广谱活性氧清除性多功能纳米载体的构建及其释药系统靶向防治中性粒细胞哮喘的研究

It is estimated that as many as 300 million people are suffering from asthma which is a chronic respiratory disease with heterogeneity. Neutrophilic asthma (NA) constitutes a large proportion of all asthma phenotypes, but the treatment with corticosteroids is found to be ineffective. This might be attributed to the excessive production of reactive oxygen species (ROS) which reduces the activity of glucocorticoids. And the lack of safe, effective antioxidants with efficient targeting capability to the lesion of NA is the key issue limiting the progress in this field. In previous studies, we have successfully developed a TPCD NP with broad-spectrum ROS scavenging properties which showed effective treatment efficacy on a variety of acute and chronic inflammation and oxidative stress-related diseases. Based on abovementioned results, this project is intending to explore the passive targeting efficacy of TPCD nanoparticles and its treatment effects on NA by scavenging ROS. Subsequently, the targeting unit will be introduced on the surface of TPCD NP and the effect of the targeting pattern on the treatment of NA will be clarified. Moreover, formoterol with bronchiectasis activity will be loaded into TPCD targeting nanoparticles, the potential synergy of this multifunctional targeting nanotherapies to treat NA will be evaluated, and the preliminary mechanism will also be revealed. This project may provide new strategies and potential new drugs for targeted treatment of NA, and bring new prospective in the targeted treatment of other inflammatory lung diseases.

哮喘是一种常见的异质性慢性呼吸系统疾病，全球患者达3亿。哮喘患者中相当一部分为中性粒细胞哮喘（NA），但目前临床常用的糖皮质激素在NA防治中疗效不佳。研究表明NA病灶局部产生的大量活性氧（ROS）会降低糖皮质激素的活性，而缺乏安全、高效且能够靶向至NA病灶部位的抗氧化剂是其临床防治面临的主要瓶颈问题。申请人近期研究发现，以具有广谱ROS清除性能的材料（TPCD）构建的纳米粒能有效防治多种急慢性炎症和氧化应激相关的疾病。基于此，本项目拟首先探索TPCD纳米粒通过清除ROS而被动靶向治疗NA的有效性，并通过在其表面引入靶向单元阐明靶向方式对NA防治效果的影响；进而将具有支气管扩张活性的模型药物福莫特罗载入TPCD靶向纳米粒中，揭示该多功能靶向纳米药物防治NA的潜在协同作用，并初步探讨其机制。项目的实施能够为靶向防治NA提供新策略和潜在新药物，为靶向治疗其他炎性肺部疾病提供新的研究思路。

哮喘是以气道炎症和结构重塑为特征的全球第二大常见的慢性肺部疾病,导致了严重的公共卫生问题并引起了巨大的社会经济负担。在哮喘患者中，严重哮喘患者约占3%-10%，主要以中性粒细胞浸润为主。目前，临床用于哮喘治疗的药物对中性粒细胞哮喘效果不佳，且大多数具有耐药性或不良反应。基于此，本课题通过将Tempol和苯硼酸频哪醇酯共价连接到环糊精上成功构建了广谱活性氧清除性纳米粒TPCN，通过被动靶向抑制病灶部位的氧化应激和炎症，实现NA的靶向防治；而在TPCN纳米粒外周修饰线粒体靶向单元制备得到的线粒体靶向性纳米粒TTPCN，可通过提高靶向作用增强其防治NA的疗效；进而在具有主动靶向功能的TTPCN纳米粒中负载临床哮喘防治药物茚达特罗(IND)合成了IND/TPCN，通过纳米载体的靶向抗氧化和抗炎作用、ROS响应性释药、负载药物的抗NA活性实现协同靶向治疗，从而大大提高最终多功能纳米药物靶向防治NA的效果。具体来讲，本课题分别考察了TPCN、TTPCN与IND/TPCN在中性粒细胞哮喘中的靶向效果与治疗作用，并深入探究了其抗中性粒细胞哮喘的作用机制。初步研究发现，TPCN通过静脉注射或雾化吸入均可分布于哮喘小鼠肺中性粒细胞中，从而显著减轻氧化应激，抑制炎症反应，逆转气道重塑，改善肺功能。值得注意的是，即使在实际吸入剂量低至0.063 mg/kg时，TPCN也有较好的疗效。线粒体靶向性纳米粒TTPCN可以同时提高肺部的靶向效率以及体内的治疗效果。另外，负载了临床抗哮喘药物的IND/TPCN不仅具有抗炎、抗氧化和抗气道重塑等功能，还能显著扩张支气管，降低气道阻力，改善肺功能。在从机制上讲，TPCN的治疗效果是通过抑制活性氧诱导的中性粒细胞胞外诱捕网 (neutrophil extracellular traps, NETs)的形成来实现的，NETs通过调节调节性T(Treg)细胞和T辅助17(Th17)细胞之间的平衡来进一步促进免疫稳态。因此，该多功能纳米药物在中性粒细胞性哮喘的精准治疗方面具有很大的前景，而ROS-NETs-Treg/Th17通路可作为治疗严重哮喘和其他中性粒细胞介导的炎症性疾病的有趣治疗靶点。