将肽类物质纳入基于纳米载体的递送系统,已成为提高治疗性肽类临床应用性的关键策略。尽管肽类具有高度特异性、强效生物活性和良好的安全性,但其应用常因稳定性差、易被酶降解以及体内半衰期短而受到限制。因此,精心筛选肽类候选物对于确保其适合递送及具有治疗效果至关重要。根据具体应用需求,肽类可被物理性地封装于纳米载体内部,或通过化学方式与载体表面结合,也可作为功能性构建单元共同设计成自组装纳米系统。合适的肽类选择及其包载方法的结合,对纳米载体系统的药代动力学、靶向效率和治疗性能具有决定性影响。因此,全面理解肽类的选择策略与包载方法,对于基于肽的纳米治疗药物的合理设计与优化至关重要。
肽的选择标准
在将肽类物质引入纳米载体系统之前,成功设计基于肽的纳米载体首先需要仔细筛选或改造符合目标递送系统功能及理化要求的肽类。这一过程属于更广泛开发路径的一部分,包括从多种生物或合成来源中发现治疗性肽,随后进行可扩展的生产与系统的优化。这些步骤对于获得适用于临床和制药应用的肽类至关重要。优化策略通常依赖于构效关系(SAR)研究,以识别功能关键的氨基酸残基,并通过替换非必需残基来增强生物活性和理化性能。此外,还可采用化学修饰手段,如环化或D-氨基酸取代,以稳定肽的二级结构(如α-螺旋、转角和β-折叠),从而提高其代谢稳定性及靶标亲和力。
在整个开发过程中,必须仔细评估多个关键标准,包括稳定性、特异性和免疫原性。稳定性可确保多肽在制剂制备和体内循环过程中抵抗蛋白水解降解并保持活性。特异性对于实现与特定分子或细胞靶点的选择性相互作用至关重要,从而最大限度地减少脱靶效应并提高治疗效果。这可通过设计具有高亲和力结合基序或配体-受体配对的多肽来实现,使其识别疾病特异性受体、抗原或微环境。同时,免疫原性是生物制药安全性的重要方面,决定了多肽是否会引发非期望的免疫反应。因此,为降低免疫原性,常采用去免疫化技术,如通过靶向残基替换进行表位映射、序列人源化或引入D-氨基酸,以减少MHC结合和T细胞活化。这些策略共同确保被整合到纳米载体中的多肽不仅功能有效,而且稳定、靶向性强,并适用于体内应用的安全性要求。关键选择标准和代表性优化策略总结于表1中。


肽的掺入方法
肽类可通过多种成熟策略被负载到纳米载体中,包括物理包封、化学偶联和自组装。每种策略都会影响递送系统的整体性能,如稳定性、释放特性以及靶向精确性。在这些策略中,可采用乳化、纳米沉淀、微流控、喷雾干燥和离子凝胶化等多种常见制备方法,构建能够有效负载并递送肽类的载体结构。制备方法的选择取决于纳米载体的类型、肽类的理化性质以及预期的治疗应用。本综述为后续讨论每种负载策略及其与特定纳米载体平台的兼容性提供了背景基础。
物理包封是将肽类物质包裹在脂质体、聚合物纳米颗粒或水凝胶等纳米载体的核心或基质中,从而保护其免受降解,并实现持续释放。化学偶联则是通过功能基团将肽类共价连接到纳米载体的表面或结构上,以提高稳定性并实现靶向性递送。其中一种特定形式为表面接枝,即将肽固定于纳米载体的外表面,以展示具有生物活性的配体或靶向基序。此外,自组装技术可使肽类单独或与其他两亲性分子共同形成胶束或纳米纤维等纳米结构,作为药物递送载体或结构组分。每种策略根据所需的释放特性、靶向精确度和具体应用而各具优势。图3概述了这些包封机制。肽类包封策略与特定纳米载体平台之间的相容性,与“肽类包封用纳米载体平台”章节中讨论的载体结构和表面化学密切相关。以下将针对每种方法突出显示这些关系。
物理封装
