納米技術在抗幽門螺桿菌治療中應用
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［摘要］幽門螺桿菌(Helicobacterpylori，Hp)是誘發胃炎、消化性潰瘍及胃部惡性腫瘤的重要致病因素之一，它定居于黏液層與胃竇黏膜上皮細胞表面，周圍不僅有高粘度能阻礙藥物分子與細菌接觸的黏液層，還有大量胃酸和胃蛋白酶使作用藥物降解失活。復雜的外部環境和不斷增強的耐藥性使根除Hp變得越來越困難。納米粒子因其粒徑小、易于修飾等特性被廣泛用作藥物載體。將納米技術引入抗Hp的治療不僅能夠增加藥物靶向性，還能夠改善體內藥物分布，減少對正常組織毒副作用，提高治療安全性。文章從Hp的預防、診斷和治療等方面，綜述了納米技術在其中的應用進展，并對其機制進行闡述，為后續抗菌研究提供參考。
幽門螺桿菌(Helicobacterpylori，Hp)被認為是誘發胃炎、消化性潰瘍及胃部惡性腫瘤的重要致病因素之一。目前我國Hp總感染率為56%，盡管美國等發達國家感染率低于40%，但均呈現逐年增加趨勢，已成為全球亟待解決的問題［1－3］。國內外治療Hp感染多采用聯合用藥，如比較成熟的“三聯療法”、“四聯療法”、聯合益生菌及中藥治療等方法。然而，由于Hp耐藥性的增加，使得根除Hp變得越來越困難［4］。盡管對Hp感染進行了多項研究，但仍沒有開發出有效的治療方法來應對抗生素耐藥性［5］。近年來，隨著納米科技的快速發展，帶動了納米材料的大規模開發和應用。特別是納米制劑在促進藥物轉運、改善體內分布及增加靶向性作用等方面展示出獨特的優勢［6］，進而將納米技術引入抗Hp的治療，期望借助納米材料的特殊性質提高藥物作用效果，減少耐藥性的發生，為設計新型、高效的抗Hp藥物或方法提供研究方向。
1納米技術在抗Hp預防中的應用
疫苗被公認是預防感染類疾病的有效策略之一，不僅能從源頭上預防感染、減少抗生素使用，又能大幅減少治療費用。因此，Hp疫苗的研制一直是抗Hp感染的研究熱點，常見的有全菌疫苗、亞單位疫苗、核酸疫苗及聯合疫苗等。然而，由于胃部特殊環境，疫苗抵抗酶分解能力強弱直接關系到其免疫效果的發揮。于是，有研究人員采用帶正電的生物可降解材料包裹核酸疫苗，一方面可以保護質粒不被核酸酶等降解，另一方面粒子能更有效地被黏膜M細胞捕獲，促進免疫應答的發生［7］。曹斌等［8］采用殼聚糖(CS)做載體制備了HpLPP20DNA疫苗，并且分別考察了經滴鼻和口服兩種途徑在模型小鼠體內的作用，試驗結果表明，CS不僅能明顯增強DNA疫苗的黏膜免疫效果，并且滴鼻方式比口服給藥能誘導更強的細胞和體液免疫應答，CS納米粒系統有望成為疫苗鼻腔免疫的新載體。奚濤課題組分別考察了CS－雙核苷酸及HP55/PLGA納米材料對于Hp疫苗促進作用，研究發現，上述疫苗免疫模型小鼠后，其體內抗原特異性抗體的水平、IgG2a/IgG1轉換比率及促炎細胞因子數量均明顯提高;同時，還觀察到強烈的Th1/Th17－型免疫應答，為開發具有抗原保護、緩釋和靶向等功能載體材料提供有力的依據［9－10］。但納米材料制備的Hp疫苗尚處于實驗室研究階段，還沒有臨床方面研究數據。目前，完成了Ⅲ期臨床研究，并獲得新藥證書的Hp疫苗是鄒全明課題組研制的重組Hp疫苗，他們在國際上率先創立了“分子內佐劑亞單位黏膜疫苗”設計原理，試驗結果證明，該疫苗具有良好的安全性、有效性和免疫原性，為黏膜感染病原體新型疫苗研究提供了全新的思路與借鑒［11］。
2納米技術在Hp診斷中的應用
