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噬菌体入胞递送系统的研究进展（一）
日期：2023-02-21
载体介导噬菌体递送入胞
以目前的研究报道，为提高噬菌体入胞效率，常以载体介导噬菌体递送（carrier mediated phage delivery）。噬菌体是高分子物质，不能通过被动扩散穿过细胞膜，以内吞作用如巨胞饮、吞噬、转胞吞等形式进入细胞内（可见往期文章《噬菌体可以治疗胞内菌感染吗？》）
科学家们想到可以将噬菌体封装或者附着在载体上，类似“特洛伊木马”，提高入胞效率。Broxmeyer等人报道了一种通过感染了噬菌体TM4的非致病性菌株耻垢分枝杆菌递送噬菌体的策略。无论是单独的耻垢分枝杆菌还是单独的噬菌体TM4处理都不会影响细胞内的结核分枝杆菌和鸟分枝杆菌数量。但TM4感染后的耻垢分枝杆菌内化后被细胞吞噬，并与在液泡中的鸟分枝杆菌共定位。在处理48小时后，细胞内细菌载量大约减少了100倍【2】。Danelishvili等人在体内实验进一步验证了这一结果，他们使用TM4感染后的耻垢分枝杆菌治疗播散性鸟分枝杆菌感染，小鼠脾脏细菌载量显著减少。虽然此方法具有创新性，但应用于临床治疗、对患者使用活菌是有风险的。
图2 噬菌体被细胞摄取过程【1】
1 脂质体
基于脂质的纳米囊泡是由天然或合成脂质制成的囊泡，一种用途广泛的药物递送系统。这些纳米囊泡自组装并自封闭形成脂质双层球体，其内部是包裹和保护敏感药物的理想选择。脂质体与噬菌体具有高度生物相容性，在封装过程中、之后均不会影响其效率和数量。脂质体具有许多优点，有利于将其用于噬菌体输送到靶点、进入细胞，保护噬菌体免受外界应力因素的影响（如低pH值、网状内皮系统的清除、中和抗体的作用等）。
使用脂质薄膜水合作用制备的100 nm阳离子脂质体包裹噬菌体KPO1K2（噬菌体平均大小为约50 nm），可以确保KPO1K2能够有效进入肺炎克雷伯菌感染的巨噬细胞内。携带噬菌体的阳离子脂质体对细胞内肺炎克雷伯菌的杀伤率为94.6%，相比之下，24小时后纯噬菌体的杀伤率仅为21%。此外，脂质体包裹的噬菌体也被证明对中和抗体具有保护作用【3】。
对脂质体表面进行修饰，即在脂质体表面偶联合适的聚合物（葡聚糖、壳聚糖、海藻酸或合成聚合物，如聚乙二醇，聚乙烯醇等），可以增加脂质体的某些特性。例如聚乙二醇能够在表面形成亲水层，使得脂质体更容易通过上皮细胞无阻碍地扩散。有报道称，一种四肽tuftsin偶联在脂质体表面能够提高单核吞噬细胞对脂质体的摄取，如果将噬菌体包裹在其中，对于杀灭细胞内细菌可能会有非常好的效果。
2 纳米材料
纳米材料在生物医学领域已经得到了广泛的应用，能够解决噬菌体递送问题。Fulgione等人报道，仿生羟基磷灰石（biomimetic hydroxyapatite，HA）纳米晶体可以有效地向细胞内传递沙门氏菌噬菌体SR φ1【4】。108 CFU/mL沙门氏菌感染HepG2细胞后， 分别使用等量的纯噬菌体、HA纳米晶体负载的噬菌体处理24 h；CFU计数结果显示HA-SR φ1处理后细胞内细菌数降至105 CFU/ml，而纯噬菌体组为108 CFU/ml。另外HA-SR φ1在pH 4.0时的稳定性增强，这表明这种矿物晶体在吞噬溶酶体这种低pH条件下也具有潜在用途。
纳米纤维是纳米材料的另一项重要成果，通过一种称为“电纺丝”的工艺，可以生产出具有可控表面形态的纳米级纤维。这些纳米纤维具有高比表面积、强柔韧性、易于表面功能化以及良好的机械性能和阻力等特性。这样制备的纳米纤维可以与生物活性分子结合，成为一种合适的给药系统，使药物在释放前有很好的稳定性。一个重要的应用是使用刺激（如pH、温度等）激活的智能释放纳米纤维，在需要时释放噬菌体。其中一种被广泛使用的合成聚合物是Eudragit®，这属于对pH值有反应的聚甲基丙烯酸甲酯聚合物家族，它们对pH值的变化做出反应，并有不同的等级。例如，Eudragit®L100在pH值为6时溶解，而Eudragit®S100的pH值为7。因此，使用这种聚合物作为封装基质将使噬菌体只有在达到所需的pH值、在适当的位置释放。胞外环境基本为中性，Eudragit®L100封装的噬菌体不会被释放，且因为纳米纤维良好的稳定性，可以防止噬菌体在还未进入细胞内就失活；一旦巨噬细胞通过内吞作用吞噬噬菌体，这一过程pH降低，Eudragit®L100就能将噬菌体释放。
3 小分子化合物
一些化学偶联多肽或小分子锚定在噬菌体表面，可以增强细胞对噬菌体的摄取。Hussain等人将携带万古霉素的纳米颗粒与环9-氨基酸多肽CARGGLKSC (CARG)结合，CARG以细菌表面成分为靶点，在被葡萄球菌感染的肺部和皮肤中特异性累积。静脉注射CARG结合的万古霉素颗粒使感染小鼠有100%的恢复和长期存活率【5】。此外，基因修饰的噬菌体在其表面表达某些肽序列（如细胞穿膜肽，整合素结合肽等），也可以促进细胞摄取、靶向细胞器。
本文原载于“上海噬菌体与耐药研究所”微信公众号，作者：李建辉。
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