浙大周民教授團隊 Bioact. Mater.：微藻藥物遞送系統(tǒng)"降尿酸-抗炎-消化系統(tǒng)保護"三位一體協(xié)同用于痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的治療
2025-06-04 來源：高分子科技
痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎（Gouty Arthritis, GA）是由尿酸代謝異常導(dǎo)致尿酸鹽（MSU）結(jié)晶在關(guān)節(jié)及周圍組織沉積所引發(fā)的炎癥性疾病。該疾病以關(guān)節(jié)劇烈疼痛、腫脹和活動受限為主要臨床表現(xiàn)，已成為全球最常見的炎癥性關(guān)節(jié)疾病之一。流行病學(xué)數(shù)據(jù)顯示，過去二十年間其發(fā)病率增長超過兩倍，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。當(dāng)前該疾病的臨床治療面臨兩大難題：一線藥物秋水仙堿（Col）雖具有良好的抗炎效果，但其治療劑量接近中毒劑量，約20%患者會出現(xiàn)腹瀉、嘔吐等胃腸道不良反應(yīng)；此外，目前尚無藥物能夠同時干預(yù)高尿酸血癥（HUA）和關(guān)節(jié)炎癥兩個病理過程。
針對上述問題，浙江大學(xué)州民教授團隊開發(fā)了一種基于開發(fā)了一種基于裸藻(Eug)、秋水仙堿(Col)和巖藻糖卡拉膠復(fù)合物(Fucar)的口服水凝膠系統(tǒng)(Eug-Col@Fucar) 將裸藻的尿酸吸附特性、巖藻糖卡拉膠復(fù)合物的腸道保護功能與秋水仙堿的抗炎作用有機結(jié)合。首次實現(xiàn)了"降尿酸-抗炎-消化系統(tǒng)保護"三位一體協(xié)同治療，為痛風(fēng)患者提供了更安全高效的治療方案。實驗結(jié)果表明，Eug-Col@Fucar能有效降低血清尿酸水平，清除自由基和活性氧（ROS），促進巨噬細(xì)胞向M2型抗炎表型極化，抑制NLRP3-IL-1β信號通路，從而改善痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎。此外，該系統(tǒng)顯著緩解了秋水仙堿引起的胃腸道不良反應(yīng)，如胃腸絨毛結(jié)構(gòu)異常和屏障通透性增加等問題。由于富含多糖成分，該水凝膠系統(tǒng)還能改善膽汁酸代謝，從而減輕秋水仙堿誘導(dǎo)的肝毒性。此外，安全性評估也證實了該復(fù)合物的良好生物相容性，為未來臨床應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
該文章近期以《Microalgae-based hydrogel drug delivery system for treatment of gouty arthritis with alleviated colchicine side effects》為題發(fā)表于《Bioactive Materials》上。
本研究開發(fā)了一種Eug-Col@Fucar水凝膠系統(tǒng)，用于共同傳遞Eug和Col，制得了更加穩(wěn)定和均勻的制劑。該水凝膠通過將巖藻糖（Fuc）與不同濃度的卡拉膠（Car）混合，誘導(dǎo)凝膠化。結(jié)果表明，隨著卡拉膠濃度的增加，水凝膠展現(xiàn)了良好的剪切變稀特性和可注射性，并且凝膠的彈性得到了顯著增強。掃描電子顯微鏡（SEM）圖像顯示，巖藻糖和卡拉膠通過協(xié)同作用形成了致密的凝膠網(wǎng)絡(luò)，且隨著卡拉膠濃度的增加，凝膠孔徑減小，從而提高了凝膠的強度和穩(wěn)定性。Eug-Col復(fù)合物成功地被包載進Fucar水凝膠中，并且在加載后水凝膠呈現(xiàn)綠色，顯示出優(yōu)良的可注射性。體外藥物釋放實驗表明，Eug-Col@Fucar能夠有效保護Col免受胃酸的降解，允許在小腸中進行控制釋放，從而提高了Col的生物利用度并減少了胃腸道毒性。總體來說，F(xiàn)ucar水凝膠系統(tǒng)對于Eug和Col的口服遞送是一個有效的載體。
圖1. Eug-Col@Fucar的合成與表征。(A) Eug-Col@Fucar合成示意圖(B)不同濃度的Fucar水凝膠。(C) Fucar 3和Fucar 4的代表性SEM圖像。(D) Eug冷凍照片和Eug的代表性SEM圖像。(E) 代表Eug的亮場和(F)熒光圖像。(G) Eug-Col溶液的載藥效率和包封效率。(H) Eug-Col的照片溶液，Col溶液，F(xiàn)ucar 4水凝膠，Eug-Col@Fucar水凝膠。(I) Eug-Col@Fucar的可注射性。(J) Eug-Col@Fucar具有代表性的SEM圖像低倍放大（左）和高倍放大（右）下。紅色:Fucar。綠色:Eug-Col。(K) Eug-Col@Fucar 4在低放大（左）和高倍放大（右）下的代表性SEM圖像。紅色:Fucar。綠色:Eug-Col。(L) Eug的紫外-可見吸收光譜，(M) Zeta電位，(N) FTIR光譜；Col，F(xiàn)ucar和Eug-Col@Fucar。(O)Eug-Col@Fucar在不同pH值下PBS中的累積Col釋放量。