过去十年中,用于生物活性物质包封的载体递送系统在开发和评估方面取得了显著进展(表2)。该方法通过非共价方式将肽类分子整合到载体基质中,以保护其免受降解、提高溶解度并实现可控释放,同时保持其结构完整性和生物活性。这种包封依赖于疏水作用力、范德华力、氢键和静电相互作用等基本分子间作用力,使肽类无需化学修饰即可稳定负载。目前已采用多种纳米载体,如乳剂、固体脂质纳米粒(SLNs)、脂质体和生物聚合物微凝胶。载体的选择取决于肽类的理化性质(亲水性、电荷、分子量)以及期望的释放特性,这些因素共同影响着载药量和包封效率。
目前有多种制备技术可供选择,每种方法都具有独特的优势。基于乳液的方法(包括单层油包水(W/O)、双层水包油包水(W/O/W)以及固体包油包水(S/O/W)乳液)被广泛用于将肽类物质包裹在聚合物基质中。例如,W/O/W双乳液可实现亲水性肽类(如亮丙瑞林)从PLGA微球中的缓释,而S/O/W技术则能提高低水溶性肽类的包封效率。更先进的技术如溶剂扩散法和微流控乳化法,还能精确控制颗粒的尺寸和形貌,这一点已在降钙素和艾塞那肽的研究中得到验证。溶剂蒸发法则在乳液法的基础上,通过去除有机相使颗粒固化。
其他技术包括喷雾干燥,这是一种可扩展且成本效益高的工艺,能将含肽溶液转化为稳定的干燥粉末。例如,Cian 等人发现,经喷雾干燥的刀豆肽在模拟消化后仍保留或增强了生物活性,表明其稳定性和潜在生物利用度有所提高。离子凝胶化则提供了一种温和的水相替代方法,通过壳聚糖与三聚磷酸盐等带相反电荷的聚合物之间的静电相互作用,形成负载肽的纳米颗粒。
尽管存在提前泄漏、包封效率低和突释等问题,但通常可通过优化制剂来缓解,包括调整载体组成、粒径、表面电荷以及负载技术。总体而言,物理包封仍是一种多功能且非侵入性的肽类递送策略,可提供更好的保护性、稳定性和可控释放。物理包封与脂质体、固体脂质纳米粒(SLNs)、树状大分子、聚合物胶束以及杂化纳米载体最为兼容。这些平台具有内部区域或核心结构,可使肽类以非共价方式负载,从而避免降解,并实现可控或缓释。
化学偶联
化学偶联是一种可靠且广泛应用的方法,用于构建肽-纳米颗粒共轭物(PNCs),可实现稳定的共价连接,这对于靶向递送、成像和治疗应用至关重要。肽上的反应性官能团,如氨基(–NH₂)、羧基(–COOH)、羟基(–OH)和巯基(–SH),可与功能化纳米颗粒表面共价结合,具体选择何种化学方法需根据两组分的理化性质来决定。常见的生物偶联反应包括使用1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)介导的羰基二亚胺偶联,以形成稳定的酰胺键。利用马来酰亚胺或碘乙酰胺试剂进行的巯基特异性反应,可生成高特异性和低交叉反应性的硫醚键。异双功能交联剂,如磺基琥珀酰亚胺基-4-(N-马来酰亚胺甲基)环己烷-1-羧酸酯(sulfo-SMCC),可实现可控的顺序连接,并最大限度减少副反应。点击化学,特别是铜催化的叠氮-炔烃环加成反应(CuAAC),提供了一种生物正交的替代方案,能够保持肽的结构和活性。当将铜催化剂引入纳米颗粒体系时,反应效率进一步提高。
表面接枝技术进一步实现了对肽分子展示的精确调控。在“接枝到”策略中,预先合成的肽直接与表面基团反应,但可能受到空间位阻的限制;而“接枝从”策略则从活性位点开始生长肽链,从而增强了空间控制能力和表面覆盖度。引入柔性连接臂或间隔子还可提高配体的可及性以及受体识别效率。肽-纳米颗粒偶联物已展现出增强的治疗效果。例如,Pal。例如,Pal 等人通过硫醇-银键将抗菌肽 Andersonin Y1 与银纳米颗粒连接,提高了其活性并降低了所需剂量。Maraming 等人利用硫醇-金化学将 KT22 肽偶联至聚乙二醇修饰的金纳米颗粒上,改善了胶体稳定性,并保持了抗癌活性。
