靶向脂肪组织巨噬细胞PPAR的纳米药物改善脂质代谢与肥胖诱导的代谢功能障碍

　　本研究针对肥胖并发症中脂肪组织巨噬细胞(AT MΦs)表型异常的核心问题，开发了葡聚糖纳米载体递送PPARα/γ双重激动剂saroglitazar的靶向治疗策略(D-PPAR)。研究证实D-PPAR能特异性靶向AT MΦs，促进白色脂肪棕色化(AT browning)，改善葡萄糖耐受性和肝脏脂肪变性，在多种肥胖模型中实现体重减轻和代谢功能恢复。该研究为肥胖及相关代谢疾病提供了新型靶向治疗方案。

　　

随着全球肥胖患病率持续攀升，肥胖相关的代谢性疾病已成为重大公共卫生挑战。超过35%的美国成年人患有肥胖症，这种状态常导致2型糖尿病(T2DM)、非酒精性脂肪肝、心血管疾病和某些癌症等严重并发症。肥胖状态下，过量体脂导致脂肪组织巨噬细胞(adipose tissue macrophages, AT MΦs)数量异常增多且表型改变，这些细胞通过分泌脂肪酸、细胞因子、脂肪因子和富含脂质的细胞外囊泡(extracellular vesicles, EVs)，创造促炎环境，促进全身性代谢功能障碍。

尽管过去十年肥胖治疗药物选择有所增加，但目前美国食品药品监督管理局(FDA)批准的药物如胰高血糖素样肽-1(GLP-1)激动剂主要通过抑制食欲发挥作用，体重减轻效果有限(12个月内<10%)，且不良反应常导致治疗中止。因此，亟需开发不仅能调节食欲，还能改善脂肪组织代谢和炎症的靶向药物治疗策略。

过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator-activated receptors, PPARs)是调节AT MΦ表型的重要靶点，这些核受体作为配体诱导型转录因子，整合代谢和炎症信号。PPARα/γ激动在巨噬细胞中促进脂肪酸利用和储存，诱导胆固醇流出，减少泡沫细胞形成，抑制动脉粥样硬化病变发展。肥胖状态下招募到脂肪组织的巨噬细胞高表达PPARγ，这对巨噬细胞极化为能够处理脂肪组织中过量脂质的代谢激活表型至关重要。

白色脂肪向棕色脂肪的转化是肥胖治疗的重要目标，这一棕色化过程与脂质β-氧化触发的产热能量消耗增加、线粒体生物发生和呼吸链生理解耦相关。PPARα和PPARγ激动剂均可诱导这一过程，并通过棕色脂肪细胞中的解耦蛋白1(uncoupling protein 1, UCP1)介导，表明PPARα和PPARγ双重激动对诱导脂肪棕色化的重要性。

研究人员开发了靶向AT MΦs的纳米药物，用于递送PPARα/γ双重激动剂药物(saroglitazar)。他们将葡聚糖缀合药物 conjugate (D-PPAR)与游离药物(F-PPAR)在雄性、雌性和卵巢切除(OVX)雌性饮食诱导肥胖(diet-induced obesity, DIO)小鼠中进行比较，并探索了从包含巨噬细胞的脂肪组织基质血管部分(stromal vascular fraction, SVF)中分离的巨噬细胞的作用机制。

研究采用多种关键技术方法：通过核磁共振和动态光散射进行纳米药物表征；利用PET/CT成像和γ计数分析纳米载体体内分布；通过流式细胞术分析免疫细胞亚群和药物摄取；采用RT-qPCR和Western blotting检测基因和蛋白表达；使用纳米粒子跟踪分析(NTA)评估细胞外囊泡；通过组织学分析和盲法评分系统评估肝脏脂肪变性和脂肪细胞形态。

D-PPAR设计用于AT MΦ靶向：基于生物惰性多糖葡聚糖的纳米载体促进PPARα/γ激动剂向AT MΦs的靶向递送，先前研究表明该载体能靶向多种组织中的巨噬细胞。PET显示肥胖小鼠腹腔注射30-nm葡聚糖后主要定位于注射侧的两个主要内脏脂肪组织储库(肾周和性腺)，其他内脏储库(肠系膜、右肾周和右性腺)对比度不明显。这种在内脏脂肪组织中的分布模式是有利的，因为这些组织是肥胖中炎症的主要部位。流式细胞术显示D-PPAR特异性靶向AT中的CD11b⁺免疫细胞。

D-PPAR表征：PPARα/γ激动剂saroglitazar通过酯酶可裂解的羧酸酯键以3.7%(w/w)与葡聚糖缀合，以便细胞摄取后高效释放。尺寸排阻色谱验证D-PPAR流体动力学直径为28.5±5.5 nm，动态光散射测量为29.5±7.5 nm。产品产生>1%(w/v)药物的稳定水溶液，而游离药物溶解度接近0.015%(w/v)。PBS中自发药物释放半衰期(t_1/2)约为48小时。

D-PPAR在体外调节巨噬细胞代谢基因表达：用脂多糖(LPS)和干扰素-γ(IFN-γ)极化为M1表型的RAW264.7巨噬细胞用F-PPAR或D-PPAR处理24小时。两种药物处理均增加了与脂质储存和脂质分解代谢相关基因的表达，包括主要代谢调节因子sirtuin 1(Sirt1)、脂肪酸移位酶受体Cd36、线粒体解耦蛋白Ucp2和Ucp3以及Ifnβ。对于几个基因，在等效药物剂量下，D-PPAR显示出比F-PPAR更高的效力。