(2)Eug-Col@Fucar的體外生物相容性及抗氧化作用
Eug（一種富含抗氧化成分的微藻）與Col（治療痛風(fēng)的臨床藥物）在Fucar水凝膠載體中協(xié)同作用，能夠顯著增強細(xì)胞活力，并減輕Col的細(xì)胞毒性。Eug和Fucar顯示了良好的生物兼容性，并促進了細(xì)胞的增殖。Eug在清除自由基方面表現(xiàn)優(yōu)異，并與Col一起對抗氧化應(yīng)激提供保護。此外，Eug-Col@Fucar系統(tǒng)在體外實驗中有效地清除了過氧化氫和自由基，且在LPS誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激中顯著減少了ROS的生成，表現(xiàn)出較強的抗氧化作用。總體而言，Eug-Col@Fucar不僅具有較強的抗氧化能力，還能夠有效減少氧化損傷，具有在治療炎癥性疾病中的應(yīng)用前景。
圖2.體外生物相容性及抗氧化作用評價。(A)用CCK8法測定不同濃度的Eug、Col、Fucar和Eug-Col@Fucar處理RAW264.7細(xì)胞24小時、48小時和72小時細(xì)胞活力。(B)用Eug、Col、Fucar和Eug-Col@Fucar處理RAW264.7細(xì)胞24小時的活死染色。(C) ABTS自由基清除實驗示意圖。(D) TMB法檢測過氧化物酶活性示意圖。(E)不同材料對ABTS自由基的清除效率。(F)不同處理后650 nm oxTMB吸光度。(G)不同處理后RAW 264.7細(xì)胞胞內(nèi)ROS生成的DCFH-DA染色。(H) RAW 264.7細(xì)胞胞內(nèi)ROS熒光強度定量。(I)不同處理后RAW 264.7細(xì)胞ROS生成的流式細(xì)胞術(shù)分析。(J)流式細(xì)胞術(shù)分析中平均熒光強度的定量。
(3)Eug-Col@Fucar巨噬細(xì)胞重編程和體外抗炎能力的研究
Eug-Col@Fucar系統(tǒng)在治療痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎（GA）中具有潛力。研究表明，Eug-Col@Fucar能夠顯著誘導(dǎo)小鼠巨噬細(xì)胞從M1型（促炎性）轉(zhuǎn)變?yōu)镸2型（抗炎性），并且通過這種轉(zhuǎn)化有效地抑制了炎癥反應(yīng)。實驗中，Eug-Col@Fucar顯著提高了M2型巨噬細(xì)胞的比例，減少了M1型巨噬細(xì)胞的比例，從而降低了與痛風(fēng)相關(guān)的炎癥因子（如TNF-α、IL-6、IL-1β）的表達。與Eug、Col、Fucar單獨處理相比，Eug-Col@Fucar表現(xiàn)出更強的抗炎作用，能夠有效抑制M1型標(biāo)志基因的表達，并增強M2型標(biāo)志基因的表達。因此，Eug-Col@Fucar系統(tǒng)能夠有效重編程巨噬細(xì)胞，轉(zhuǎn)化為抗炎性的M2型巨噬細(xì)胞，為痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的治療提供了一種理想的生物材料。
圖3. 巨噬細(xì)胞重編程及體外抗炎能力評價。(A)巨噬細(xì)胞重編程示意圖。(B) Eug、Col、Fucar和Eug-Col@Fucar處理后的M1和M2巨噬細(xì)胞比例的流式細(xì)胞術(shù)分析。(C)免疫熒光染色和(D) Eug-Col@Fucar處理后CD86 （M1標(biāo)記，紅色）和CD206 （M2標(biāo)記，綠色）的定量。(e) qPCR檢測M1巨噬細(xì)胞基因（TNF-α、IL-6、NLRP3、IL-1β和iNOS）的表達。(J) qPCR檢測M2巨噬細(xì)胞基因（IL-10）的表達。(K) 不同處理后TNF-α（綠色）的免疫熒光染色。(L) TNF-α的相對熒光強度定量。(M)不同處理后IL-6（綠色）的免疫熒光染色。(N)定量IL-6的相對熒光強度。
(4)Eug-Col@Fucar的熒光成像性質(zhì)及生物分布