挑战依然存在,包括高肽密度带来的空间位阻,可能降低受体的可及性,以及在循环或储存过程中潜在的键合不稳定性。这些问题可通过连接子设计、反应条件优化以及对肽多价性的精细调控来解决。最终,成功的偶联需要在效率、特异性和结构完整性之间取得平衡,以生成稳定且功能良好的PNCs。总体而言,将肽通过共价键连接到纳米颗粒上,能够精确控制肽的取向、表面密度和结合强度。在靶向药物递送中,这种精确性至关重要,因为肽作为配体,可通过识别过表达的受体,引导纳米颗粒到达特定细胞或组织,从而增强药物在病灶部位的富集,同时最大限度地减少脱靶效应。因此,化学偶联在提高用于癌症治疗、炎症性疾病及其他精准医学应用的纳米颗粒递送平台的特异性、生物利用度和系统稳定性方面发挥着关键作用(表3)。化学偶联特别适用于脂质体、固体脂质纳米粒、树枝状大分子、聚合物胶束和介孔二氧化硅纳米颗粒,这些载体具有可及的表面化学性质,便于共价连接肽段,并能精确控制肽段的取向、表面密度和靶向性。
自组装与肽类纳米载体协同设计
自组装肽(SAPs)是一类短序列,可通过非共价相互作用自发形成有序的纳米结构。与包封或表面偶联相比,通过自组装或共设计将肽引入体系提供了一种独特策略,因为肽可直接形成或稳定纳米载体。SAPs 可组装成胶束、纳米管、纳米纤维或水凝胶,用于封装治疗剂,其结构由氢键、静电作用、π-π堆积以及疏水相互作用驱动。
SAPs 可作为独立的载体,或与聚合物、脂质及无机纳米颗粒共组装,从而赋予其刺激响应性、靶向能力和增强的生物相容性等特性。通过共设计策略,可通过修饰肽序列、两亲性或偶联基团,精确调控纳米载体的尺寸、表面电荷、刚性和释放动力学等性质。化学修饰进一步拓展了结构多样性和功能复杂性,使系统具备多种功能,可实现治疗剂的联合递送、响应环境信号(如 pH 值、酶)以及促进选择性细胞摄取。
近期的研究强调了基于SAP的系统在治疗方面的多功能性。例如,Seow等人开发了交联的超短肽(LIVAGKC)水凝胶,在全层伤口模型中加速了上皮再生。Liu等人设计了一种pH响应型水凝胶,利用肽L5实现噬菌体来源的酶内溶素LysSYL的持续释放,该水凝胶对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)表现出显著的抗菌活性,并明显改善了伤口愈合效果。在临床方面,SAP技术正朝着转化应用迈进,例如PuraMatrix™,这是一种已获商业批准的SAP水凝胶,可模拟细胞外基质,用于三维细胞培养、组织工程和再生医学。
自组装肽类纳米载体通常具有高稳定性、良好的生物降解性以及低免疫原性,这些特性对于临床应用至关重要。与传统聚合物相比,它们还具备刺激响应性、结构可调性、可逆组装以及精确的自下而上构建等独特优势。自组装与协同设计的结合持续提升肽类递送系统的性能,并有望随着计算建模、肽合成及高通量筛选技术的创新而进一步发展。
尽管具有诸多优势,基于SAP的纳米载体仍面临若干挑战,包括对环境条件敏感、在生理液体中不稳定、批次间差异性大、肽类合成放大困难且难以保证纯度、监管标准化问题以及在体内易发生结构解离等。解决这些挑战对于实现基于SAP的纳米载体从实验室向临床应用的成功转化至关重要(见表2)。自组装与协同设计策略可与聚合物胶束、杂化纳米载体及刺激响应系统相结合,其中肽类作为结构或功能组分,实现自下而上的构建方式,并精确调控纳米载体的性能。
表2总结了将肽类物质引入纳米载体系统的主要策略,包括物理包封、化学偶联和自组装肽。该表比较了这些方法的作用机制、优势、挑战、常见应用、代表性实例及相关参考文献。

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