图, (F-ii) 小鼠对新物体的探索时间; (G) 莫里斯水迷宫测试, (G-i) 莫里斯水迷宫试验示意图, (G-ii) 各组小鼠的典型逃生路线图, (G-iii) 小鼠首次进入T区的时间
图 7. 多酚盔甲化纳米药物对IBD小鼠的肠道菌群调控。(A) 菌群丰度OUT水平以及 (B) 辛普森 (Simpson) 多样性指数和 (C) 香农 (Shannon) 指数; (D) 主成分分析显示肠道微生物群的β-多样性; (E) 属水平群落直方图; (F) 热图显示了科水平上菌群相对丰度; (G-J) 从F中提取的乳酸杆菌科, Muribaculaceae, 双歧杆菌科和肠球菌科的相对丰度; (K-N) siRNA-GBSA(CHI/TA)5 NPs治疗后IBD小鼠血液炎症因子的ELISA分析; (O) siRNA-GBSA(CHI/TA)5 NPs治疗后IBD小鼠海马区小胶质细胞 (Iba1), 星形胶质细胞 (GFAP) 的荧光免疫照片; (P) 小鼠海马区神经元 (MAP2) 免疫荧光染色照片; (Q) siRNA-GBSA(CHI/TA)5 NPs调控肠-脑轴的三种途径
该工作以Oral Polyphenol-Armored Nanomedicine for Targeted Modulation of Gut Microbiota-Brain Interactions in Colitis为题目发表于《Science Advances》。论文第一作者为西南交通大学医学院博士生何欢。西南交通大学医学院（生物医学工程研究院）鲁雄教授/谢超鸣研究员，北京基础医学研究所江小霞副研究员，苏州大学纳米与软物质研究院汪超教授，为共同通讯作者。西南交通大学医学院（生物医学工程研究院）为论文第一完成单位。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf3887