Eug-Col@Fucar在口服給藥后的生物分布研究表明，該復(fù)合材料能夠有效延長藥物在體內(nèi)的滯留時間，促進藥物的吸收并增強治療效果。通過熒光成像觀察發(fā)現(xiàn)，Eug-Col@Fucar主要分布在小腸，尤其是回腸，并且在24小時內(nèi)，Eug-Col@Fucar在小腸的熒光信號強度和持續(xù)時間顯著高于自由的Eug和Col。此外，未在主要器官（如心臟、肝臟、脾臟、肺和腎臟）中檢測到Eug積聚，說明Eug-Col@Fucar在口服后主要在胃腸道內(nèi)發(fā)揮作用。通過定量分析發(fā)現(xiàn)，雖然Fucar涂層使FITC的熒光強度有所降低，但Eug-Col@Fucar組在24小時后的信號更為顯著，表明Col的滯留時間得到了延長。凍切片的腸道組織進一步證明了Eug-Col@Fucar能夠有效地保持Eug和Col的熒光信號，且與單獨使用Eug和Col的組相比，表現(xiàn)出更強的熒光。在降解過程方面，Eug-Col@Fucar在胃腸道內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的生物降解性。其在小腸和盲腸逐漸解體，到達結(jié)腸時幾乎完全降解，證明了其良好的生物可降解性。綜上所述，Eug-Col@Fucar能夠有效延長藥物在體內(nèi)的滯留時間，增強藥物吸收，并且具有優(yōu)異的生物降解性，顯示出其作為口服給藥系統(tǒng)的潛力。
圖4. Eug-FITC@Fucar的熒光成像及生物分布。(A) 在Eug通道和FITC通道下，F(xiàn)ITC、Eug和Eug-FITC@Fucar的體外熒光成像(B) 分別在Eug通道和FITC通道下口服FITC、Eug或Eug-FITC@Fucar（等量FITC或Eug） 0、1、2、4、6和24小時小鼠主要器官（心、肝、脾、肺、腎和胃腸道）的代表性熒光圖像。(C) Eug通道和(D) FITC通道下各時間點的熒光定量。(E) 小鼠灌胃后。Eug 、FITC和Eug-FITC@Fucar后同一位置腸道組織冷凍切片的代表性熒光圖像。(F) 灌胃Eug-Col@Fucar后小鼠腸道組織代表性SEM（下）和偽彩色SEM（上）圖像。(G) 小鼠胃腸道不同部位內(nèi)容物代表性亮場顯微鏡圖像（上）、熒光圖像（中）和SEM圖像（下）。
(5)Eug-Col@Fucar治療急性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的療效
Eug-Col@Fucar在高尿酸血癥（HUA）誘導(dǎo)的痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎（GA）小鼠模型中表現(xiàn)出了顯著的治療效果。與模型組相比，Eug-Col@Fucar組在減輕關(guān)節(jié)腫脹、緩解機械性痛覺過敏、改善步態(tài)以及減輕骨損傷方面表現(xiàn)更為顯著。特別是，Eug-Col@Fucar組在48小時后，關(guān)節(jié)腫脹程度與對照組相近，遠(yuǎn)優(yōu)于單獨使用Eug、Col和Fucar的組。此外，Eug-Col@Fucar組的尿酸水平顯著低于模型組，而Col組的尿酸水平未能顯著降低。Eug-Col@Fucar通過持續(xù)釋放Eug和Col，有效減輕了由MSU結(jié)晶引起的痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的癥狀，并改善了小鼠的步態(tài)障礙。Micro CT分析顯示，Eug-Col@Fucar組在關(guān)節(jié)骨損傷方面明顯優(yōu)于模型組，證明其具有保護骨骼的作用。總的來說，Eug-Col@Fucar不僅能夠降低血清尿酸濃度，還能減輕關(guān)節(jié)炎癥、緩解痛感、改善步態(tài)障礙，并具有潛力作為治療痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的雙重療法。
圖5. Eug-Col@Fucar對MSU誘導(dǎo)GA伴HUA的治療作用。(A) 治療過程示意圖。(B) 注射后6、24、48 h，不同治療組GA小鼠右腳踝代表性照片。(C) PBS、Eug、Col、Fucar和Eug-Col@Fucar在關(guān)鍵時間點（2、4、6、24和48 h） GA小鼠關(guān)節(jié)直徑的變化。(D) 處理期間小鼠體重。(E) 用Eug、Col、Fucar和Eug-Col@Fucar處理的HUA小鼠血清UA水平。(F) 不同組分別在6 h和24 h的步態(tài)分析結(jié)果。虛線表示步幅。(G) 定量分析不同組痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎小鼠在6 h和24 h時的相對步長。(H) 對照組、模型組、Eug組、Col組、Fucar組和Eug-Col@Fucar組50% PWT分別在6 h和24 h時的變化。(I) 對照組、模型組和Eug-Col@Fucar組踝關(guān)節(jié)代表性顯微CT圖像。