D-PPAR降低肥胖小鼠体重和肥胖：雄性小鼠在4周内每2天接受治疗，D-PPAR组体重减轻4.3±0.8%，显著高于F-PPAR组(0.7±1.5%减轻)。体重减轻与饱腹感改善相关，食物摄入减少17.5±1.8%。组织重量显示D-PPAR小鼠皮下、肾周和肠系膜脂肪组织重量比对照组低30-40%。

D-PPAR在体重减轻前改善葡萄糖代谢：所有DIO小鼠在基线时表现出葡萄糖不耐受，腹腔葡萄糖耐量试验(IPGTT)曲线下面积(AUC)高出约2倍。治疗2周后，D-PPAR处理小鼠对葡萄糖挑战的反应改善，与瘦对照组相似，这一效应发生在体重减轻之前。

D-PPAR逆转肝脏脂肪变性：只有D-PPAR处理的DIO小鼠表现出明显减轻的肝脏脂肪变性，一些D-PPAR小鼠的组织学评分与瘦小鼠匹配，且没有表现出存在于7/8肥胖小鼠中的严重肝细胞肿胀。D-PPAR处理小鼠肝脏甘油三酯降低30%以上，与瘦对照组无显著差异，而血清甘油三酯在任何实验组间没有差异。

D-PPAR改变能量平衡、食欲和巨噬细胞分化的AT标志物表达：F-PPAR和D-PPAR处理改变了DIO小鼠脂肪组织中调节能量平衡、葡萄糖代谢、脂质代谢和驱动免疫过程基因的表达。类似体外观察结果，F-PPAR和D-PPAR处理使脂肪组织Sirt1表达分别增加1.4倍和1.6倍，两种处理使Lep表达减少一半。

D-PPAR促进脂肪组织棕色化：多种分析措施表明D-PPAR处理的雄性DIO小鼠脂肪组织发生了棕色化。组织病理学显示，D-PPAR处理4周小鼠的内脏脂肪组织含有更小的脂肪滴和萎缩的脂肪细胞，这是棕色化脂肪组织的特征。荧光显微镜显示，D-PPAR处理2周(在显著体重减轻之前)的脂肪组织线粒体密度显著更高，这是棕色化过程的典型特征。F-PPAR和D-PPAR使UCP1表达增加两倍，D-PPAR还使UCP2表达增加五倍。

D-PPAR增加AT MΦs中的脂质积累：治疗1周后，流式细胞术显示DIO小鼠内脏脂肪组织SVF中CD11b⁺免疫细胞减少50%以上。巨噬细胞亚群包括Ly6C⁺、Ly6C^?F4/80⁺和CD9⁺均显著减少，D-PPAR显示出比游离药物更高的效力。存在的AT MΦs基于中性脂质染色BODIPY显示出增强的脂质积累。共聚焦显微镜显示，用TRITC标记的D-PPAR处理的DIO小鼠全装脂肪组织中，TRITC与CLSs内的CD11b⁺细胞共定位。

D-PPAR减少AT EV分泌：肥胖状态下白色脂肪组织的扩张与脂肪源性细胞外囊泡释放增加相关，这些囊泡进入全身循环，被其他器官细胞摄取，通过其脂质和microRNA含量对代谢稳态产生负面影响。D-PPAR或F-PPAR治疗1周后，对从切除的内脏脂肪组织分泌的细胞外囊泡进行分析显示，D-PPAR处理使EV分泌减少近50%，而不影响EV大小。D-PPAR处理进一步使脂质负载EV的比例减少近50%。

D-PPAR治疗在雄性、雌性和绝经后模型中有效：为了确定治疗效应是否具有性别特异性或受性激素影响，对DIO雄性、雌性和OVX雌性小鼠施用D-PPAR 4周。OVX雌性小鼠代表雌激素耗竭状态，模拟绝经后状态。与雄性DIO小鼠类似，雌性和OVX雌性DIO小鼠用D-PPAR治疗导致体重减轻和食物摄入减少，葡萄糖耐量试验AUC与瘦对照组相当。

研究结论表明，基于葡聚糖的纳米药物能够通过PPARα/γ激动作用诱导体内体重减轻和代谢改善。由于葡聚糖和药物均获FDA批准，这种靶向药物可能具有临床转化潜力，具有可预测的毒理学结果，同时避免心脏和全身暴露，这可能限制游离药物的安全性。D-PPAR缀合物的治疗效力比游离药物增强，证据表明这是由于靶向AT MΦs，这些细胞被激活为具有胞葬作用和脂质代谢表型。这反过来促进了巨噬细胞浸润减少、脂肪组织棕色化、肥胖减轻和脂肪组织分泌组(包括EVs)调节、肝脏健康改善和全身代谢改善。

研究表明，靶向AT MΦs与能够实现区域给药以避免广泛滞留在非脂肪组织器官中的给药途径一起进行研究是有根据的。由于AT MΦs在肥胖中的功能作用在小鼠和人类中是保守的，研究人员预期这些药效学机制和细胞靶向过程在肥胖患者群体中会类似地运作。

这项研究的意义在于为肥胖及相关代谢疾病提供了新型靶向治疗策略，通过精准调控脂肪组织巨噬细胞的表型和功能，实现多器官代谢功能的整体改善，为临床治疗肥胖并发症开辟了新途径。