综述：揭示生物活性玻璃纳米颗粒作为可控胞内递送平台的细胞摄取机制：近期文献综述

　　这篇综述系统阐述了生物活性玻璃纳米颗粒（BGNs）的细胞摄取机制及其胞内递送潜力，聚焦于其通过主动运输（如内吞作用）被细胞摄取后的内体/溶酶体滞留现象，并探讨了通过表面功能化、组成调控和尺寸设计等策略提升其胞内治疗效能（如离子干扰疗法IIT）的新途径，为设计下一代智能纳米药物递送系统提供了重要参考。

　　

2 细胞摄取机制概述

细胞膜作为屏障通过脂质双层调控分子信号的筛选。纳米颗粒（NPs）穿透细胞膜涉及复杂过程，直接影响其功能、命运和生物学特性。NPs的内化机制主要分为主动运输和被动运输两大类，取决于是否消耗能量（如ATP）。被动运输依靠浓度梯度，不需要能量，包括直接穿透、脂质融合、瞬时孔形成和微注射等方式；而主动运输（即内吞作用）则需要能量，涉及膜重塑形成囊泡包裹NPs。

2.1 被动运输

被动运输依赖细胞膜内外浓度差，无需能量参与。其效率受NPs尺寸、亲水性、表面功能化和电荷等因素影响。具体方式包括：

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  直接穿透：NPs直接跨膜，不破坏膜结构，适用于小尺寸（如数纳米）且疏水性强的NPs。

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  脂质融合：NPs包被配体或脂质结构（如细胞膜片段、肽、蛋白质），通过与脂质双层融合实现胞质递送。

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  瞬时孔形成：通过自发或外部刺激（如电穿孔、声穿孔、光穿孔）在膜上形成临时孔隙，允许NPs扩散进入胞质。

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  微注射：使用超细针直接将NPs注入细胞，精度高但通量低。

被动运输虽能实现胞质自由递送，但受限于NPs尺寸和膜通透性，且可能引发细胞毒性（如胞质成分泄漏）。

2.2 主动运输

主动运输（内吞作用）是NPs主要摄取方式，依赖ATP能量，通过膜重塑形成囊泡。根据囊泡类型和机制，可分为：

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  吞噬作用：针对较大颗粒（>500 nm），由特定吞噬细胞（如巨噬细胞）执行，形成吞噬体并最终降解于溶酶体。

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  胞饮作用：适用于小颗粒或可溶分子，包括：

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    巨胞饮：由生长因子信号激活，形成大囊泡（0.5–1.5 μm），可能逃逸溶酶体降解。

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    网格蛋白介导内吞：依赖网格蛋白包被囊泡（100–500 nm），内容物通常被运至溶酶体降解。

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    小窝蛋白介导内吞：形成瓶状囊泡（50–100 nm），可靶向高尔基体或内质网。

内吞作用通常导致NPs被困于内体/溶酶体中，限制其胞质可及性。为克服此限制，研究聚焦于内体逃逸策略（如质子海绵效应、膜融合、孔形成等）。

3 生物活性玻璃纳米颗粒的细胞摄取机制与胞内定位

生物活性玻璃纳米颗粒（BGNs）和介孔BGNs（MBGNs）因其优异的生物相容性、生物反应性和可降解性，成为纳米医学中备受关注的无机NPs。它们不仅能递送生物分子，还能释放治疗性离子（如Ca²⁺、Sr²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺），通过离子干扰疗法（IIT）精确调控细胞行为。

3.1 BGNs性质对摄取的影响

3.1.1 组成

BGNs的组成（如SiO₂-CaO系统掺杂SrO、CuO、Ag₂O等）显著影响其摄取机制。研究表明：

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  SrO掺杂BGNs主要通过巨胞饮和网格蛋白介导内吞被细胞摄取，并可能逃逸内体进入胞质。

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  CuO或Ag₂O掺杂BGNs倾向于激活网格蛋白依赖途径，并滞留于溶酶体。

  离子释放特性（如溶酶体酸性环境加速降解）进一步调控胞内离子浓度，影响细胞代谢和信号通路。

3.1.2 颗粒尺寸

尺寸是决定摄取途径的关键因素：

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  小于100 nm的BGNs主要通过巨胞饮内化，滞留于溶酶体。

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  大于250 nm的BGNs通过非特异性内吞进入，部分可逃逸囊泡自由存在于胞质中。

  大颗粒可能引起细胞骨架重组，而小颗粒则更易降解。

3.1.3 浓度与聚集

高浓度BGNs促进聚集，增强内吞效率，但不改变基本机制。浓度和时间依赖的摄取动态表明，细胞可通过胞吐排出NPs，维持稳态。

3.1.4 表面功能化

表面修饰（如APTES氨基化、甘露糖、叶酸偶联）可显著提升靶向摄取：

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  甘露糖修饰BGNs通过巨噬细胞膜受体特异性识别，内化效率提高。

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  叶酸偶联BGNs增强对RAW 264.7细胞的靶向性。

  蛋白冠形成可能掩盖表面电荷，影响功能化效果。

3.1.5 负载治疗剂

MBGNs负载核酸（siRNA、miRNA）、基因（BMP2-pDNA）或药物（伊普黄酮）后，内化效率显著提高，主要通过网格蛋白介导内吞和巨胞饮途径，胞内定位于囊泡，并可能实现内体逃逸。

3.2 细胞类型的影响

不同细胞（如巨噬细胞、干细胞、淋巴细胞）因膜组成和代谢差异，呈现特定摄取偏好：

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  巨噬细胞（RAW 264.7）高效内化BGNs，以吞噬和巨胞饮为主。

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  间充质干细胞（MSCs）通过巨胞饮摄取，离子释放调控成骨分化。

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  淋巴细胞内化较慢，依赖网格蛋白和PI3K通路。

  共培养模型显示细胞间相互作用可调节NPs摄取和命运。

4 提升BGNs胞内治疗效能的策略

为克服内体/溶酶体滞留，提升BGNs胞质递送效率，策略包括：

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  被动运输优化：设计超小尺寸BGNs（<10 nm）或表面功能化促进直接膜穿透。

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  内体逃逸技术：

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    质子海绵效应：包被缓冲聚合物（如PEI）提升囊泡内渗透压，引发破裂。

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    膜融合：使用病毒蛋白或脂质涂层促进与内体膜融合。

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    光化学内化：负载光敏剂，光照产生活性氧（ROS）破坏膜结构。

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    孔形成肽：诱导瞬时膜孔，释放内容物。

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  杂交系统：结合金属有机框架（MOFs）增强pH响应性逃逸。

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  离子调控疗法：利用BGNs降解离子（如Si⁴⁺、Ca²⁺）调控线粒体功能、基因表达和细胞命运，实现转录组重编程。

5 结论与展望

BGNs/MBGNs作为多功能纳米平台，通过内吞主导的机制被细胞摄取，但其溶酶体滞留限制治疗效能。通过调控尺寸、组成、表面性质和负载策略，可优化其胞内递送路径。未来研究需聚焦：

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  动态解析NPs降解和离子释放的时空行为。

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  开发高效内体逃逸策略并评估生物安全性。

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  探索离子介导的细胞器靶向和基因组调控。

  这些进展将推动BGNs在再生医学、感染和癌症治疗中的精准应用。