(6)對MSU誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激和NLRP3介導(dǎo)的體內(nèi)炎癥的抑制作用
Eug-Col@Fucar的抗炎效果：Eug-Col@Fucar顯著減少了痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎（GA）小鼠模型中關(guān)節(jié)的中性粒細(xì)胞和M1型巨噬細(xì)胞的數(shù)量，表現(xiàn)出強大的抗炎潛力。與模型組相比，Eug-Col@Fucar組在減輕炎癥和細(xì)胞浸潤方面效果顯著。Eug-Col@Fucar通過顯著減少NLRP3炎癥小體的表達，抑制了MSU結(jié)晶引起的炎癥反應(yīng)。Western blot分析顯示，Eug-Col@Fucar顯著降低了NLRP3、活化的Caspase-1、ASC和IL-1β的過度表達，證明其對NLRP3炎癥小體的抑制作用。
圖6. Eug-Col@Fucar對踝關(guān)節(jié)的抗炎作用。(A) 低倍放大（上）和高倍放大（下）踝關(guān)節(jié)H&E染色。(B)每個觀察場浸潤炎性細(xì)胞數(shù)的陽性分析。(C) 低（上）和高（下）放大下踝關(guān)節(jié)NLRP3的免疫熒光染色。(D) 踝關(guān)節(jié)NLRP3熒光定量分析。(E)低倍放大（上）和高倍放大（下）踝關(guān)節(jié)IL-1β免疫熒光染色。(F) 踝關(guān)節(jié)組織IL-1β熒光定量分析。(G) 不同處理后踝關(guān)節(jié)組織NLRP3和IL-1β水平的Western blot分析。(H) 踝關(guān)節(jié)組織中IL-1β和NLRP3蛋白水平的定量分析。(I) 不同處理后踝關(guān)節(jié)組織中ASC和Caspase 1蛋白水平的Western blot分析。(J) 踝關(guān)節(jié)組織中ASC和Caspase 1蛋白水平的定量分析。
(7)對秋水仙堿相關(guān)不良反應(yīng)的保護作用
Col的毒性與副作用：Col的治療劑量接近其毒性劑量，最常見的毒性表現(xiàn)為胃腸道副作用，如惡心、嘔吐和腹瀉。在GA治療過程中，Col處理的小鼠體重顯著下降，這可能與其毒性相關(guān)。Col處理導(dǎo)致胃和肝臟的器官指數(shù)顯著增加，提示可能引起胃和肝臟組織的病理改變。而在將Col與Fucar共同封裝形成Eug-Col@Fucar后，這兩者的器官指數(shù)恢復(fù)正常，表明Eug-Col@Fucar能夠減輕Col對胃和肝臟的損傷。Col處理導(dǎo)致結(jié)腸長度縮短，并顯著減少了緊密連接蛋白Occludin、Claudin-1和ZO-1的表達，表明Col可能損害了腸道屏障功能。而Eug-Col@Fucar能夠顯著恢復(fù)這些緊密連接蛋白的表達，修復(fù)腸道屏障功能。Col組的小鼠胃粘膜上皮細(xì)胞喪失，結(jié)腸組織的杯狀細(xì)胞分泌減少，導(dǎo)致結(jié)腸屏障通透性增加。此外，Col處理還導(dǎo)致肝細(xì)胞輕微的顆粒變形和細(xì)胞質(zhì)松弛。通過HE染色可以看到，Col引起的這些胃腸道和肝臟損傷在Eug-Col@Fucar的治療下得到了明顯改善。
圖7. Eug-Col@Fucar減少秋水仙堿的胃腸道副作用。(A)在Control、Col、和Eug-Col@Fucar組的主要器官的器官指數(shù),包括肝、胃、脾、腎。(B)不同組小鼠盲腸和結(jié)腸組織中的解剖照片。(C) 結(jié)腸長度定量。(D) RT-qPCR 分析Occludin, Claudin-1,和ZO-1表達水平。(E) ,不同組小鼠結(jié)腸組織Occludin(綠色)的Claudin-1（黃色）和ZO-1（紅色）的熒光圖片。不同處理后結(jié)腸組織(F) Occludin、(G) Claudin-1、(H) ZO-1熒光定量分析。(I) Control組、Col組、Eug-Col@Fucar組結(jié)腸黏膜高度定量分析（n = 4）。(J)不同組胃、小腸、結(jié)腸、肝臟組織代表性H&E染色圖像。
(8)調(diào)節(jié)膽汁酸代謝
Col（生物堿）通過影響膽汁酸的代謝，引起了肝臟損傷和膽汁淤積。Col治療導(dǎo)致膽汁酸的積累，特別是石膽酸（LCA）和牛磺酸鞘磷脂酸鈉（TCA）的水平顯著增加，這與肝毒性相關(guān)。LCA在體內(nèi)過量時，能夠干擾膽汁酸的轉(zhuǎn)運，導(dǎo)致膽汁酸在肝臟中的積累，從而引發(fā)肝臟損傷。