盡管Hp體外檢測方法比較多樣，但有關Hp原位檢測技術仍然存在巨大挑戰，主要是如何克服胃部的強酸及多酶的環境。Li等［12］報道了一種使用磁性石墨納米膠囊(magneticgraphiticnano-capsules，MGNs)用于Hp的原位靶向磁共振成像檢測技術，該項研究不僅采用多層石墨烯殼層結構保護磁芯免受腐蝕，并用硼酸聚乙二醇酯對MGNs進行表面修飾，在Hp誘導感染的小鼠模型中試驗結果表明，其不僅可特異性檢測Hp，還增強了磁共振成像效果，為Hp在體診斷生物成像平臺的建立做了有意義的探索。韓佳穎等［13］以長鏈脂肪酸修飾的Hp表面抗原片段NQA為模板分子，功能單體選擇丙烯酰胺，用N，N'－亞甲基雙丙烯酰胺做交聯劑，設計并合成了抗Hp生物黏附納米粒，研究結果發現，制備的表面印跡納米粒對Hp有特異性識別能力，不僅可用于Hp感染的診斷，還可以作為載體協助藥物穿過胃黏液層而到達Hp存在的部位。
3納米技術在抗Hp治療中的應用
3.1納米顆粒在抗Hp治療中的應用Nazari等［14］
分別考察了鉍的有機鹽和鉍納米粒子對不同臨床分離株和Hp的標準菌株的抗菌作用，研究結果發現，鉍納米粒子的抗菌作用明顯強于鉍離子的作用;機制研究證明，鉍納米粒子的存在會導致某些代謝產物，例如谷氨酸、纈氨酸、甘氨酸和尿嘧啶等從細胞中泄露出來，進而通過干擾三羧酸循環及核苷酸和氨基酸代謝等達到抑制抗Hp活性的作用。林云娟［15］考察了Zn0.5Fe2.5O4@SiO2復合磁性納米顆粒對Hp的抑菌作用，研究結果顯示，該納米顆粒在交變磁場中能夠有效抑制Hp的生長，并且在交變磁場中產生的磁熱效應還能夠増強阿莫西林(AM)對Hp抑菌效果。Gopinath等［16］分別考察了7nm和55nm兩種粒徑金納米顆粒對Hp的抑制作用，數據顯示，兩種粒徑金納米顆粒對Hp及耐藥Hp均有明顯抑制作用，且直徑越大抑菌效果越明顯;進一步研究發現，同樣條件下，不同Hp耐藥菌株對納米金顆粒的敏感性亦不同，其中對HpUM119的抑菌效果最好，55nm金顆粒對其抑菌圈直接可達到12.1mm。
3.2納米材料對光動力抗菌療法抑制Hp生長的促進作用
光動力抗菌療法(photodynamicantimi-crobialchemotherapy，PACT)是基于光、光敏劑和氧三種因素協同作用，借助其引發的系列光化學反應，發揮殺傷微生物作用的一種新抗菌方法。近年來，在局部感染、抗耐藥菌治療等方面均取得較好的效果［6，17］。Choi等［18］報道了CS促進亞甲藍(methyleneblue，MB)介導的PACT對Hp抑制作用，研究結果發現，光照前用CS處理Hp后，再給予0.04mg/mLMB時，可以使MB對Hp的抑菌效果增強100倍以上。因此，提示我們可借助CS的促進作用降低MB的使用濃度，從而改善MB遺傳毒性，同時獲得更好的PACT作用。此外，對于在光照前用MB與CS一起處理Hp是否會進一步提升MB的作用效果，以及CS濃度、胃酸等其它相關因素是否也有影響尚待進一步論證。
3.3納米載體在抗Hp治療中的應用Umama-heshwari等［19］
制備了載有AM的醇溶蛋白納米顆粒，并評估其在蒙古沙鼠內根除Hp的效果，研究結果顯示，以蛋白納米顆粒做載體的AM對Hp的殺傷效果明顯優于單獨使用AM的作用。分析其原因，可能是納米制劑的黏膜粘連作用延長了藥物在胃腸道的停留時間，進而促進其更好的發揮抗菌作用。Jing等［2，20］合成了pH敏感型AM－脲基共軛CS/三聚磷酸鈉(AM－UCCs/TPP)納米顆粒，研究發現，與未修飾的AM－CS/TPP納米顆粒相比，AM－UCCs/TPP納米顆粒可靶向作用于Hp細胞膜上的尿素轉運蛋白，從而更有效地發揮抑制Hp生長的作用，因此，認為上述多功能載AM納米顆粒不僅在治療Hp感染方面存在的巨大潛力，還可以作為藥理學有效的納米載體，用于口服靶向遞送其他治療Hp的藥物。此外，吳濤［21］制備了AM－MnFe2O4@SiO2復合微球，并考察其對Hp的抑制作用，實驗結果證實，在外加磁場作用下該復合微球對Hp抑制作用明顯優于單獨使用AM或Mn-Fe2O4@SiO2微球的效果，說明AM－MnFe2O4@SiO2磁納米顆粒可通過物理加熱及藥物釋放雙重途徑高效抑制Hp的生長。