然而，Eug-Col@Fucar（由Fucar和Eug組成的復(fù)合物）能夠部分緩解Col引起的膽汁淤積。Eug-Col@Fucar通過調(diào)節(jié)膽汁酸相關(guān)受體的表達，促進膽汁酸代謝，改善膽汁酸的分泌，減輕肝臟損傷。因此，Eug-Col@Fucar在調(diào)節(jié)膽汁酸代謝和改善肝功能方面顯示出一定的治療潛力。
圖8. Eug-Col@Fucar恢復(fù)膽汁酸代謝物譜。(A) Control組、Col組和Eug-Col@Fucar組的PLS-DA評分圖。(B) 不同組膽汁酸相對豐度的群落熱圖分析。(C) 不同組糞便中LCA、TCA、α - mca、isoLCA、12-ketoLCA、DCA、TDCA、CDCA和UDCA的濃度。(D) 火山圖反映了Col組和Eug-Col@Fucar組之間代謝物的差異。(E) 對照組、Col組和Eug-Col@Fucar組差異代謝物的KEGG通路富集分析。
(9)調(diào)節(jié)膽汁酸代謝
通過口服給藥Eug、Col、Fucar和Eug-Col@Fucar，并進行血液和組織學(xué)分析，研究評估了體內(nèi)生物相容性。各組的常規(guī)血液分析參數(shù)均在正常范圍內(nèi)，治療組與健康對照組之間沒有顯著差異。然而，Col組在兩個肝功能指標(biāo)（TBA和ALT）上出現(xiàn)了顯著差異，特別是TBA含量的增加與膽汁酸代謝分析的結(jié)果一致，表明長期使用Col可能導(dǎo)致膽汁酸在肝臟中的積累。此外，心臟、脾臟、肺和腎臟的組織切片中未發(fā)現(xiàn)明顯的損傷或病理變化。Col組肝臟出現(xiàn)輕度的肝細(xì)胞水腫和變性，而其他組的肝臟未見明顯病理變化。結(jié)果表明，F(xiàn)ucar二元多糖水凝膠能夠有效減少Col的長期毒性。
圖9. 口服生物安全性評價Eug-Col@Fucar。(A)不同處理后小鼠血常規(guī)及生化分析（n = 5）。白細(xì)胞（WBC）；紅細(xì)胞；血紅蛋白,血紅蛋白;MCV，平均細(xì)胞體積；MCH，平均紅細(xì)胞血紅蛋白；MCHC，平均紅細(xì)胞血紅蛋白濃度；HCT、血細(xì)胞比容;RDW，紅細(xì)胞分布寬度；PLT：血小板；MPV，平均血小板體積；TBA：總膽汁酸；谷草轉(zhuǎn)氨酶。(B)主要臟器（心、肝、脾、肺、腎）的H&E染色。
本研究成功開發(fā)了Eug-Col@Fucar水凝膠系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用Fucar載載Eug-Col復(fù)合物。該水凝膠系統(tǒng)有效減少了細(xì)胞毒性，清除自由基和活性氧，促進了細(xì)胞向M2型抗炎表型的極化，并抑制了炎癥因子的釋放。此外，Eug-Col@Fucar水凝膠通過在腸道環(huán)境中持續(xù)釋放藥物，顯著提高了藥物的口服生物利用度。同時，Eug-Col@Fucar通過抑制NLRP3-IL1β途徑，穩(wěn)定并增強了抗炎效果。因此，重編程的抗炎微環(huán)境有效抑制了炎癥反應(yīng)，緩解了GA小鼠的踝關(guān)節(jié)腫脹和關(guān)節(jié)疼痛。此外，Eug-Col@Fucar有效緩解了Col引起的胃腸副作用，如胃腸組織緊密連接受損和胃絨毛喪失。由于其富含多糖的組成，Eug-Col@Fucar水凝膠系統(tǒng)還改善了膽汁酸代謝，從而減輕了Col引起的肝毒性。除了顯著的療效外，Eug-Col@Fucar還表現(xiàn)出優(yōu)異的生物安全性，適合長期應(yīng)用。總之，本研究開發(fā)了一種新型水凝膠遞送系統(tǒng)，能夠增強藥物在GA治療中的療效，同時減輕Col長期臨床應(yīng)用所帶來的不良反應(yīng)。Eug-Col@Fucar為GA治療提供了一種有前景的策略，并具有廣泛的臨床應(yīng)用潛力。
論文第一作者為浙江大學(xué)博士生劉笑陽和浙江大學(xué)愛丁堡大學(xué)聯(lián)合學(xué)院博士后董佳，浙江大學(xué)周民教授為論文的通訊作者。上述研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目、浙江省領(lǐng)軍創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊引進計劃等基金項目的大力支持。
全文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452199X25002154
針對上述問題，浙江大學(xué)州民教授團隊開發(fā)了一種基于開發(fā)了一種基于裸藻(Eug)、秋水仙堿(Col)和巖藻糖卡拉膠復(fù)合物(Fucar)的口服水凝膠系統(tǒng)(Eug-Col@Fucar) 將裸藻的尿酸吸附特性、巖藻糖卡拉膠復(fù)合物的腸道保護功能與秋水仙堿的抗炎作用有機結(jié)合。首次實現(xiàn)了"降尿酸-抗炎-消化系統(tǒng)保護"三位一體協(xié)同治療，為痛風(fēng)患者提供了更安全高效的治療方案。實驗結(jié)果表明，Eug-Col@Fucar能有效降低血清尿酸水平，清除自由基和活性氧（ROS），促進巨噬細(xì)胞向M2型抗炎表型極化，抑制NLRP3-IL-1β信號通路，從而改善痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎。此外，該系統(tǒng)顯著緩解了秋水仙堿引起的胃腸道不良反應(yīng)，如胃腸絨毛結(jié)構(gòu)異常和屏障通透性增加等問題。由于富含多糖成分，該水凝膠系統(tǒng)還能改善膽汁酸代謝，從而減輕秋水仙堿誘導(dǎo)的肝毒性。此外，安全性評估也證實了該復(fù)合物的良好生物相容性，為未來臨床應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
該文章近期以《Microalgae-based hydrogel drug delivery system for treatment of gouty arthritis with alleviated colchicine side effects》為題發(fā)表于《Bioactive Materials》上。
(1)Eug-Col@Fucar的合成和表征
本研究開發(fā)了一種Eug-Col@Fucar水凝膠系統(tǒng)，用于共同傳遞Eug和Col，制得了更加穩(wěn)定和均勻的制劑。該水凝膠通過將巖藻糖（Fuc）與不同濃度的卡拉膠（Car）混合，誘導(dǎo)凝膠化。結(jié)果表明，隨著卡拉膠濃度的增加，水凝膠展現(xiàn)了良好的剪切變稀特性和可注射性，并且凝膠的彈性得到了顯著增強。掃描電子顯微鏡（SEM）圖像顯示，巖藻糖和卡拉膠通過協(xié)同作用形成了致密的凝膠網(wǎng)絡(luò)，且隨著卡拉膠濃度的增加，凝膠孔徑減小，從而提高了凝膠的強度和穩(wěn)定性。Eug-Col復(fù)合物成功地被包載進Fucar水凝膠中，并且在加載后水凝膠呈現(xiàn)綠色，顯示出優(yōu)良的可注射性。體外藥物釋放實驗表明，Eug-Col@Fucar能夠有效保護Col免受胃酸的降解，允許在小腸中進行控制釋放，從而提高了Col的生物利用度并減少了胃腸道毒性。總體來說，F(xiàn)ucar水凝膠系統(tǒng)對于Eug和Col的口服遞送是一個有效的載體。
(2)Eug-Col@Fucar的體外生物相容性及抗氧化作用
Eug（一種富含抗氧化成分的微藻）與Col（治療痛風(fēng)的臨床藥物）在Fucar水凝膠載體中協(xié)同作用，能夠顯著增強細(xì)胞活力，并減輕Col的細(xì)胞毒性。Eug和Fucar顯示了良好的生物兼容性，并促進了細(xì)胞的增殖。Eug在清除自由基方面表現(xiàn)優(yōu)異，并與Col一起對抗氧化應(yīng)激提供保護。此外，Eug-Col@Fucar系統(tǒng)在體外實驗中有效地清除了過氧化氫和自由基，且在LPS誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激中顯著減少了ROS的生成，表現(xiàn)出較強的抗氧化作用。總體而言，Eug-Col@Fucar不僅具有較強的抗氧化能力，還能夠有效減少氧化損傷，具有在治療炎癥性疾病中的應(yīng)用前景。
(3)Eug-Col@Fucar巨噬細(xì)胞重編程和體外抗炎能力的研究
Eug-Col@Fucar系統(tǒng)在治療痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎（GA）中具有潛力。研究表明，Eug-Col@Fucar能夠顯著誘導(dǎo)小鼠巨噬細(xì)胞從M1型（促炎性）轉(zhuǎn)變?yōu)镸2型（抗炎性），并且通過這種轉(zhuǎn)化有效地抑制了炎癥反應(yīng)。實驗中，Eug-Col@Fucar顯著提高了M2型巨噬細(xì)胞的比例，減少了M1型巨噬細(xì)胞的比例，從而降低了與痛風(fēng)相關(guān)的炎癥因子（如TNF-α、IL-6、IL-1β）的表達。與Eug、Col、Fucar單獨處理相比，Eug-Col@Fucar表現(xiàn)出更強的抗炎作用，能夠有效抑制M1型標(biāo)志基因的表達，并增強M2型標(biāo)志基因的表達。因此，Eug-Col@Fucar系統(tǒng)能夠有效重編程巨噬細(xì)胞，轉(zhuǎn)化為抗炎性的M2型巨噬細(xì)胞，為痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的治療提供了一種理想的生物材料。