4納米技術促進抗Hp作用機制研究
4.1納米材料增強藥物抗Hp作用效果的機制
納米粒因其易于表面修飾的特性，可通過修飾使表面呈中性或微負電性，或者修飾聚乙二醇等親水性材料，避開與Hp周圍黏液層的疏水和靜電相互作用從而遞送藥物［22］。并且能包封抗菌藥物，有效地減少胃酸和各種酶對藥物的降解［23］。當包封藥物的納米顆粒積聚在靶位點，并進行持續釋放時，會使得細菌攝入的藥物含量顯著增加［24］。活性氧(reactiveoxygenspecies，ROS)的產生是納米顆粒損傷Hp的主要機制之一，很多證據表明，納米材料上的某些過渡金屬可能破壞菌體上與鐵配位的細胞配體［4Fe－4S］蛋白質簇，導致Fenton活性鐵釋放到細胞質中［25］，從而增加ROS的產生。ROS直接介導細胞膜損傷和核酸降解，增加藥物透過率，導致抗菌藥物在菌體內的濃度增加進而殺傷細菌。銀納米材料除了通過產生ROS增強藥物抗Hp作用效果外，還可通過漸進釋放菌膜上的脂多糖和膜蛋白，使細胞外膜形成凹坑及膜通透性改變［26］。Hp對溫度敏感，一些磁性納米顆粒在交聯磁場中產生的高熱能使菌體蛋白質變性，進而使細胞膜等菌體結構被破壞、產生氧化應激反應，造成細菌喪失正常功能甚至誘導菌體死亡［15］。
4.2納米材料促進PACT抗Hp作用效果的機制
研究PACT抗菌的主要作用機制是光敏劑選擇性潴留于細菌的細胞壁和細胞膜上，激光照射時產生單態氧和ROS直接損傷細菌細胞壁及膜系統，影響其新陳代謝，導致細菌死亡［27］。PACT治療的優勢是選擇性殺傷病變組織而不傷及正常組織;而且Hp只包含一個修復光損傷的基因［28］，不易對PACT產生耐藥性。Choi等［18］進一步研究發現，CS的加入促進了MB對Hp的DNA損傷程度，推斷CS改變了Hp細胞壁和細胞膜的結構，從而利于MB滲透到Hp的細胞質中，進而增強對DNA的損傷。此外，有研究顯示PACT治療對C57BL/6小鼠的Hp有殺滅作用，但未達到理想的根除率［29］。分析可能有以下幾種原因:(1)輸出功率和能量密度累積過小;(2)激光照射時可能存在盲區;(3)治療次數過少。針對以上的原因，進一步的試驗應是:(1)尋找合適的光輸出功率和單位面積的能量累積以及合適的治療次數，使其既能根除Hp，又對正常的胃黏膜無損傷;(2)選用大動物Hp模型，能夠在胃鏡及直視條件下行PACT以縮小治療的盲區，且能耐受多次PACT治療。
5展望
納米材料的特殊結構使其具有一些常規材料所沒有的特別性能，比如穿過組織間隙被細胞吸收，也可賦予靶向、緩釋等功能，進一步作為口服、靜脈注射等多種給藥途徑的載體，因而使其在藥物輸送、疾病診斷與防治等方面得到廣泛應用。近年的臨床數據顯示，Hp對傳統抗生素的耐藥性問題越來越嚴重，并且產生更多不良反應，對患者造成二次傷害，從而導致許多患者無法堅持完成整個周期的治療方案。因此，探索一種使患者依從性強，且行之有效的防止Hp耐藥的新方法迫在眉睫。但納米技術在Hp抗感染診療中的應用還處于起步階段，因此，結合Hp自身特點，充分發揮納米材料自身獨特性質，建立系統的實驗方法，有目的對其進行結構修飾、開發多作用方式、高效的復合型抗菌藥物或載藥系統，對Hp抗感染診療及抗耐藥菌的致病危害，是十分有意義的研究工作。
作者:崔振寧 郎晨瑜 楊曉燕 周雨夢 王曉 劉彬 單位:沈陽醫學院附屬中心醫院消化內科
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