(4)Eug-Col@Fucar的熒光成像性質(zhì)及生物分布
Eug-Col@Fucar在口服給藥后的生物分布研究表明，該復(fù)合材料能夠有效延長藥物在體內(nèi)的滯留時間，促進藥物的吸收并增強治療效果。通過熒光成像觀察發(fā)現(xiàn)，Eug-Col@Fucar主要分布在小腸，尤其是回腸，并且在24小時內(nèi)，Eug-Col@Fucar在小腸的熒光信號強度和持續(xù)時間顯著高于自由的Eug和Col。此外，未在主要器官（如心臟、肝臟、脾臟、肺和腎臟）中檢測到Eug積聚，說明Eug-Col@Fucar在口服后主要在胃腸道內(nèi)發(fā)揮作用。通過定量分析發(fā)現(xiàn)，雖然Fucar涂層使FITC的熒光強度有所降低，但Eug-Col@Fucar組在24小時后的信號更為顯著，表明Col的滯留時間得到了延長。凍切片的腸道組織進一步證明了Eug-Col@Fucar能夠有效地保持Eug和Col的熒光信號，且與單獨使用Eug和Col的組相比，表現(xiàn)出更強的熒光。在降解過程方面，Eug-Col@Fucar在胃腸道內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的生物降解性。其在小腸和盲腸逐漸解體，到達結(jié)腸時幾乎完全降解，證明了其良好的生物可降解性。綜上所述，Eug-Col@Fucar能夠有效延長藥物在體內(nèi)的滯留時間，增強藥物吸收，并且具有優(yōu)異的生物降解性，顯示出其作為口服給藥系統(tǒng)的潛力。
(5)Eug-Col@Fucar治療急性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的療效
Eug-Col@Fucar在高尿酸血癥（HUA）誘導(dǎo)的痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎（GA）小鼠模型中表現(xiàn)出了顯著的治療效果。與模型組相比，Eug-Col@Fucar組在減輕關(guān)節(jié)腫脹、緩解機械性痛覺過敏、改善步態(tài)以及減輕骨損傷方面表現(xiàn)更為顯著。特別是，Eug-Col@Fucar組在48小時后，關(guān)節(jié)腫脹程度與對照組相近，遠(yuǎn)優(yōu)于單獨使用Eug、Col和Fucar的組。此外，Eug-Col@Fucar組的尿酸水平顯著低于模型組，而Col組的尿酸水平未能顯著降低。Eug-Col@Fucar通過持續(xù)釋放Eug和Col，有效減輕了由MSU結(jié)晶引起的痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的癥狀，并改善了小鼠的步態(tài)障礙。Micro CT分析顯示，Eug-Col@Fucar組在關(guān)節(jié)骨損傷方面明顯優(yōu)于模型組，證明其具有保護骨骼的作用。總的來說，Eug-Col@Fucar不僅能夠降低血清尿酸濃度，還能減輕關(guān)節(jié)炎癥、緩解痛感、改善步態(tài)障礙，并具有潛力作為治療痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的雙重療法。
(6)對MSU誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激和NLRP3介導(dǎo)的體內(nèi)炎癥的抑制作用
Eug-Col@Fucar的抗炎效果：Eug-Col@Fucar顯著減少了痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎（GA）小鼠模型中關(guān)節(jié)的中性粒細(xì)胞和M1型巨噬細(xì)胞的數(shù)量，表現(xiàn)出強大的抗炎潛力。與模型組相比，Eug-Col@Fucar組在減輕炎癥和細(xì)胞浸潤方面效果顯著。Eug-Col@Fucar通過顯著減少NLRP3炎癥小體的表達，抑制了MSU結(jié)晶引起的炎癥反應(yīng)。Western blot分析顯示，Eug-Col@Fucar顯著降低了NLRP3、活化的Caspase-1、ASC和IL-1β的過度表達，證明其對NLRP3炎癥小體的抑制作用。
(7)對秋水仙堿相關(guān)不良反應(yīng)的保護作用
Col的毒性與副作用：Col的治療劑量接近其毒性劑量，最常見的毒性表現(xiàn)為胃腸道副作用，如惡心、嘔吐和腹瀉。在GA治療過程中，Col處理的小鼠體重顯著下降，這可能與其毒性相關(guān)。Col處理導(dǎo)致胃和肝臟的器官指數(shù)顯著增加，提示可能引起胃和肝臟組織的病理改變。而在將Col與Fucar共同封裝形成Eug-Col@Fucar后，這兩者的器官指數(shù)恢復(fù)正常，表明Eug-Col@Fucar能夠減輕Col對胃和肝臟的損傷。Col處理導(dǎo)致結(jié)腸長度縮短，并顯著減少了緊密連接蛋白Occludin、Claudin-1和ZO-1的表達，表明Col可能損害了腸道屏障功能。而Eug-Col@Fucar能夠顯著恢復(fù)這些緊密連接蛋白的表達，修復(fù)腸道屏障功能。Col組的小鼠胃粘膜上皮細(xì)胞喪失，結(jié)腸組織的杯狀細(xì)胞分泌減少，導(dǎo)致結(jié)腸屏障通透性增加。此外，Col處理還導(dǎo)致肝細(xì)胞輕微的顆粒變形和細(xì)胞質(zhì)松弛。通過HE染色可以看到，Col引起的這些胃腸道和肝臟損傷在Eug-Col@Fucar的治療下得到了明顯改善。
(8)調(diào)節(jié)膽汁酸代謝
Col（生物堿）通過影響膽汁酸的代謝，引起了肝臟損傷和膽汁淤積。Col治療導(dǎo)致膽汁酸的積累，特別是石膽酸（LCA）和牛磺酸鞘磷脂酸鈉（TCA）的水平顯著增加，這與肝毒性相關(guān)。LCA在體內(nèi)過量時，能夠干擾膽汁酸的轉(zhuǎn)運，導(dǎo)致膽汁酸在肝臟中的積累，從而引發(fā)肝臟損傷。
然而，Eug-Col@Fucar（由Fucar和Eug組成的復(fù)合物）能夠部分緩解Col引起的膽汁淤積。Eug-Col@Fucar通過調(diào)節(jié)膽汁酸相關(guān)受體的表達，促進膽汁酸代謝，改善膽汁酸的分泌，減輕肝臟損傷。因此，Eug-Col@Fucar在調(diào)節(jié)膽汁酸代謝和改善肝功能方面顯示出一定的治療潛力。
(9)調(diào)節(jié)膽汁酸代謝
通過口服給藥Eug、Col、Fucar和Eug-Col@Fucar，并進行血液和組織學(xué)分析，研究評估了體內(nèi)生物相容性。各組的常規(guī)血液分析參數(shù)均在正常范圍內(nèi)，治療組與健康對照組之間沒有顯著差異。然而，Col組在兩個肝功能指標(biāo)（TBA和ALT）上出現(xiàn)了顯著差異，特別是TBA含量的增加與膽汁酸代謝分析的結(jié)果一致，表明長期使用Col可能導(dǎo)致膽汁酸在肝臟中的積累。此外，心臟、脾臟、肺和腎臟的組織切片中未發(fā)現(xiàn)明顯的損傷或病理變化。Col組肝臟出現(xiàn)輕度的肝細(xì)胞水腫和變性，而其他組的肝臟未見明顯病理變化。結(jié)果表明，F(xiàn)ucar二元多糖水凝膠能夠有效減少Col的長期毒性。
本研究成功開發(fā)了Eug-Col@Fucar水凝膠系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用Fucar載載Eug-Col復(fù)合物。該水凝膠系統(tǒng)有效減少了細(xì)胞毒性，清除自由基和活性氧，促進了細(xì)胞向M2型抗炎表型的極化，并抑制了炎癥因子的釋放。此外，Eug-Col@Fucar水凝膠通過在腸道環(huán)境中持續(xù)釋放藥物，顯著提高了藥物的口服生物利用度。同時，Eug-Col@Fucar通過抑制NLRP3-IL1β途徑，穩(wěn)定并增強了抗炎效果。因此，重編程的抗炎微環(huán)境有效抑制了炎癥反應(yīng)，緩解了GA小鼠的踝關(guān)節(jié)腫脹和關(guān)節(jié)疼痛。此外，Eug-Col@Fucar有效緩解了Col引起的胃腸副作用，如胃腸組織緊密連接受損和胃絨毛喪失。由于其富含多糖的組成，Eug-Col@Fucar水凝膠系統(tǒng)還改善了膽汁酸代謝，從而減輕了Col引起的肝毒性。除了顯著的療效外，Eug-Col@Fucar還表現(xiàn)出優(yōu)異的生物安全性，適合長期應(yīng)用。總之，本研究開發(fā)了一種新型水凝膠遞送系統(tǒng)，能夠增強藥物在GA治療中的療效，同時減輕Col長期臨床應(yīng)用所帶來的不良反應(yīng)。Eug-Col@Fucar為GA治療提供了一種有前景的策略，并具有廣泛的臨床應(yīng)用潛力。
論文第一作者為浙江大學(xué)博士生劉笑陽和浙江大學(xué)愛丁堡大學(xué)聯(lián)合學(xué)院博士后董佳，浙江大學(xué)周民教授為論文的通訊作者。上述研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目、浙江省領(lǐng)軍創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊引進計劃等基金項目的大力支持。
全文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452199X25002154
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